第九章-直流调速系统PPT课件

第9章直流调速系统,9.1调速系统的主要技术指标,一、静态技术指标,静差度S：理想空载转速n0与额定负载转速nN之差与理想空载转速之比。,静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。,当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差度S小于一定数值。,在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。,2.调速范围D,静差度为一定数值时，生产机械所要求的转速调节的最大范围，用D表示：右图为改变电枢电压时的调速范围。,静差度S：理想空载转速n0与额定负载转速nN之差与理想空载转速之比。,D,3.调速的平滑性调速的平滑性：用两个相邻调速级的转速差u来衡量的。在一定的调速范围内，得到的稳定运行转速级数越多，调速的平滑性就越高。不能同时满足静差度S小，调速范围D大：改变电动机外加电枢电压调速时，低速时的静差度S大于高速时的静差度S。要求静差度S低，取低速时的静差度S为调速时的静差度，,u,静态速降nN=ne,二、动态技术指标（被调量转速n从n1改变到n2的过渡过程）动态过程：从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁惯性和机械惯性，过程不能瞬时完成，而需要一段时间，即要经过一段过渡过程。,1.超调量,超调量,超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等,范围：,超调量,2.过渡过程时间T,从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量n进入（0.050.02）n2稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间。,过渡过程时间,3.振荡次数N,在过渡过程时间内，被调量n在其稳定值上下摆动的次数。,如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为x2时的变化情况。,9.2晶闸管电动机直流调速系统一、单闭环直流调速系统、有静差转速负反馈调速系统由被调量转速n的负反馈组成的比例控制系统，反馈电压Uf的大小与转速n成比例，反馈电压Uf与给定电压Ug的极性相反，U=Ug-Uf；包括反馈电路、给定电路、放大器、整流电路以及直流电动机组成。,无静差是系统的被调量在稳态时等于系统的给定量，偏差为零，电动机的转速在稳态时与负载无关，只取决于给定量。有静差就是被调量在稳态时与给定量存在一定的差量,测速发电机：与直流电动机M同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件；,电位器：将测速发电机的转速转换成电压信号Uf与给定电压Ug进行比较。Uf与转速成比例,给定电位器：调节Rg的位置可以改变给定电压Ug的大小。,放大器：将外加电压Ug和反馈信号转换后的电压Uf之差进行放大。,触发电路：将放大器放大后的电压信号Uk变为脉冲信号去控制整流电路的输出电压大小。,整流电路：交流电压变为直流电压，输出电压大小由触发电路输出脉冲信号决定，整流电路的输出电压为直流电动机电枢的外加电压；,直流电动机：系统的控制对象。,BR,UBR,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,电压大，电容充电快，达到峰点电压时间短，控制角小，整流电压大,、具有比例积分调节器的无静差调速系统特点：静态时反馈量Uf等于给定量Ug，偏差UgUf=0。无差元件：比例积分调节器，出现偏差时动作消除偏差，偏差为0时停止动作。当输入信号偏差Ui突然消失（变为零），其输出电压Uk始终保持输入信号消失前的值不变。,n转速偏差,8、电流截止负反馈系统电流正反馈可以改善电动机运行特性，而电流负反馈会使U随着负载电流的增加而减少，使电动机的速度迅速降低。如果电动机的速度在负载过分增大时也不会降下来，就会使电枢过流而烧坏。采用过流保护继电器可以保护这种严重过载，但是过流保护继电器要触头断开，电动机断电才能保护，采用电流负反馈作为保护手段，不必切断电动机的电路，只是使它的速度暂降下来，一旦过负载去掉后，速度又会自动上升。,Ud,电流截止负反馈工作原理：电流截止负反馈的电压由串联在回路中的电阻R上取出，电流较小时，IaRUb，二级管V导通，电流负反馈IaR经过二级管与比较电压Ub比较后送到放大器，极性与Ug极性相反，放大后使控制角增大，输出电压Ud减小，电动机转速下降。,Ud,IO=1.35IaN,Iao=(23)Ian,当负载正常，电枢电流在一定范围内（如小于1.35倍的额定电流），电流截止负反馈不起作用；,当负载增加使电枢电流超过一定数值（如额定电流的1.35倍）时，电流负反馈开始起作用，减小电动机电枢外加电压，使转速下降；,当负载继续增加使电枢电流超过一定值（大于额定电流的23倍）时，电流负反馈足够强，使电动机速度降到零，电动机停止运转，从而起到保护作用。电流下降到小于堵转点的电流，转速则上升；,因为只有当电流大到一定程度反馈才起作用，故称电流截止负反馈。这种特性常被用于挖土机上，故又称“挖土机特性”。,电流截止负反馈的特性：,堵转电流Ia0是速度等于零的电流,9、转速、电流双闭环调速系统的组成采用PI比例积分调节器的速度调节器ASR的单闭环调速系统，能实现转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。龙门刨床等生产机械经常处于正反转，要求尽量缩短启动、制动和反转过渡过程时间。Iam为晶闸管和电动机所允许的最大冲击电流，启动时，启动电流很快加大到Iam并保持，启动转矩一直很大，加速度很大，就可以缩短启动时间。,9、转速、电流双闭环调速系统的组成启动时，启动电流很快加大到最大冲击电流Iam并保持，转速n线性增大，转速n增大到需要的大小时，电流急剧下降到克服负载所需要的电流Ia。电压也下降。可控整流器的开始电压为：，转速n上升，达到稳定转速，启动过程中把电流当成被调量，为Iam并保持，由电流调节器实现。,9、转速、电流双闭环调速系统的组成双闭环调速系统：由速度调节器ASR和电流调节器ACR组成，速度给定电位器的电压Ugn与速度反馈电压Ufn比较，偏差UnUgnUfn，送到ASR的输入端。ASR的输出Ugi作为ACR的给定电压，与电流反馈电压Ufi比较，偏差UiUgiUfi，送到ACR的输入端，ACR的输出Uk送到触发器，控制可控整流器，整流器为电动机提供直流电压Ud。从闭环反馈的结构看，电流调节在里面，是内环；转速调节在外面，是外环。,10、转速、电流双闭环调速系统的动态分析第1阶段：突加给定电压Ugn，惯性大来不及转动，转速负反馈电压Ufn0，UnUgnUfn很大，ASR的输出突增为Ugio，ACR的输出为Uko，可控整流器的输出为Ud0，电枢电流迅速增加。当电枢电流增大到IaIL时，电动机开始转动，ASR的输出很快达到限幅值Ugim，使电枢电流达到最大值Iam，其中的Uk、Ud下降是由于电流负反馈引起的，最后电流负反馈电压Ufi与ACR的给定电压Ugim相等。UgimUfiIam，电流反馈系数。ASR的输出限幅值Ugim是按这个要求整定的。,电流互感器,10、转速、电流双闭环调速系统的动态分析第2阶段：从电流升到最大值Iam开始，转速升到给定值为止。UgnUfn，ASR是饱和的，输出限幅值电压为Ugim，转速负反馈不起作用。电流Ia保持最大值Iam，转速n线性上升。转速上升，电流减小，通过电流负反馈保持为Iam。Ud线性增加，Uk也线性增加，此过程ASR是饱和的，ACR是不饱和的，晶闸管可控整流环节也不应该饱和。,电流互感器,1