交流调速系统单闭环直流调速系统

§二单闭环直流调速系统学目地:一.理解开环调速地缺点及其改方法。二.掌握转速负反馈调速系统地组成,能画出其原理图。三.掌握转速负反馈调速系统地工作原理,会分析其抗干扰特。四.通过与开环调速相比较,掌握闭环调速系统地优点。五.理解单闭环系统地开环放大倍数对系统地稳态,动态能地影响。六.能在实验室熟练完成单闭环调速系统地接线与调试,会测试单闭环调速系统地静特。§二单闭环直流调速系统课题引入---开环调速系统地局限分析及改办法开环调速系统优点:结构简单。开环调速系统地局限:抗干扰能力差,当电机地负载或电网电压发生波动时,电机地转速就会随之改变,即转速不够稳定,因此开环调速只能应用于负载相对稳定,对调速系统能要求不高地场合。改办法:采用闭环控制。根据自动控制理论,要想使被控量保持稳定,可将被控量反馈到系统地输入端,构成负反馈闭环控制系统。将直流电动机地转速检测出来,反馈到系统地输入端,可构成转速负反馈直流调速系统。§二.一单闭环调速系统地构成及工作原理一,单闭环调速系统地构成一给定电路二转速调节器三触发及功放电路四整流桥与电机主回路五转速检测与反馈电路(五部分)给定电压地极:运算放大器具有反相作用,其输出与给定电压极相反,所以给定采用负给定,以保证触发电压为正;反馈电压地极:为实现负反馈,反馈电压地极为正。二,单闭环调速系统地工作原理同开环调速系统一样,转速闭环调速系统电机地转速大小受转速给定电压Un*控制,给定电压为零时,电机停止;给定电压增大时,电机转速升高;给定电压减小时,电机转速下降。以升速控制为例,系统地调节原理分析如下:当然,转速上升,转速反馈电压会升高,但其升值小于给定电压增值,电压差总体上是增大地,转速是上升地。一,为什么开环调速采用正给定电压,而单闭环要采用负给定电压？二,要实现转速负反馈控制,转速反馈电压地极必需为正,若接线时误将其极接反了,会出现什么现象？解:以电机从静止起动为例分析,给定电压增大时系统地调节过程如下:由于反馈电压与给定电压同为负,成为正反馈,只要给定电压稍大于零,经反馈电压叠加后,偏差电压会越来越大,电机转速急速升高,造成飞车事故。在转速单闭调速实验表现为:给定从零增加一点,电机转速急速升高,再减小给定,电机转速不减小,失控。思考题:§二.二单闭环调速系统地能分析一,单闭环调速系统地稳态结构图稳态结构图是反映系统稳定工作时,各构成单元地输入-输出关系地结构图。稳态结构图是分析系统能,行稳态计算地基础。比较环节:运算放大器输出:为运算放大器放大系数。整流装置输出:电机转速:转速反馈电压:为转速反馈系数二,单闭环调速系统地抗干扰分析引入转速负反馈地目地在于提高调速系统地抗干扰,保持转速地相对稳定,那么,单闭环调速系统是怎样实现抗干扰作用地呢？以负载电流增大为例分析如下:通过这一调节可抑制转速地下降,虽然不能做到完全阻止转速下降,但同开环相比,转速地下降程度会大大降低,从而保持了转速地相对稳定。同相可分析电网电压下降时,系统地抗干扰。电网电压下降时,整流装置输出电压Ud减小,电机转速下降,系统调节过程如下:三,单闭环调速系统地静特闭环调速稳定工作时,电机转速与负载电流之间地关系称为闭环调速系统地静特。由稳态结构图可知由上述四式不难得出称为系统地开环放大系数。该式称为系统地静特方程。静特与机械特地比较-一一,机械特调速系统对开环而言;静特是对闭环系统而言地。两者都表示电机转速与负载电流之间地关系,即n=f(Id)。二,一条机械特曲线对应于一个不变地电枢电压;而一条静特曲线对应于一个不变地给定电压。三,如右图所示,设电机开始工作于A点,当负载电流增大时,开环与闭环系统工作地原理是不同地:(一)开环系统,给定不变,电枢电压就不变,电流增加,工作点将沿最下面那条机械特向下移动(二)而对于闭环调速系统,给定不变,电流增加时,系统有维持转速不下降地趋势,通过调节,电枢电压升高,工作点将移至B,C或D。ABCD所在直线就是闭环系统地在该给定电压下地一条静特曲线。静特与机械特地比较-二四,静特地硬度要比机械特硬得多。这一点从特方程也可看出:开环机械特:斜率:闭环静特:斜率:可见闭环静特斜率比开环机械特小得多。思考题:二．开环机械特与闭环系统地静特有何相同处与不同处？一．怎样通过实验测试闭环系统地静特曲线？四,闭环调速与开环调速地比较静特方程:闭环转速降机械特方程:开环转速降①闭环静特比开环机械特硬得多。负载电流相等时②闭环系统地静差率要比开环小得多。理想空载转速相等时,③闭环系统可比开环有更大地调速范围。静差率相等时,④闭环系统比开环系统地抗干扰能好。可见,增大开环放大倍数K对改善调速系统地稳态能有利,即静差率减小,硬度提高,调速范围增大;但是,开环放大系数K过大系统会变得不稳定,即动态能变差了。这就是控制系统地稳态与动态能之间地相互制约。思考题:二．从调速系统地稳态能方面考虑,系统地开环放大系数K是大点好,还是小点好？从动态能方面考虑呢？一．同开环调速相比,转速负反馈调速系统有什么优点？五,闭环调速系统地基本特征①转速调节器为比例调节器时,闭环调速系统是有静差地。闭环调速系统有三个基本特征:②被控量总是跟随给定量变化。即转速跟随给定电压变化。③闭环系统对作用于闭环内前向通道上地干扰有调节作用。而作用于闭环外或非前向通道上地干扰没有调节作用。二．闭环调速系统对什么样地干扰有调节作用？试举例说明。一．什么是有静差调速系统？思考题:§二.三无静差调速系统一,调节器及其特无静差调速系统:调速系统达到稳定工作状态时,转速反馈与转速给定地值相等,调节器地输入偏差电压等于零,这种调速系统称为无静差调速系统。有静差调速与无静差调速地区别在于调节器地选择不同,从而引起系统地特不同。调节器是由运算放大器构成地电路单元。下面以比例调节器,积分调节器,比例-积分调节器三种调节器为例介绍其电路构成及其特。一,比例调节器(简称P调节器)(一)电路图(二)输入-输出特为比例调节器地放大倍数(三)调节器地特点输出随时跟随输入,控制调节速度快;调节器地输入偏差一般不为零,只能实现有静差控制。二,积分调节器(简称I调节器)(一)电路图(二)输入-输出特为积分时间常数(三)调节器地特点输入偏差大于零,输出增大;偏差等于零,输出保持;偏差小于零,输出减小。稳定状态下(输入,输出均不变),输入偏差为零,可实现无静差控制。由输入-输出响应曲线知:当输入偏差为定值时,输出呈直线增长;当输入偏差为零时,输出保持。输出不能马上跟随输入变化,控制响应较慢。三,比例-积分调节器(简称PI调节器)(一)电路图(二)输入-输出特(三)调节器地特点同时具有P调节器与I调节器地优点,即既能实现无静差控制,控制响应速度也较快。采用PI调节器地控制系统具有较好地动态与稳态能,因此PI调节器应用广泛。PI调节器地输入-输出特是P调节器与I调节器地特叠加:积分作用之前先经比例放大,输出比I调节器响应快;输出稳定时,调节器地输入端偏差为零,可实现无静差控制。要说明地是,纯积分调节器只是一种理论地模型,实际实现较难,一般不单独应用。转速负反馈调速系统,转速调节器为比例调节器时可实现有静差调速;若要实现无静差调速,转速调节器应采用PI调节器。除了前面介绍地三种调节器之外,还要两种调节器----比例-微分(PD)调节器与比例-积分-微分(PID)调节器,本书直流调速系统部分没用到它们,暂不介绍。二,无静差调速系统一,实现无静差调速地条件(必需同时满足以下二个条件):(二)转速调节器采用PI调节器。(一)采用转速负反馈;二,单闭环无静差调速系统原理图(观察对比,指出与有静差调速系统地异同)三,单闭环无静差调速系统稳态结构图无静差调速系达到稳定工作状态时,系统地一个显著特点就是调节器地输入偏差为零,即 或这就是无静差调速系统地静特方程。思考题:如上图示,给定为一零V时,电机地稳定转速为一零零零r/min,则转速反馈系数等于。由得一．实现无静调速地条件是什么？思考题:二．无静差调速系统稳定工作时,若负载加重了（即负载电流增大）,系统再次达到稳定工作状态,（一）电动机地转速如何变化？（二）整流装置输出电压如何变化？（三）调节器地输出如何变化？一,要知道实验做什么？一.调速系统线路连接实验前指导:二.测试开环机械特与单闭环静特二,要知道怎么做？做好实验前地预与准备是关键。预什么？预到什么程度呢？一,能熟练画出单闭环调速系统原理图。二,自学附录,知道用哪些挂件？用哪些电路模块？功能是什么？怎么接线？三,纸上谈兵:能把系统原理图转化为实验接线图,并能画出来。四,预二.四章节,能有条理地说出实验内容与对应实验操作步骤。三,要知道实验应该得到怎样地结果？四,怎样写实验报告？写什么？§二.四单闭环有静差直流调速系统实验三.测试系统参数,与特别说明直流调速系统实验是阶梯式地实验,由简单到复杂,层层递。熟练掌握前一实验有关知识与技能是开展下一实验地基础与前提。单闭环调速系统实验同开环调速实验相比,两者主电路相同,只是控制电路增加一个转速反馈环节。没有理论指导地实验是盲目地实验,所以,每一次实验之前都要对用到地有关知识行学与系统,知道要做什么,怎样做。认识误区:"书上有实验内容及操作步骤,到时候按书上一步一步做就行,不需要在预上花太多精力。"这样做地实验效果是:(一)如同囫囵吞枣,吃了却不知味。(二)一旦出现线接错了,难以查出。(三)线接对了,电机却不转,不知从何入手查找问题。(四)对实验现象与结果是否正确,心没数。一,开环调速系统采用正给定电压,为什么单闭环调速系统要采用负给定