第4章机电传动速度连续控2008制

1、第4章机电传动速度连续控制,杨艳娟,4.1.1无级调速,机电传动速度连续控制是指在一定的控制下，工作机构能够实现任意连续的速度变化，即无级调速。无级调速可通过机械传动、流体传动或电气传动等方式来实现。,电气无级调速，实际上是通过不同的电气控制系统对直流电动机和交流电动机进行控制（改变电压、频率等参数），使其输出轴的转速连续而任意地变化，分别成为直流调速和交流调速。,4.1.2调速静态技术指标,1静差率,电动机在某一机械特性曲线所示状态下运行时，额定负载下所产生的转速降落与理想空载转速之比，称为静差率，用S表示，即。,静差率表示电动机运行的稳定程度。在n0相同时，电动机运行的机械特性越硬，越小，

2、则静差率越小，电动机相对稳定性越高。,为了保证转速的稳定性，要求S应不大于某一允许值。由于低速时S较大，因此电动机最低转速的调节受到允许静差率的限制。,机械特性的静差率,2调速范围,4.1.2调速静态技术指标,电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速与最低转速之比，称为调速范围，用D表示，即。,假设最大静差率为，即,则转速范围与静差率之间的关系为，,机械特性的静差率,直流电动机的调速控制,直流电动机的基本调速方式,电枢电压,反电动式,电磁转距,电枢电流,转矩常数,电枢绕组电阻,电枢转速,电机主磁极的磁通,直流电动机的机械特性方程式也就是它的调速公式，即,直流电动机的调速控制,电枢回路降压调速的

3、条件是保持励磁电流恒定（恒定）。,直流电动机的调速控制,弱磁调速,直流电动机的调速控制,电枢回路降压调速的条件是保持励磁电流恒定（恒定），若电枢电流为额定电流IN，为则恒转矩调速,他励直流电动机的电磁功率与电磁转矩有以下关系：,在弱磁调速过程中，由于要调节磁通，所以电磁转矩要变化，若在不同转速时保持电枢电流为额定值IN不变，为恒功率调速,直流电动机的调速控制,4.3.4闭环控制直流调速系统,闭环控制直流调速系统转速负反馈调速系统电流截止负反馈双闭环控制直流调速系统,如果生产机械对静差率要求不严的话，采用开环系统就可以满足要求。由于在工业生产中，许多调速系统都要求有较小的静差率，如龙门刨床工作台

4、的拖动要求的静差率、D20，开环系统不能满足此项要求，故必须采用闭环调速系统,转速负反馈调速系统,(1)系统组成和原理,转速负反馈调速系统,(2)系统静特性分析,1）放大器,式中：是放大器电压放大倍数。,2)触发器、整流器,整流器输出电压与触发器输入电压之间的关系，可近似看成线性关系，即,式中：是整流器包括触发器在内的放大倍数。,转速负反馈调速系统,3)电动机电枢回路,电枢回路的电压平衡方程式为,绕组电势E为,式中：是回路中所有电阻之和。,式中：为电动机放大系数。,4）测速发电机,式中：为速度反馈系数。,测速发电机输出电压信号为,转速负反馈调速系统,综合右面各式得到系统静态特性方程式为,当负载

5、为零时，绕组电流，则,上式为理想空载转速与给定电压的关系式。,转速负反馈调速系统,转速降与负载的关系为,开环系统的转速降为,则,转速负反馈系统静态特性方框图,电流截止负反馈,直流电动机全电压起动或过载时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，不仅对电动机不利，对过载能力低的晶闸管来说，也是不允许的。,当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈。这种作用支应在起动和堵转时存在，在正常工作时又得取消。,双闭环控制直流调速系统,(1)系统结构和原理,双闭环控制直流调速系统,(2)系统动态特性分析,1)额定励磁下的直流电动机直流电动机的传递函数,电动机电枢回路加上整流电压U，回路中产生

6、电流I，主电路的电压平衡关系为,式中：为额定励磁下的感应电势；为包含整流装置内阻的电枢回路电阻；为包含平波电抗器在内的电枢回路电感。,对上式两边取拉氏变换，得,式中为电枢回路电磁时间常数，,双闭环控制直流调速系统,电流I产生力矩，克服负载力矩，使拖动系统起动运行。运行方程式是,式中：J为整个拖动系统折算到电动机轴上的惯量。,设代人上式得：,同样，对上式取拉氏变换得,式中：为电动机的机电时间常数.,2)触发器、整流器,双闭环控制直流调速系统,输出整流电压滞后于控制电压，晶闸管触发与整流装置是一个滞后的放大环节。,晶闸管输出整流电压滞后于触发电路控制电压的失控时间的大小随发生变化的时刻而改变，是一

7、个随机变量。无论哪一种整流电路，最大可能的失控时间为两个自然换相点的相隔时间，即,式中：m为整流电压波形在一周内的脉波数(波头数)；f为交流电源频率。,为了计算方便，可取为常数。目前有两种取法：一种方法是按最大值取；另一种方法是取其统计平均值。,双闭环控制直流调速系统,综上所述，晶闸管触发和整流装置的传递函数可表示为,将上式按泰勒级数展开可简化为,从简化后的传递函数看，晶闸管触发和整流装置的特性相当于一个惯性环节。,忽略高次项，上式可简化为,双闭环控制直流调速系统,3)比例、积分调节器(PI调节器),由运算放大器原理可知,式中：为比例放大系数；为积分时间常数。,对上式进行拉氏变换得,双闭环控制

8、直流调速系统,4)转速、电流检测电路,转速、电流检测电路为纯比例环节，传递函数就是各自的反馈系数与。,双闭环调速系统动态结构图,双闭环控制直流调速系统,第一阶段为电流上升阶段第二阶段是恒电流等加速度升速阶段第三阶段是转速调节阶段,交流电动机的调速控制,交流电动机的调速原理,异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为,式中，n1同步转速（r/min）,f1定子频率（即电源频率Hz）；P磁极对数。,异步电动机的转速为,转差率,交流电动机的调速控制,交流电动机的调速方式变极调速改变电机绕组的接线方式变转差率调速对于绕线式异步电动机，可通过调节串连在转子绕组中的电阻值（调阻调速）、在转子电路中引入附加的转差电压（串级调速）、调整电机定子电压（调压调速）以及采用电磁转差离合器改变气隙磁场等方法均可实现变转差S。变频调速通过改变定子供电频率来改变同步转速实现对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。,交流电动机的调速控制,变频调速的原理与调速方式,变频调速的基本原理,异步电动机定子绕组每相感应电动势为,k1定子绕组等值匝数，k11;,f1定子频率（即电源频率Hz）；气隙中的磁通量；,U1电机外加电压；,I1电机定子电流；,Z1电机定子绕组；,1定子绕组的实际匝数;,如果略去定子阻抗电压降,