第二章_单闭环直流调速系统.ppt

§2　单闭环直流调速系统 学习目标： 1.理解开环调速的缺点及其改进方法。 2.掌握转速负反馈调速系统的组成，能画出其原理图。 3.掌握转速负反馈调速系统的工作原理，会分析其抗干扰特性。 4.通过与开环调速相比较，掌握闭环调速系统的优点。 5.理解单闭环系统的开环放大倍数对系统的稳态、动态性能的影响。 6.能在实验室熟练完成单闭环调速系统的接线与调试，会测试单闭环调速系统的静特性。 §2　单闭环直流调速系统 课题引入---开环调速系统的局限性分析及改进办法 §2.1 单闭环调速系统的构成及工作原理 * * 开环调速系统优点：结构简单。 开环调速系统的局限性： 抗干扰能力差，当电机的负载或电网电压发生波动时，电机的转速就会随之改变，即转速不够稳定，因此开环调速只能应用于负载相对稳定、对调速系统性能要求不高的场合。 改进办法： 采用闭环控制。根据自动控制理论，要想使被控量保持稳定，可将被控量反馈到系统的输入端，构成负反馈闭环控制系统。将直流电动机的转速检测出来，反馈到系统的输入端，可构成转速负反馈直流调速系统。 一、单闭环调速系统的构成 1给定电路 2转速调节器 3触发及功放电路 4整流桥与电机主回路 5转速检测与反馈电路 (五部分) 给定电压的极性：运算放大器具有反相作用，其输出与给定电压极性相反，所以给定采用负给定，以保证触发电压为正； 反馈电压的极性：为实现负反馈，反馈电压的极性为正。 二、单闭环调速系统的工作原理 同开环调速系统一样，转速闭环调速系统中电机的转速大小受转速给定电压Un*控制，给定电压为零时，电机停止；给定电压增大时，电机转速升高；给定电压减小时，电机转速下降。 以升速控制为例，系统的调节原理分析如下： 当然，转速上升，转速反馈电压会升高，但其升值小于给定电压增值，电压差总体上是增大的，转速是上升的。 1、为什么开环调速采用正给定电压，而单闭环要采用负给定电压？ 2、要实现转速负反馈控制，转速反馈电压的极性必需为正，若接线时误将其极性接反了，会出现什么现象？ 解：以电机从静止起动为例分析，给定电压增大时系统的调节过程如下： 由于反馈电压与给定电压同为负，成为正反馈，只要给定电压稍大于零，经反馈电压叠加后，偏差电压会越来越大，电机转速急速升高，造成飞车事故。 在转速单闭调速实验中表现为：给定从零增加一点，电机转速急速升高，再减小给定，电机转速不减小，失控。 思考题： §2.2 单闭环调速系统的性能分析 一、单闭环调速系统的稳态结构图 稳态结构图是反映系统稳定工作时，各构成单元的输入-输出关系的结构图。 稳态结构图是分析系统性能、进行稳态计算的基础。 比较环节： 运算放大器输出： 为运算放大器放大系数。 整流装置输出： 电机转速： 转速反馈电压： 为转速反馈系数 二、单闭环调速系统的抗干扰性分析 引入转速负反馈的目的在于提高调速系统的抗干扰性，保持转速的相对稳定，那么，单闭环调速系统是怎样实现抗干扰作用的呢？以负载电流增大为例分析如下 ： 通过这一调节可抑制转速的下降，虽然不能做到完全阻止转速下降，但同开环相比，转速的下降程度会大大降低，从而保持了转速的相对稳定 。 同相可分析电网电压下降时，系统的抗干扰性。电网电压下降时，整流装置输出电压Ud减小，电机转速下降，系统调节过程如下： 三、单闭环调速系统的静特性 闭环调速稳定工作时，电机转速与负载电流之间的关系称为闭环调速系统的静特性。 由稳态结构图可知 由上述四式不难得出 称为系统的开环放大系数。 该式称为系统的静特性方程。 静特性与机械特性的比较-1 1、机械特性调速系统对开环而言；静特性是对闭环系统而言的。两者都表示电机转速与负载电流之间的关系，即n=f(Id)。 2、一条机械特性曲线对应于一个不变的电枢电压；而一条静特性曲线对应于 一个不变的给定电压。 3、如右图所示，设电机开始工作于A点，当负载电流增大时，开环和闭环系统工作的原理是不同的： (1)开环系统，给定不变，电枢电压就不变，电流增加，工作点将沿最下面那条机械特性向下移动 (2)而对于闭环调速系统，给定不变，电流增加时，系统有维持转速不下降的趋势，通过调节，电枢电压升高，工作点将移至B、C或D。ABCD所在直线就是闭环系统的在该给定电压下的一条静特性曲线。 静特性与机械特性的比较-2 4、静特性的硬度要比机械特性硬得多。 这一点从特性方程也可看出： 开环机械特性： 斜率： 闭环静特性： 斜率： 可见闭环静特性斜率比开环机械特性小得多。 思考题： 2．开环机械特性与闭环系统的静特性有何相同之处和不同之处？ 1．怎样