单闭环直流调速系统探讨.ppt

第八章 单闭环直流调速系统 直流调速系统概述 单闭环直流调速系统 单闭环直流调速系统实例分析 8.1 直流调速系统概述 一、什么是调速 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。 目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。 二、调速控制系统的性能指标 在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统 所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态 指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一 个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确 定义。 稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速范围和静差率。 动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。 由式（8-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压U （2）减弱励磁磁通? （3）改变电枢回路电阻R 调压调速 工作条件： 保持励磁 ? = ?N ； 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN ? U??n ?， n0 ? 调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行下移。 调阻调速 工作条件： 保持励磁 ? =?N； 保持电压 U=UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra ? R? ?n ?，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软。（斜率较大，特性较软） 调磁调速 工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = Ra ； 调节过程： 减小励磁 ?N ? ?? ? n ?， n0 ? 调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。 三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 8.2 单闭环直流调速系统 （ 二）闭环系统的静特性方程 假定： 1）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工作段。 2）忽略控制电源和电位器的内阻 转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下： 从上述六个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式 闭环系统的稳态结构框图 注意 闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”，以示区别。 （三）开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系 系统的开环机械特性为 结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。 系统调节过程 闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。 在上例中，龙门刨床要求, D = 20，s ≤5%， 已知 Ks = 30， ? = 0.015V·min/r， Ce = 0.2V·min/r,采用闭环系统,如何设计放大器以满足此要求？ 解 在上例中已经求得 Δnop = 275 r/min 但为了满足调速要求， 须有Δncl = 2.63 r/min 根据 可得 （1）具有比例调节器的闭环系统是有静差 扰动作用与影响 给定作用 与众不同的是，在反馈环外的给定作用，图中的转速给定信号，它的细微变化都会使被调量随之变化，丝毫不受反馈作用的抑制。 （3）系统的精度依赖于给定