chp4.2对转速系统的要求和开环调速系统

允许的转速降
nmaxs ΔnN D(1 s)
调速质量如何评价？
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3. 平滑性
在一定的调速范围内，调速的级数越多，则认为调速越平滑。 平滑性用平滑系数来衡量，它是相邻两级转速之比
ni vi ni1 vi1
值愈接近于1，则平滑性愈好。此时称为无级调速，
即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑 性最好。 4. 经济性
显然，简单的开环调速系统是满足不了生产机械工艺要求 的，只有把额定负载下的转速降落从开环调速系统的r／min降 低到满足要求的2.63r／min才行。这就应采用负反馈控制，构 成闭环调速系统。
END
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怎么评价调速方法？
4
怎么评价调速方法呢？ 为生产机械选择调速方法，必须在技术和经济两方面 进行比较。那么评价调速方法的主要指标是什么呢？
•对转速控制的要求可归纳为 1) 调速:在一定的最高转速和最低转速范围内调节转速； 2) 稳速:以一定的精度在所需转速上稳定地运行，不因各种 可能的外来干扰而产生过大的转速波动; 3) 快速性:尽快地加、减速，缩短起、制动时间;不宜经受 剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。 •性能指标: 1 静态指标 2 动态指标
n
对于同样硬度的特性， 理想空载转速越低时， 静差率就越大， 转速的稳定程度也就越差。 调速范围 D 和静差率 s 这两项指标不是彼此孤立的，必须同 时使用才有意义。 8
调速范围D与低速静差率s 间的关系？
(3) 调压调速系统中 D、S 和 nN 的关系： 在直流电动机调压调速系统中， nmax 就是电动机的额定转速 nN 。 对于一个调速系统，其特性硬度或 nN 值是一定的，如果对 静差率 s 的要求越严，系统允许的调速范围 D 就越小。 S 与 D 的矛盾: n nN S nN1 n 01 D (4.2 8) nN 1 S S 减小，则 D 减小； S 增大，则 D 增大。 n
降 低 电 源 电 压 调 速
例
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例 4.2-2 某 V—M 直流调速系统的直流电动机的额定值为 60kW， 220V ， 305A ， 1000r ／ min ，主回路总电阻 R=0.18Ω ，电枢电阻 Ra =0.066Ω，要求 D＝20， s 5％。开环调速系统能否满足要求?
解：已知系统当电流连续时，

02 差率 s ，即 0 T e,N Te n N n N s ，或 s 100% 图 4 .2 .1 不 同 转 速 下 的 静 差 率 n0 n0 是一个衡量特性的硬度的指标。 调速系统的静差率指标，主要是指最低转速时的静差率，如 nN n n 下式所示： s 1 2 应满足低速时的静差率 s n0 min s 1 2
02
nN 2
0
T e,N
Te
图 4 .2 .1 不 同 转 速 下 的 静 差 率
n n n n n s max max max max max D Δ n Δ n n Δ n Δ n 1 s) N N min n 02 N N( n ( 1 ) ( 1 s ) 02 n s 0
动、静态指标的用处：系统分析,系统设计,系统评价 一般的, 要求跟随性能: 机械手,数控机床,高炮; 要求抗扰性能: 连轧机,龙门刨床; 同时要求两种性能: 可逆轧机,高性能机器人的关节
开环调速系统的性能和存在的问题
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4.2.2 开环调速系统的性能和存在的问题
在开环调速系统中，控制是单方向进行的，输出转速并不 影响控制电压，控制电压直接由给定电压产生。如果生产机械 对静差率要求不高，开环调速系统也能实现一定范围内的无级 调速，而且开环调速系统结构简单。
但是，在实际中许多需要无级调速的生产机械常常对静差 率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率。 n U N U1 U 2 U 3 A ' n1 A (n ) U N n 01 A1 ( n1 ) U 1 n 02 A2 (n 2 ) U 2 n 03 U 3 A (n )
3 3
0
TL
T
e
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调速范围的意义？
n max D n min
பைடு நூலகம்
(3-20)
T TN
额定负载下
调速范围反映了生产机械对调 速的要求，不同的生产机械对 电动机的调速范围有不同的要 求 例 如 车 床 D=20~120 ， 龙 门 刨 床 D=10~40 ，轧钢机 D=3~120 ， 造纸机 D=3~20 等。对于一些经 常轻载运行的生产机械，可以 用实际负载时的最高转速和最 低转速之比来计算调速范围D。
输入量 控制器 扰动量 输出量 被控对象
检测单元
稳态指标？
图 4.3.1 闭环系统方框图
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1 稳态指标（静态指标）
(1)调速范围 D 在额定负载条件下电动机能达到的最高转速 nmax 和最低转速 nmin 之比称为调速范围，用字母 D 表示，即 n D max nmin T T
e eN
(4.2-1)
2
4.2 对转速控制的要求和开环系统的问题
4.2.1 对调速系统的要求和调速指标 4.2.2 开环调速系统的性能和存在的问题
调速的概念？
3
4.2.1 对调速系统的要求和调速指标
调速—采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足 生产的需要，这种方法通常称为调速。 为了提高生产率和满足生产工艺的要求，生产机械往往需要 在不同速度下运行。例如，车床切削工件时，精加工用高速， 粗加工用低速；轧钢机在轧制不同钢种和不同规格的钢材时， 须用不同的轧制速度。这些事例说明，生产机械的工作速度 需要根据工艺要求而可以调节。故所谓调速，就是根据生产 机械工艺要求人为地改变速度。 但必须注意：调速和由于负载变化，引起的速度变化是截然 不同的概念。 调速可用机械调速（改变传动机构速比进行调速的方法）、 电气调速（改变电动机参数进行调速的方法）或二者配合起 来调速。本节只讨论他励直流电动机的调速性能和几种常用 的电气调速方法。
HELLO EVERY ONE
1
武汉历来是长江中游最大的物 资集散地、商业贸易中心，又 美称“江城”，故为华中重镇。 这里也留下了唐朝大诗人李白 “黄鹤楼中吹玉笛，江城五月 落梅花”的千古绝句，也是流 传了两千多年的“高山流水觅 知音”故事的发生地，人们可 在此凭吊俞伯牙、钟子期以琴 会知音的动人故事。
调速的经济指标决定于调速系统的设备投资及运行费用，而 运行费用又决定于调速过程的损耗Δ p，它可用设备的效率来 说明。 P

2
P2 ΔP
动态指标？ 10
2 动态指标
(1)跟随性能指标(单位阶跃响应)

稳定性----超调量 快速性----上升时间 tr
Cmax C C
(4.2-10)
± 5%(or2%)Cœ2
C1
Cmax
C 2 tv
t
N
N
tm
t
图 4.2.3 突加扰动的过渡过程和抗扰性能指标
抗扰性能指标？ 12
频域上的提法 (过去的设计多基于频域法): 据系统开环频率特性提出的性能指标为相角裕量 和截 止频率 c ； 根据系统的闭环幅频特性提出的性能指标为闭环幅频特 性峰值 M r ，和闭环特性通频带 b 。 相角裕量 和闭环幅频特性峰值 M r ，反映系统的相对稳 定性， 开环特性截止频率 c 和闭环特性通频带 b 反映系统的 快速性。

过渡过程时间---调节时间 ts C (t )
Cmax C
Cmax C
±5%(or2%)Cœ
图 4.2.2 表示跟随性能指标的单位阶跃响应曲线
抗扰性能指标？ 11
(2)抗扰性能指标: 系统稳定运行时，突加一定数值的扰动后所引起的输出量的最大 变化，用原稳态值输出 C1 的百分数表示，叫做最大动态变化量。 Cmax 100% C1 稳态误差: C1 C 2 恢复时间 tv : 从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态， 与新稳态值 C 2 误差（或进人某个规定的基准值 Cb ）的± 5％或± 2 ％范围之内所需的时间，定义为恢复时间 tv 。
对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可以采用实际负载时的 转速计算 D 。 在设计调速系统时， 通常视 nmax 为电动机的额定转速 nN 。 n
n 01
n 02
0
nN1
nN 2
最高转速受电动机 的换向及机械强度 限制
T e,N
Te
图 4 .2 .1 不 同 转 速 下 的 静 差 率
调速范围的意义？
已远远超过了 5％的要求，更何况满足调速范围最低转速的情况以 及考虑电流断续时的情况呢?
例续
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如果要满足 D＝20， s 5％的要求，可以根据式(4.2-8)求得额定 负载下的转速降落 nN 为
nN s 1000 0.05 nN 2.63 r / min D 1 s 20(1 0.05)
CE N (U N Ra I dN ) / nN 0.199 0.2 V· min／r； IN R 305 0.18 nN 274.5r / min CE N 0.2
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
nN 274.5 sN 100% 21.54% nN nN 1000 274.5
最低转速受什么限制？
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(2)静差率 S 当系统在某一转速下运行时，负载由 理想空载变到额定负载所对应的转速降 落 nN ，与理想空载转速 n0 之比，称为静
n n 01
nN1 nN 2
n n 0 02 静差率 s反映了拖动系统的相对稳定性。不同生产机械，其允许 的静差率不同，例如普通车床s≤30%，而精度高的造纸机则要求 s≤0.1%。