电动机的自动调速系统

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• 二、任务分析
• 本任务需要学生了解直流调速的性能指标, 直流调速涉及的基本组成和调速方法等, 学习三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的基本原理和控制方法。
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课题一直流调速系统
• 三、知识链接
• (一) 调速控制系统的基本技术指标 • 对于各类不同的生产机械, 由于其具体的生产工艺过程不同, 因此对调
单元五电动机的自动调速系统
• 课题一直流调速系统 • 课题二交流调速系统
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课题一直流调速系统
• 一、任务描述
• 直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转及调速等性能, 宜于在大范围内平滑调速, 目前在调速领域中仍占有重要地位。特别是晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。
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• (２) 稳速: 以一定的精度在所要求的转速上稳定运行。在各种可能的扰动下, 不允许有过大的转速波动, 以确保产品质量。
• (３) 加、减速: 对于频繁启动、制动的设备, 要求尽可能快地加、减速 , 以提高生产效率; 对于不宜经受剧烈速度变化的机械, 要求启动、制动尽可能地平稳。
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• 然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。如图５－１－１所示的两条特性线, 虽然两者的硬度相同, 即额定速降Δｎｎｏｍａ＝ Δｎｎｏｍｂ, 但它们的静差率却不同。其原因是理想空载时的转速不相同。对于同样的特性硬度, 若理想空载时的转速越低, 则静差率越大, 且转速的相对稳定度也越差。在一个交、直流调速系统中, 如果最低转速运行时, 能满足静差率ｓ的要求, 则大于最低转速下的静差率一般都能满足要求。所以, 一般所提的对静差率的要求是指: 系统在最低速时, 所能达到的指标。图中Ｔｅ是指电动机轴上输出的转矩; Ｔｅｎｏｍ是指额定输出转矩。
• 对于调压调速系统来说, 电动机的最高转速ｎｍａｘ等于其额定转速ｎｎｏｍ。Ｄ越大, 则说明调速系统的调速范围越宽。对于少数负载很轻的机械(例如磨床), 也可以用实际负载时的转速, 来定义调速范围。
• 根据调速范围这个指标的大小, 交、直流调速系统可分为: • ａ. 当Ｄ <３时, 为小调速范围的系统。 • ｂ. 当３≤Ｄ <５０时, 为中等调速范围的系统。
• ｂ. 超调量σ。在阶跃响应过程中, 输出量超出稳态值Ｃ∞ 的最大偏差与稳态值之比的百分值, 称为超调量, 即:
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• 超调量反映了系统的相对稳定性。超调量越小, 则相对稳定性越好, 即动态响应比较平稳。
• ｃ. 调节时间ｔｓ。在阶跃响应过程中, 从输出衰减到输出量与稳态值之差进入± ５％或±２％的允许误差范围之内所需的最小时间, 称为调节时间, 又称为过渡过程时间。
速控制系统的性能指标要求也是不同的。对控制系统的要求归纳起来有以下几个方面。 • １. 对调速控制系统的性能指标要求 • (１) 调速: 在一定的范围内实现有级或无级地调节转速。调速系统的转向若要求正、反转, 则为可逆调速系统; 若只要求单向运转, 则为不可逆调速系统。
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• 调节时间是用来衡量系统整个调节过程的快慢的, 即调节的快速性。若调节时间ｔｓ越小, 则系统响应的快速性越好。
• 在实际的系统中, 快速性和稳定性往往是相互矛盾的。若减小了超调量, 则往往就延长了过渡过程时间; 减少过渡过程时间, 却又增大了超调量。
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• 交、直流调速控制系统一般在给定阶跃信号作用下, 系统输出在零初始条件下的响应过程来表示系统对给定输入的典型跟随过程, 如图５－１－２所示。其主要跟随性能指标如下。
• ａ. 上升时间ｔｒ。在阶跃响应过程中, 输出量从零开始, 从第一次上升到稳态值Ｃ∞ 所经历的时间, 称为上升时间。上升时间反映系统动态响应的快速性。
• ２. 调速控制系统的稳态和动态两方面的性能指标 • (１) 稳态性能指标。 • 所谓稳态性能指标, 是指调速控制系统稳定运行时的性能指标。 • ① 调速范围。
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• 直流调速系统的调速范围是指电动机在额定负载下, 运行的最高转速与最低转速之比,即Ｄ＝ｎｍａｘ / ｎｍｉｎ。
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• ｃ. 当Ｄ≥５０时, 为宽调速范围的系统。现代交、直流调速系统的调速范围可以做到Ｄ≥１００００。
• ② 静差率。 • 当系统在某一转速下运行, 负载由理想空载变到额定值时, 所引起的额
定转速降落值Δｎｎｏｍ与理想空载时的转速ｎ０之比, 称为静差率。静差率用ｓ表示, 即ｓ＝ △ｎｎｏｍ / ｎ０＝ (ｎ０－ｎｎｏｍ) / ｎ０, 或用百分数表示ｓ＝(Δｎｎｏｍ / ｎｏ) ×１００％。 • 静差率是用来表示当负载转矩变化时, 电动机转速变化的程度。静差率与机械特性硬度有关, 即机械特性硬度越硬, 则静差率越小, 且转速稳定度越高。
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• 调速范围和静差率这两项指标是相互联系的. • ③ Ｄ、ｓ、Δｎｎｏｍ之间的关系。 • 调速系统的静差率是指系统在最低转速时的静差率, 即ｓ＝ Δｎｎｏｍ
/ Δｎ０ｍｉｎ。对于同一个调速系统, 在它的特性硬度或Δｎｎｏｍ值是一定的前提下, 如果对静差率ｓ要求越小, 则系统能够达到的调速范围越小。 • 当对Ｄ、ｓ都提出一定要求时, 为了满足要求, Δｎｎｏｍ就必须小于某一个值。 • ④ 调速平滑性。
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• 直流调速系统的调速平滑性, 是在调速时用相邻转速之比来表示的。在无级调速时, 该比值接近于１, 即转速可以连续平滑调节。
• (２) 动态性能指标。 • 调速控制系统在动态过程中的指标, 称为动态性能指标。由于实际系
统存在着电磁和机械惯性, 因此, 在转速调节时总有一个动态过程。为了衡量调速控制系统的动态性能, 可分为跟随性能指标和抗扰性能指标两类进行讨论。 • ① 跟随性能指标。