第1章闭环控制的直流调速系统.ppt

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1、第1章闭环控制的直流调速系统1.1直流调速系统用的可控直流电源1.2静止式可控整流器供电的V-M系统1.3单闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.4单闭环直流调速系统的动态分析1.5比例积分控制规律和无静差调速系统1.6动态校正-用PI调节器设计系统1.7电压负反馈直流调速系统2021/9/71.1.1直流电动机的调速方法直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为：n--转速（r/min）；U--电枢电压（V）；I--电枢电流（A）；R--电枢回路总电阻（）；--励磁磁通（Wb）；Ke--由电机结构决定的电动势常数。对应三种调速方法1.1直流调速系统用的可控

2、直流电源2021/9/7调节电动机转速有三种方法：调节电枢供电电压。对于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。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。减弱励磁磁通。减弱磁通能够平滑调速，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。改变电枢回路电阻。改变电阻只能有级调速。2021/9/71.1.2可控直流电源旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调的直流电压。静止式可控整流器。用静止式的可控整流器获得可调的直流电压。直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不可控整流电源供

3、电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。---三种主要形式2021/9/71.1.3旋转变流机组供电的直流调速系统图1：旋转变流机组供电的直流调速系统(G-M系统)原理图励磁电流设备名称工作过程机械特性2021/9/7图2：G-M系统的机械特性2021/9/71.2.1V-M系统图3：晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图晶闸管可控整流器触发装置设备名称工作过程1.2静止式可控整整流器供电的V-M系统2021/9/71.2.2V-M系统的主要问题V—M系统本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路，4个主要问题：1）触发脉冲相位控

4、制；2）电流脉动及其波形的连续与断续；3）晶闸管—电动机系统的机械特性；4）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。2021/9/71）触发脉冲相位控制图4：V-M系统主电路的等效电路图瞬时电压平衡方程式可以写成：E--电动机反电动势(V)；id--整流电流瞬时值(A)L--主电路总电感(H)；R--主电路等效电阻()对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0。Ud02021/9/7一般的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud0可以表示为：式中：—触发脉冲控制角；Um—交流电源线电压峰值（V）；m—交流电源一周内整流电压脉波数。当0<</2时，

5、Ud0>0，整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；当/2<<max时，Ud0<0，有源逆变状态，电功率反向传送。Ud02021/9/72）电流脉动及其波形的连续与断续a.电感量大，且负载也足够大时，电流连续（脉动）b.电感量小，且负载轻时，电流断续图5：V—M系统的电流波形抑制电流脉动的主要措施：设置平波电抗器；增加整流电路相数。2021/9/73）晶闸管—电动机系统的机械特性当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为式中:---电机在额定磁通下的电动势系数。图6：电流连续时V-M系统的机械特性2021/9/7当电流连续时，特性硬；当电流断续时，特性很软

6、，呈显著的非线性。cf.完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区2021/9/74）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数采用锯齿波触发器移相时的特性:考虑静态特性考虑动态过程2021/9/7考虑动态过程，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节。用单位阶跃函数表示滞后，则晶闸管触发与整流装置的输入-输出关系为：按拉氏变换的位移定理，晶闸管装置的传递函数为：考虑静态特性，求放大倍数:简化2021/9/7为了简化，将该指数函数按台劳级数展开：考虑到Ts很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节。a)准确的b）近似的晶闸管触发与整流装置动

7、态结构框图2021/9/71.3.1转速控制的要求和调速指标对于调速系统转速控制的要求有以下三方面：调速稳速加、减速调速系统的两个稳态性能指标调速范围静差率为了进行定量的分析，针对前两项要求定义两个调速指标：调速范围和静差率。合称为调速系统的稳态性能指标。调速范围和静差率的定义；不同转速下的静差率；静差率和机械特性硬度的关系与区别；直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系。1.3单闭环直流调速系统的稳态分析和设计2021/9/71、调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即其中：nmin和nmax一般都指

8、电动机额定负载时的最高和最低转速。20