稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性

1、2022-6-512.2 稳态调速性能指标和稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性直流调速系统的机械特性 任何一台需要控制转速的设备，其生任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。产工艺对调速性能都有一定的要求。 归纳起来，对于调速系统的转速控制归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：要求有以下三个方面： 2022-6-52一、调速要求一、调速要求n对于调速系统转速控制的要求：对于调速系统转速控制的要求：（1）调速在一定的最高转速和最低转速范在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节平滑地（无级）调节转速；

2、转速；（2）稳速以一定的精度在所需转速上稳定以一定的精度在所需转速上稳定 运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；以确保产品质量；（3）加、减速频繁起、制动的设备要求加、频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快；不宜经受剧烈速度变化的机械则要减速尽量快；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。求起、制动尽量平稳。2022-6-53二、调速指标二、调速指标1、调速范围调速范围n生产机械要求电动机提供的最高转速生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低和最低转速转速nmin之比称为调速范围，用字母之比称为调速范围，用字母D表示，

3、即表示，即（2-25）nnmax和和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低是电动机在额定负载时的最高和最低转速；转速；n对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。用实际负载时的最高和最低转速。minmaxnnD 2022-6-542、静差率静差率sn当系统在某一转速下运行时，当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落加到额定值所对应的转速降落nN与理想空载转与理想空载转速速n0之比之比：（2-28）n用百分数表示用百分数表示（2-29）0nnsN%1000nnsN式中 nN =

4、n0 - nN 二、调速指标二、调速指标2022-6-55静差率与机械特性硬度的区别静差率与机械特性硬度的区别图2-14 不同转速下的静差率n特性特性a和和b的的硬度相同，硬度相同，n特性特性a和和b额额定速降相同，定速降相同，n特性特性a和和b的的静差率不相静差率不相同。同。 然而静差率和机械然而静差率和机械特性硬度又是有区特性硬度又是有区别的。一般调压调别的。一般调压调速系统在不同转速速系统在不同转速下的机械特性是互下的机械特性是互相平行的相平行的 。对于同。对于同样硬度的特性，理样硬度的特性，理想空载转速越低时，想空载转速越低时，静差率越大，转速静差率越大，转速的相对稳定度也就的相对稳定

5、度也就越差。越差。2022-6-56n例如：在例如：在1000r/min时降落时降落10r/min，只占，只占1%；在；在100r/min时同样降落时同样降落10r/min，就占，就占10%； 如果在只有如果在只有10r/min时，再降落时，再降落10r/min，就占，就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。完了。n 因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此 孤立的，必须同时提才有意义。孤立的，必须同时提才有意义。n 调速系统的静差率指标应以调速系统的静差率指标应以最低速最低速时所能达到的时所能达

6、到的数值为准。数值为准。静差率与机械特性硬度的区别（续）静差率与机械特性硬度的区别（续）2022-6-573. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系调速范围、静差率和额定速降之间的关系 电机额定转速电机额定转速nN为最高转速，额定速降为为最高转速，额定速降为 nN，则则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即：速时的静差率，即：NminNmin0Nnnnnns于是，最低转速为：于是，最低转速为： snsnsnnNNNmin)1 (2022-6-58而调速范围为而调速范围为 ：minNminmaxnnnnD 将上面的式代入将上面的式

7、代入 n nminmin，得：，得： )1(NNsnsnD （2-28） 3. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系调速范围、静差率和额定速降之间的关系edNNNNNNNCRInSDSnnnDnnDS,)1 (,由此可得：2022-6-59n 对于同一个调速系统，对于同一个调速系统， n nN N 值一定，由式（值一定，由式（2 2- -2828）可见，如果对静差率要求越严，即要求可见，如果对静差率要求越严，即要求 s s 值越小值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。时，系统能够允许的调速范围也越小。n 静差率用来衡量调速系统在在负载变化下转速的静差率用来衡量调速系统在在负载变化下转速的的稳

8、定度；的稳定度；n 机械特性越硬，静差率越小，转速稳定度越高；机械特性越硬，静差率越小，转速稳定度越高；n 调速范围和静差率两个指标合称为调速系统的稳调速范围和静差率两个指标合称为调速系统的稳态性能指标。态性能指标。结论：结论：2022-6-510注意注意n调速范围和静差率这两项指标并不是彼此调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。孤立的，必须同时提才有意义。n调速系统的静差率指标应以调速系统的静差率指标应以最低速最低速时所能时所能达到的数值为准。达到的数值为准。n调速系统的调速范围，是指在最低速时还调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。能

9、满足所需静差率的转速可调范围。 2022-6-511例题例题2-1 n某直流调速系统电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降nN=115r/min， 1) 当要求静差率s30%时，允许多大的调速范围？ 2) 如果要求静差率s 20%，则调速范围是多少？ 3) 如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？ 2022-6-512解解 1)在要求s 30%时，允许的调速范围为 2)若要求s 20%，则允许的调速范围只有 3)若调速范围达到10，则静差率只能是3 . 5)3 . 01 (1153 . 01430)1 (snsnDNN1 . 3)2 . 01 (1152 . 01430D

10、%6 .44446. 011510143011510NNNnDnnDs2022-6-513二、二、 直流调速系统的机械特性（开环调速）直流调速系统的机械特性（开环调速）n开环调速系统开环调速系统，即无反馈控制的直流调速系统。，即无反馈控制的直流调速系统。n调节控制电压调节控制电压Uc就可以改变电动机的转速。就可以改变电动机的转速。n晶闸管整流器和晶闸管整流器和PWM变换器都是可控的直流电源，用变换器都是可控的直流电源，用UPE来统一表示可控直流电源。来统一表示可控直流电源。n如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高 ，开环，开环系统都能满足一定范围内

11、的无级调速。但如果对静差率系统都能满足一定范围内的无级调速。但如果对静差率有一定的要求，开环系统往往不能满足要求。有一定的要求，开环系统往往不能满足要求。2022-6-514图215 开环调速系统的原理图开环调速系统的组成及工作原理开环调速系统的组成及工作原理2022-6-515机械特性机械特性 n开环调速系统中各环节的稳态关系如下：电力电子变换器直流电动机 n开环调速系统的机械特性为 csdUKU0ed0dCRIUnedecsed0dCRICUKCRIUn（2-31） 2022-6-516图2-16 开环调速系统稳态结构图开环调速系统静态结构图开环调速系统静态结构图 2022-6-517图2

12、-17 开环直流调速系统的机械特性n额定速降 nN=RIN/Ce制约了开环直流调速系统中的调速范围和调速范围和静差率静差率开环调速系统的机械特性开环调速系统的机械特性2022-6-518例题例题2-2 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。如果要求调速范围D=20，静差率s5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降nN最多能有多少？ 2022-6-519解解:当电流连续时，V-M系统的额定速降为开环系统在额定转速时的静差率为如要求 ， ，即要求3050.18=275r/min0.2dN