03直流电机的调速3

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
有调节速度的要求; 由于毛坯表面不平,加工时负载常有波动,为了保证
加工精度和表面光洁度,不允许有较大的速率变化。
实例:
某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机, 其额定数据如下:60kW,220V,305A, 1000r/min,采用V-M系统,主电路总电 阻R=0.18 ,电动机电动势系数 C20e=,0静.2V差·m率isn≤/r5。%如,果要求调速范围 D =
闭环静特性方程:
假定: 1)忽略各种非线性因素,假定系统中各环 节的输入输出关系都是线性的,或者只 取其线性工作段。 2)忽略控制电源和电位器的内阻
转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下:
un
比较环节 UnUn*Un
电机端电压方程EUd0IdR
放大器 Uct KpUn
测速反馈环节 Un n
触发和整流装置 Ud0 KsUct 电动机环节 E Cen
解决思路: 引入反馈控制思想(提出闭环的必要性) 反馈的手段
为了克服开环系统的缺点,必须采用带有负反馈 的闭环系统。在闭环系统中,把系统的输出量通 过检测装置(传感器)引向系统的输入端,与系 统的输入量进行比较,从而得到偏差信号。利用 此偏差信号通过控制器(调节器)产生控制作用, 自动纠正偏差。因此,闭环控制系统具有提高系 统抗扰性,改善控制精度的性能,广泛用于各类 自动调节系统中。
一般动态降落大于稳态降落。
2、恢复时间tf 从阶跃扰动开始,到进入稳态值
的±5%或±2%的区域内为止的时间
3、振荡次数 k 在恢复时间内输出量在稳态值上下 摆动的次数,代表系统的稳定性和抗扰能力强弱
三、直流调速用可控直流电源的种类:

根据前面分析,调压调速是直流调速系统的主
要方法,而调节电枢电压需要有专门向电动机供电
第四章 直流电动机调速系统
第一节 概述
优点:直流电动机具有良好的起动、制动和调 速特性,宽范围内无级调速 应用场合:对电动机的调速性能要求较高的生 产设备中
一、基本结构:
定子:定子磁场由定子磁极产生。由产生磁场方式分为永 磁式和他励式。永磁式磁极由永磁材料制成,他励式由冲 压硅钢片叠压而成,外绕线圈,通直流电产生磁场
第二节 反馈控制闭环直流调速系 统的稳态分析
本节提要
开环调速系统及其存在的问题 闭环调速系统的组成及其静特性 开环系统特性和闭环系统特性的关系 反馈控制规律 限流保护——电流截止负反馈
0、开环控制系统
工作原理:采用调 压调速的直流调速 开环控制系统框图。 改变参考电压的大 小,改变控制角, 从而改变晶闸管的 整流输出电压 ,
即电枢电压,从而 达到调速的目的。
调压调速开环控制系统框图
应用场合:开环系统只适用用于对调速精度要求不 高的场合
开环系统的 缺点: 控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联
系,即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。
龙门刨床: 刀具切入工件和退出工件时为避免刀具和工件碰坏,
6、调节时间ts:衡量整个调节过程的快慢。在单 位阶跃响应曲线的稳态值附近,取 5%(有时也取
2%)作为误差带,响应曲线达到并不再超出该误差 带的最小时间,称为调节时间(或过渡过程时间)。
调节时间标志着过渡过程结束,系统的响应进入稳
态过程。
7、稳态误差 e s s :当时间t趋于无穷时,系
转子:又称电枢,硅钢片叠压而成,通直流电时在磁场作 用下产生电磁转矩带动负载旋转
电刷与换向片:保持电磁转矩恒定方向,转子旋转方向不 变。电刷与外加电源连接,换向片与电枢导体相连
(a) 转子主体
(b) 电枢钢片
C)直流电机的定子
二、永磁直流电机的工作原理
永磁直流电动机结构图
通有直流电的电枢(转子)在恒定磁场的作用 下,受到电磁转矩的驱使,带动负载旋转。 1、转矩平衡方程式:
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
sno m n n o n n m n o nm o m 12 0 2 7 0 7 5 0 0 .2 5 1 2.6 6 % 1
这已大大超过了5%的要求,更不必谈调到最低速。
如果要求D = 20,s ≤ 5%
n no m D n (1 n o s s)m 2 1 0 (1 0 0 0 .0 .0 0)0 r 5 5 /m 2 i.6 nr/3 min
①采用开环调速能否满足?
②若要满足这个要求,系统的额定速降 最多能有多少?
解题思路:
先求出速度降 nnom 落
snomnnomnnonmnom
再根据
求在最高转速 时的静差率s
n (U d 0 Id R )/C e n 0 o pn o p
解 当电流连续时,V-M系统的额定速降为 n no m Id C n eR o m 30 0 .2 0 .1 5r8 /m i2nr7 /m 5 in
通常以阶跃响应来衡量系统控制性能的优劣和定 义时域性能指标。系统的阶跃响应性能指标如下 所述,
1、跟随性能指标:在给定信号的作用下,系统输出量的 变化情况可用跟随性能指标来描述。通常以输出量的初始 值为零,给定阶跃信号变化下的过渡过程作为典型的跟随 过程,这种情况下的动态响应也称阶跃响应。
2、上升时间 t :指单位阶跃响应曲线c(t),从稳态 值的10%上升到90%所需要的时间(也有指从零上升 到稳态值所需要的时间);
本次课主要解决的问题
开环调速系统存在的问题 闭环调速系统提出的必要性 闭环调速系统的组成及其静特性 反馈控制规律
闭环系统的设计思路
开环系统结构框图
闭环系统结构框图
三、闭环调速系统的组成及其静特性
(一) 系统组成
( 二)闭环系统的静特性方程
开环机械特性: nf(Ud,Id) 开环机械特性曲线
由机械特性可以看出,两种方法可以调节电动机的转速:
(1)调节电枢供电电压 Ud;
降压调速:
降低电枢外加电压的数值,使理想
空载转速n0下降,导致转速下降。
n
得到的是一组平行变化的曲线。具
n0
nN
有调速范围宽,机械特性硬,动态
n1 n2 n3
UN
U1
性能好的优点。连续改变Ud能够
U2
实现无级调速,是目前主要的调速
静特性方程

从上述六个关系式中消去中间变量,整理后 ,即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性 方程式
n K p K sU n * IdRK p K sU n * IdR C e(1 K p K s /C e) C e(1 K ) C e(1 K )
式中K为闭环系统的开环放大系数(增益)
K Kp Ks
Te KmIa
动转矩
永磁电机中 、K m 是常数,又写为
Te CmIa
电磁转矩、负载转矩与转速变化的关 系:
TeTl GD2/375*ddnt
动转矩〉0,加速;动转矩〈0,减速; 动转矩=0,恒转速运行
2、直流伺服电动机的电压平衡方程式
转子在磁场中以转速n切割磁力线时,电枢反电动 势E与转速n之间存在如下关系
• 不同的生产机械对调速范围要求也不相同。例如 :
• 车床:D= 20 ~120 ,龙门刨床:D=10 ~ 40, 机床进 给机构:D=5 ~ 200;轨钢机: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,例如精密机床等,可用实际负载时的最高转 速和最低转速之比计算调速范围D。
开环调速已不能满足要求,原因所在:
nnom
IdnomR Ce
负载电流在回路电阻上的压降太大,电流 的稍微变化将引起很大的电压变化,从而 转速改变。如何控制转速量的变化呢?
二、开环系统存在的问题
开环系统只适用用于对调速精度要求不高 的场合,但许多需要无级调速的生产机械 为了保证加工精度,常常对调速精度提出 一定的要求,这时,开环调速已不能满足 要求。
T
调阻调速特性曲线
三、调速指标 (一)静态调速指标 1、调速范围
额定负载下,最高转速 n m i n 与最低转速 n m a之x 比称为调速范围,
用D表示。
D= n m a x / n m i n
指额定负载时,电力拖动系统可能运行的最高转速nmax与最低 转速nmin之比。其中nmax受直流电动机转动部分机械强度与换 向条件的限制, nmin受低转速时相对稳定性的限制。
2 抗扰性能指标
一般是系统稳定运行中,突加负载的阶跃扰动F后 的动态过程作为典型的抗扰过程,并定义抗扰指 标:
1、动态降落△Cmax%
系统稳定运行时,突加一定数值的扰动后引起转速的最大 降落△Cmax%叫做动态降落,用输出量的原稳态值C∞1的 百分数表示。
系统达到新的稳态降落C∞2 , (C∞2-C∞1)为稳态降落。
的可控直流电源。
(1)旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组, 以获得可调的直流电压。
(2)静止可控整流器。用静止的可控整流器,如汞弧整流 器和晶闸管整流装置,产生可调的 直流电压。
(3)直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不 可控整流电源供电,利用直流斩波或脉宽调制的方法产生 可调的直流平均电压。
3、 延迟时间td:指单位阶跃响应曲线c(t)上升到其稳 态值的50%所需要的时间。
4、超调量 %;指在响应过程中,超出稳态值的最大偏离量
与稳态值之比即
ctc
% c 100%
反映系统的相对稳定性,超调量越小,则相对稳定性越好。
5、峰值时间tp:指单位阶跃响应曲线c(t)超过其稳态值而 达到第一个峰值所需要的时间。
转差率和机械特性的硬度有关系,但又有不同之 处,两条平行的机械特性,硬度一样,但转差率 不同。
二、动态调速指标
控制系统的时间响应,从时间顺序上,可以划分 为过渡过程和稳态过程。过渡过程是指系统从初 始状态到接近最终状态的响应过程;稳态过程是 指时间趋于无穷时系统的输出状态。研究系统的 时间响应,必须对过渡过程和稳态过程的特点和 性能以及有关描述这两个过程的指标进行探讨。
2、保持 “稳速”。即保证电机的工作速度不受 外界干扰的影响而下降,使速度接近或等于原来 的转速。
注意:调速与转速自然变化的区别。
“转速的自然变化”是指生产机械的负载转
矩发生变化时,电动机的电磁转矩T 要相应发生
变化,电动机的转速也将随着发生变化。调速是
通过人为手段改变电机参数而实现的转速变化。
➢ 2、调速的稳定性 —— 转差率
S= n0-nn0om×100%
➢ nom---额定负载的转矩
➢ no---空载理想空载转速
电动机的机械特性愈硬,则转差率愈小,相对稳 定性愈高。
生产机械调速时,为保持一定的稳定程度,要求
静差率S%小于某一允许值,不同的生产机械, 其允许的静差率是不同的。如:普通机床S≤30%; 起重类机械 S≤50%; ;精密机床 S≤1%~5%; 精度高的造纸机S≤0.1%
U3
方法之一
O
TL
T
调压调速特性曲线
(2)改变电枢附加电阻 Ra。
2.电枢回路串电阻调速 电枢回路串入不同数值
附加电阻,调节转速。外 接电阻越大,电阻功耗 越大,使机械特性斜率变
大,负载转速降变大,导 致转速下降。
机械特性越软,稳定性 越差,是有级调速
n
n0
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
TL
统单位阶跃响应的实际值(即稳态值)与期望 值之差,一般定义为稳态误差。即
esslt im [r(t)c(t)]
上述性能指标中,延迟时间、上升时间和峰值时 间均表示系统响应初始段的快慢;
调节时间表示系统过渡过程持续的时间,是系统 快速性的一个指标;
超调量反映系统响应过程的平稳性;
稳态误差则反映系统复现输入信号的最终(稳态) 精度。
E Cen
外加电压为 U d ,直流电动机的电压平衡方程 式为
Ud EIaRa
n
n0
3、机械特性
n Ud RaTe Ce CeCm
nN n1 n2
UN U1
n3
U2
U3
表示的是转速和转矩的关系
Байду номын сангаас
O
TL
T
调压调速特性曲线
第二节 单闭环调速系统
一、调速定义
某一负载下,改变电机或电源参数来改变机械特 性曲线,从而使电机转速发生变化或保持不变 1、一定范围内“变速”,即电动机负载不变, 转速在一定范围内变化
Ce
闭环系统的稳态结构框图

un
只考虑给定作用
U
* n
时的
闭环系统
n
K
p
KsU
* n
Ce (1 K )
U*n
+
∆Un Kp Uc
- Un
Ks Ud
0
1/Ce
n
+
只考虑扰动作用-IdR时
-IdR E
+
n
的闭环系统
- Ud
1/Ce
相关文档
最新文档