第11章 直流传动控制系统

nmin = n02 − ∆n = 145 − 10 = 135
D=
nmax =1440/135=10.67 nmin ∆n S = N =10/145=6.9% n0
nmax S 2 D= ∆nN (1 − S 2 )
或
=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67
11.3 晶闸管 电动机直流传动控制系统 晶闸管-电动机直流传动控制系统 一.单闭环直流调速系统 单闭环直流调速系统 1.有静差调速系统 有静差调速系统 1).转速负反馈自动调速系统 转速负反馈自动调速系统--------系统原理方框图 转速负反馈自动调速系统 系统原理方框图
电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图 电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图
∆U = U g − (U fu − U fi )
4)电流截止负反馈系统 电流截止负反馈系统 是一种在过渡过程中起作用的反馈,称为软反馈. 是一种在过渡过程中起作用的反馈,称为软反馈.
(1)电流截止负反馈的作用 电流截止负反馈的作用 在转速负反馈系统中,电动机 在转速负反馈系统中 电动机 起动瞬间,转子没有动 转子没有动,没有反 起动瞬间 转子没有动 没有反 馈电压,只有给定电压起作用 只有给定电压起作用. 馈电压 只有给定电压起作用 一方面,电动机将快速起动 电动机将快速起动;另 一方面 电动机将快速起动 另 一方面,过大的起动电流对电 一方面 过大的起动电流对电 动机不利.为了限制电动机起 动机不利 为了限制电动机起 动过程时的过大电流,引入电 动过程时的过大电流 引入电 流截止负反馈. 流截止负反馈 (2)电流截止负反馈的特性 电流截止负反馈的特性 近似挖掘机特性.如图示 如图示. 近似挖掘机特性 如图示
例:闭环自动控制系统方框图
11.2机电传动控制系统调速方案的选择 11.2机电传动控制系统调速方案的选择
1.生产机械对自动调速系统技 术指标的要求 1)静态技术指标 (1)调速范围D 联立解上两式得:
D= nmax S 2 ∆nN (1 − S 2 )
nmax D= nmin
(2)静差度S ∆n S= N n0
解;由 D = 由
nmax S 2 ∆nN (1 − S 2 )
得
∆n f = nmax S 1500 × 0.05 = = 7.9 1500 D(1 − S ) (1 − 0.05) 150
∆n ∆n f = 1+ K
K = ∆n 80 −1 = − 1 = 9 . 13 ∆n f 7 .9
思考题:1500r/min是额定转速还是理想空载转速 是额定转速还是理想空载转速? 思考题 是额定转速还是理想空载转速
2.自动控制系统的分类 2.自动控制系统的分类
上述的开环控制系统和闭环控制系统是从组成原理上分 的。常见的还有下列的分类方法： 的。常见的还有下列的分类方法：
(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控制系统； (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； (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。
(2)闭环控制系统 (2)闭环控制系统
当系统受到外界的扰动(如负 当系统受到外界的扰动 如负 载的波动)， 载的波动 ，使被调量与给定 值发生偏差时， 值发生偏差时，由测量环节 (测速发电机 测量的被调量 测速发电机)测量的被调量 测速发电机 (电动机的转速 和给定值进行 电动机的转速)和给定值进行 电动机的转速 比较，得出偏差， 比较，得出偏差，再经过放 大环节将偏差信号放大去控 制执行环节， 制执行环节，达到抵消扰动 减少偏差的目的。 减少偏差的目的。其特点是 输入量与输出量之间既有正 向的控制作用， 向的控制作用，又有反向的 反馈控制作用， 反馈控制作用，形成一个闭 环，故又称闭环控制系统或 反馈控制系统。几式得闭环系统静特性方程式 K 0U g RΣ n= − I a = n0 f − ∆n f Ce (1 + K ) Ce (1 + K ) 由电动机电枢电路方程式可得开环系统静特性方程式
n=
K 0u g Ce
−
RΣ I a = n 0 − ∆n Ce
比较式(11.5)和式(11.6),得到两个重要的结论:
D = 10, S = 0.05
S′ = ∆n 100 = = 0.09 n0 1000 + 100
∆n f =
D = 10, S = 0.15
∆n f =
nmax S D(1 − S ) =1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26 ∆n K= =100/5.26=18 ∆n f
nmax S D(1 − S )
例:某直流调速系统,其高速,低速特性如图示, n01 =1450r/min, n02 某直流调速系统,其高速,低速特性如图示, =145r/min, ∆nN =10r/min,问系统达到的调速范围有多大?系统允许 =10r/min,问系统达到的调速范围有多大? 的静差度是多少? 的静差度是多少? 解: nmax = n01 − ∆nn = 1450 − 10 = 1440
11.1机电传动控制系统的组成和分类 11.1机电传动控制系统的组成和分类
1.机电传动控制系统的组成 机电传动控制系统的组成
机电传动控制系统是由电机、 机电传动控制系统是由电机、 电器、电子部件组合而成， 电器、电子部件组合而成， 通过一定的控制去实现对生 产机械的驱动任务. 产机械的驱动任务. (1)开环控制系统 开环控制系统: (1)开环控制系统: 只有控制量(输入量) 只有控制量(输入量)对被控 制量(输出量) 制量(输出量)的单向控制作 用，而不存在被控制量对控 制量的影响和联系， 制量的影响和联系，这样的 控制系统称为开环控制系统。 控制系统称为开环控制系统。
1)不要求电气调速的: (1)空载,轻载起动的,选鼠 笼式异步电动机; (2)重载起动的,选线绕式 异步电动机; (3)大容量的选同步电动 机; 其中,简单的采用继电器接触器 控制;复杂的采用 PLC控制. 2)要求电气调速的,根据 调速指标确定拖动方案: (1)D=2-3.有级调速,选多 速电动机; (2)D小于10,无级调速,选 滑差电动机; (3)D大于10,无级调速,采 用SCR-M自动调速系统. 3)电动机的调速特性与 生产机械负载特性匹配.
式中.n 理想空载转速 理想空载转速; 式中 o-理想空载转速 •
电动机调速特性如下图,静差 度S取S2的值.
∆nN -----额定负载时的转速降.
2)动态技术指标 (1)最大超调量:为10%-35%.
M
P
=
n max − n 2 n2
(2)过渡过程时间T •(3)振荡次数
2.机电传动控制系统方案的确定原则 2.机电传动控制系统方案的确定原则
转速负反馈自动调速系统
放大器
(1)系统组成 系统组成
直流电动机; 直流电动机 晶闸管触发电路和主电路; 晶闸管触发电路和主电路 放大器(比例调节器 放大器 比例调节器); 比例调节器 给定环节—给定电压 给定电压Ug; 给定环节 给定电压 反馈环节---反馈电压 反馈环节 反馈电压 Uf= γn ; 比较环节
第11章 直流传动控制系统 11章
了解机电传动自动调速系统的组成; 了解机电传动自动调速系统的组成 掌握生产机械对调速系统提出的调速技术指标 要求; 要求 掌握自动调速系统中各个基本环节,各种反馈环 掌握自动调速系统中各个基本环节 各种反馈环 节的作用与特点; 节的作用与特点 掌握各种常用的自动调速系统的调速原理,特点 掌握各种常用的自动调速系统的调速原理 特点 及适用场所; 及适用场所 能在生产实际中处理控制系统的一般问题. 能在生产实际中处理控制系统的一般问题
U k = K p (U g − γn)
整流环节输出电压
U d = K s K p (U g − γn)
电动机电枢回路
Ud =Cn+IaR e Σ
令前向通道放大倍数为
K0 = K p Ks
闭环系统的开环放大倍数为
(2)静特性方程式 静特性方程式
比较环节
∆U = U g − γn
1 K = K p K sγ Ce
∆n ∆n f = 1+ K
D f = (1 + K ) D
某直流闭环调速系统的速度调节范围是1500例1:某直流闭环调速系统的速度调节范围是 某直流闭环调速系统的速度调节范围是 150r/min,静差度为 静差度为0.05,问系统允许的速降是多少 如果开 问系统允许的速降是多少?如果开 静差度为 问系统允许的速降是多少 环系统的静态速降是80r/min,求闭环系统的开环放大倍数 求闭环系统的开环放大倍数. 环系统的静态速降是 求闭环系统的开环放大倍数
(2)具有电压负反馈环节的调速系统 (2)具有电压负反馈环节的调速系统
注意反馈电压与给定电压的极性
3)电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 (1)电流正反馈的作用: (1)电流正反馈的作用: 电流正反馈的作用 为了补偿电枢电阻压降, 为了补偿电枢电阻压降,一般在电压负反馈的基础上 再增加一个电流正反馈环节. 再增加一个电流正反馈环节. 它是把反映电动机电枢电流大小的量取出， 它是把反映电动机电枢电流大小的量取出，与电压 负反馈一起加到放大器输入端。由于是正反馈， 负反馈一起加到放大器输入端。由于是正反馈，当负 载电流增加时，放大器输入信号也增加， 载电流增加时，放大器输入信号也增加，使晶闸管整 流输出电压增加，以此来补偿电动机电枢电阻所产生 流输出电压增加， 的压降。 的压降。由于这种反馈方式的转速降落比仅有电压负 反馈时小了许多，因而扩大了调速范围，如果比例选 反馈时小了许多，因而扩大了调速范围， 电势内反馈, 择恰当，综合反馈将具有电势内反馈 择恰当，综合反馈将具有电势内反馈,即相似于转速反 馈的性质。 馈的性质。