第5次课第五章直流传动控制系统

1、第5章 直流传动控制系统5.1 概述 一、自动控制系统的组成和分类 1. 自动控制系统的组成 2. 自动控制系统的组成 (1)按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈(2)按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统 (3)按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统(4)按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统(5)按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统，或无级调速和有级调速。(6)按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系统（7）按电机调速特性分，可分

2、为恒转矩调速和恒功率调速二 调速系统主要性能指标 调速系统的调速技术指标静态指标动态指标1. 静态技术指标 1） 静差度S： 静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。 速度稳定性指标 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。普通设备普通车床龙门刨床冷轧机热轧机造纸机S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1% 电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高 ; 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 在额定负载下，允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前

3、提下所能达到的最低转速之比称为调速范围 。车床龙门刨床钻床铣床轧钢机造纸机进给机械20120204021220303151020530000 3）D 、n和S的关系 3）D 、n和S的关系2. 动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转所经过的一段过渡过程，称为动态过程。 1. 最大超调量 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范围： 2. 上升时间tr 4. 振荡次数 N系统超调量过渡过程时间T振荡次数性能10长无不好2大长多不好3小短中好 3. 过渡过程时间ts例5.1 有一生产机械要求调速范围D=5，静差率5，电动机额定数据为1

4、0KW，220V，55A，1000r/min，电枢回路总电阻R=1，Ke=Ce =0.1925 V.min/r，问开环系统能否满足要求？ 解：由式（5.2），要满足D，S 要求，在额定负载时允许的稳态速降为： 开环系统中，当电流连续时，有： 开环系统中，速度降为： 开环系统中速度降大大的超过了允许的转速降落，为了改善调速系统，要求采用闭环负反馈控制。三、根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式 1.生产机械的负载特性2电动机调速过程中的负载能力 在调速过程中应保持电枢电流Ia为额定值IN，在不同转速下电动机轴上输出的转矩和功率就是电动机所能允许长期输出的最大转矩和最大功率，亦即电动机调速过

5、程中的负载能力。3电动机的调速性质与生产机械的负载特性的配合 负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，且电动机的额定转矩T应等于或略大于负载转矩TL； 负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式，且电动机的额定功率PN应等于或略大于生产机械的静负载功率PL。 5.2 晶闸管电动机直流传动控制系统按结构的不同：单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统 一、单闭环直流调速系统 1. 有静差转速负反馈调速系统：系统的给定值与反馈值不相等， U=Ug-Uf 0,采用比例P调节器。 1) 基本组成 按静态误差的不同：无静差直流调速系统有静差直流调速系统任务： 调节速度

6、； 扩大调速范围，减小静态误差。分类： 测速反馈回路速度给定 放大器触发回路可控整流回路 电枢回路励磁回路+-转速负反馈闭环系统的稳态结构图n晶闸管的工作原理带电阻性负载的单相可控整流电路 2) 工作原理 当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。 (2) 调速（Uf不变，改变Ug的大小） 改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速. (1) 稳态（ Ug、Uf 不变） (3) 稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化 ) 当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。转速负反馈闭环系统的稳态结构图n 3) 静特性分析 静特性：闭环系统在稳态

7、时负载的转速与负载之间的关系。 (1) 各环节输入输出的关系 电动机电路 可控硅和触发电路 放大器电路 反馈电路 (2)分析与结论 理想空载转速 设 理想空载转速 转速降 设 调速范围 在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下， 结论：由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为0，因此，上述系统只能维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。 提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大

8、调速范围的有效措施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。 例5.2 采用线性集成电路运算放大器做电压放大器的转速负反馈单闭环直流调速系统如图所示。已知电动机额定数据为：7.5kW, 220V , 41.1A, 1500r/min, Ra=0.5；晶闸管变流装置的控制电压从010V变化时，变流装置的输出电压从0230V变化，且最大给定电压10V对应于电动机 额定转速； 晶闸管电动机系统主电路总电阻为1；测速发电机为永磁式，额定数据为：23.1W 110V，0.21A，1900r/min;生产机械要求调速范围 D=

9、10， 静差率 S5%。根据以上数据和稳态要求计算调速系统的静态参数。解： 1.为了满足稳态要求，额定负载时调速系统的稳态速降应该为： 2.闭环系统应该有的开环放大倍数：取K=40 3.计算反馈环节的反馈系数和参数 有静差系统稳定运行时，U=Ug-Uf 0，但U值较小，工程计算时可取U=0，即： 最高转速时测速机的电压：测速机输出最高电压时其电流约为额定值的1/5，这样测速机电枢压降对检查信号的线性度影响最小，可得： RP2所消耗的功率为：86.840.20.21=3.65W 可选用2k，10W的可调电阻。 5.计算运放的放大倍数和参数 4.变流装置的放大倍数运放的输入电阻范围一般为：10k

10、40k ，取R0=20k ，则55 有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480rmin，低速时的理想空载转速n02=157rmin，额定负载时的转速降nN10rmin。试画出该系统的静特性(即电动机的机械特性)，求出调速范围和静差度511 某一有静差调速系统的速度调节范围为75rmin1500rmin，要求静差度S2，该系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态速降是100rmin，则闭环系统的开环放大倍数应有多大?512 某一直流调速系统调速范围D10，最高额定转速nmax=1000rmin，开环系统的静态速降是100rmin。试问该系统的静差度为多少?若把该系统组成闭环系统，保持n02不变的情况下，使新系统的静差度为5，试问闭环系统的开环放大倍数为多少?55 有一直流调速系统，其高速时的理想空载转速n01=1480rmin，低速时的理想空载转速n02=157rmin，额定负载时的转速降nN10 rmin。试画出该系统的静特性(即电动机的机械特性)，求出调速范围D和静差度S解：调速范围D为：静差度S为：511 某一有静差调速系统的速度调节范围为75rmin1500rmin，要求静差度S2，该系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态速降是100rmin，则闭环系统的开环放大倍数K应有多大?解：调速范围D为：允许的闭环静态速降为：设开环放大倍数K，