第4节 直流自动调速系统的控制.ppt

第4章 直流自动调速系统的控制 直流自动调速系统是以直流电动机的转速作为被控制对象的自动控制系统。 直流电动机工作原理 他励流电动机的转速公式 4.1 直流调速的基本概念 他励直流电动机的转速n随转矩T的增大而降低。即负载时转速低于理想空载转速n0，负载时转速下降的数值称为转速降，用△n表示。 所谓调速就是通过人为的方法改变电气参数来改变电动机转速的过程。 4.1.1 电气传动调速的性能指标 电气传动调速的性能指标包括静态指标和动态指标。 1. 静态指标：主要有调速范围、静差率、调速的平滑性、调速方法与负载的配合等。 （1）调速范围D 额定负载下调速时，电动机允许的最高转速与最低转速之比。即 （2）静差率S 静差率是指在电动机的某一条机械特性上，负载由理想空载增加到额定负载时的转差率降落ΔnN与理想空载转速n0之比。即 静差率反映了调速的相对稳定性，静差率越大，相对稳定性越差。 对一个系统的静差率的要求，是指最低转速时的静差率。 不同机械特性的静差率如图所示。 1. n0相同时，ΔnN越小，静差率S越小。 2. ΔnN相同。n0越小,静差率S越大。 在直流电动机调压调速方式中，若系统的最大转速为nmax，最低转速为nmin，系统要求的静差率为S，额定负载时低速的转速降落为ΔnN。则调速范围D与静差率S之间的关系为： （3）调速的平滑性 指相邻两级转速的接近程度。用平滑系数Φ来衡量。即： Φ越接近1，说明调速的平滑性越好。 （4）调速方法与负载类型的配合。 2.动态指标 动态指标是指给定输入时，系统的跟随性能指标。主要有：超调量；调节时间；最大动态转速降；恢复时间等。 1）跟随性能指标 2）抗扰性能指标 4.1.2 直流电动机的调速方法 直流电动机的基本方程如下： 直流电动机的机械特性方程 直流电动机的调速 直流电动机的参数如电压、励磁电流、电枢回路电阻大小等改变后，其速度将会随之发生变化。直流电动机的调速方法有三种。 1.电枢回路串电阻调速 电枢加额定电压 ，每极磁通为额定值 ，电枢回路串入电阻R后，机械特性表达式为 2．改变电枢电压的调速 保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，只改变电枢电压时，机械特性表达式为 3 .减少气隙磁通量的调速 电枢电压为额定值不变，电枢回路不串电阻时，仅改变每极磁通的人为机械特性表达式为 4.1.3 直流电动机调速时的转矩与功率 1. 电动机允许输出的转矩和功率 为确保电动机长期运行时不发热，应使其电枢电流不得超过其额定电流IN。（调速时，应使电枢电流保持不变） 1）电枢串电阻和调压调速 这两种方法都是使Φ=ΦN=常数， 故T允=CmΦNIN=TN=常数， 有上可知，电枢串电阻和调压调速时，保持I为常数，电动机允许输出的转矩T允=常数，而输出功率P与转速n成正比，属于恒转矩调速方式。 2）弱磁调速 2. 调速方式与负载类型的配合 （1）恒转矩调速方式配恒转矩负载，恒功率调速方式配恒功率负载。 在此情况下，T允=TL，P允=PL。 （2）恒转矩调速方式配恒功率负载 在此方式下，应使T允|n=min=TL，而在其余转速时，T允TL，P允PL。造成电动机浪费。 （3）恒功率调速方式配恒转矩负载 在此情况下，应使T允|n=max=TL，则在其余转速时，T允TL，P允PL。造成电动机浪费。 （4）恒转矩调速与恒功率调速方式配风机类负载 在此情况下，应使T允|n=max=TL|n=max，其余转速时，T允TL，P允PL。造成电动机浪费。 4.1.4 开环调速与闭环调速 1. 开环调速 在调速系统中，系统没有实际的转速测量和反馈的调速系统叫做开环调速系统。 2. 开环调速系统的性能及存在问题 如果生产机械对静差率要求不高，开环调速系统也能实现一定范围内的无级调速。但在实际生产中，许多要求无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率。在此情况下，开环调速系统是不能满足要求的。 开环调速系统不能满足系统要求的原因在于当电机带负载运行时，由于负载转矩引起的电流会在电枢回路电阻上产生压降，负载不同时，其压降大小不同。从而造成电动机转速随负载的变化而有较大变化，即其静差率较大。 3. 闭环调速系统 闭环系统能够降低静差率的原理是，在系统中引入了反馈检测装置。 在闭环调速系统中，检测装置把电动机的转速转换成为与其成正比的电压量，该测速电压与给定电压相比较，以此产生控制电压信号，从而改变可控整流电路的输出电压（即直流电动机的电枢电压）UD，最终使得直流电动机的转速等于设定的速度值。 开环系统机械特性与闭环系统静特性的关系如下： 4.2 转速负反馈单闭环自动调速系统 1. 系统组成（上图所示） 2.