第11章 直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

1、 了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成;l掌握生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)掌握生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)要求要求;q掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié),各種反饋環(huán)各種反饋環(huán)節(jié)的作用與特點(diǎn)節(jié)的作用與特點(diǎn);l掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理,特點(diǎn)特點(diǎn)及適用場(chǎng)所及適用場(chǎng)所;能在生產(chǎn)實(shí)際中處理控制系統(tǒng)的一般問(wèn)題能在生產(chǎn)實(shí)際中處理控制系統(tǒng)的一般問(wèn)題.1.機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由電機(jī)、機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由電機(jī)、電器、電子部件組合而成，電器、電子部件組合而成，通

2、過(guò)一定的控制去實(shí)現(xiàn)對(duì)生通過(guò)一定的控制去實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)任務(wù)產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)任務(wù). .(1)(1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng): : 只有控制量只有控制量( (輸入量輸入量) )對(duì)被控對(duì)被控制量制量( (輸出量輸出量) )的單向控制作的單向控制作用，而不存在被控制量對(duì)控用，而不存在被控制量對(duì)控制量的影響和聯(lián)系，這樣的制量的影響和聯(lián)系，這樣的控制系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。l當(dāng)系統(tǒng)受到外界的擾動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到外界的擾動(dòng)(如負(fù)如負(fù)載的波動(dòng)載的波動(dòng))，使被調(diào)量與給定，使被調(diào)量與給定值發(fā)生偏差時(shí)，由測(cè)量環(huán)節(jié)值發(fā)生偏差時(shí)，由測(cè)量環(huán)節(jié)(測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī))測(cè)量的被調(diào)量測(cè)量的被調(diào)量(電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

3、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)和給定值進(jìn)行和給定值進(jìn)行比較，得出偏差，再經(jīng)過(guò)放比較，得出偏差，再經(jīng)過(guò)放大環(huán)節(jié)將偏差信號(hào)放大去控大環(huán)節(jié)將偏差信號(hào)放大去控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，達(dá)到抵消擾動(dòng)制執(zhí)行環(huán)節(jié)，達(dá)到抵消擾動(dòng)減少偏差的目的。其特點(diǎn)是減少偏差的目的。其特點(diǎn)是輸入量與輸出量之間既有正輸入量與輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的向的控制作用，又有反向的反饋控制作用，形成一個(gè)閉反饋控制作用，形成一個(gè)閉環(huán)，故又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或環(huán)，故又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)。 (1) 按采用不同的反饋方式，可分為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電勢(shì)負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋及電流正反饋控制系統(tǒng)；l(2) 按自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可分為單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系

4、統(tǒng)和多環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；l(3) 按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無(wú)差別，可分為有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；l(4) 按給定量變化的規(guī)律，可分為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)；l(5) 按調(diào)節(jié)動(dòng)作與時(shí)間的關(guān)系，可分為斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)； (6) 按系統(tǒng)中所包含的元件特性，可分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。l1.生產(chǎn)機(jī)械對(duì)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的要求l1)靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)l(1)調(diào)速范圍Dl聯(lián)立解上兩式得:minmaxnnD 0nnSNNn)1 (22maxSnSnDN電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性如下圖,靜差度S取S2的值. -額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降.l(2)靜差度S式中式中.no-理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)

5、速;l2)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)l(1)最大超調(diào)量:為10%-35%.22maxnnnMP(2)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T(3)振蕩次數(shù)l1)不要求電氣調(diào)速的:l(1)空載,輕載起動(dòng)的,選鼠籠式異步電動(dòng)機(jī);l(2)重載起動(dòng)的,選線繞式異步電動(dòng)機(jī);l(3)大容量的選同步電動(dòng)機(jī);l其中,簡(jiǎn)單的采用繼電器-接觸器 控制;復(fù)雜的采用PLC控制.l2)要求電氣調(diào)速的,根據(jù)調(diào)速指標(biāo)確定拖動(dòng)方案:l(1)D=2-3.有級(jí)調(diào)速,選多速電動(dòng)機(jī);l(2)D小于10,無(wú)級(jí)調(diào)速,選滑差電動(dòng)機(jī);l(3)D大于10,無(wú)級(jí)調(diào)速,采用SCR-M自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng).l3)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性匹配.l解:01n02nN/p>

6、1maxnnnn1351014502minnnnminmaxnnD =1440/135=10.670nnSN=10/145=6.9%或=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67)1 (22maxSnSnDNl1).轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)原理方框圖(1)系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī);晶閘管觸發(fā)電路和主電路晶閘管觸發(fā)電路和主電路;放大器放大器(比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器);給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)給定電壓給定電壓Ug;反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)-反饋電壓反饋電壓Uf= ;放大器放大器 nnUUg)(nUKUgpk)(nUKKUgpsdRInCUaedsp

7、KKK 0espCKKK1比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)(2)靜特性方程式靜特性方程式比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為令前向通道放大倍數(shù)為令前向通道放大倍數(shù)為電動(dòng)機(jī)電樞回路電動(dòng)機(jī)電樞回路整流環(huán)節(jié)輸出電壓整流環(huán)節(jié)輸出電壓l聯(lián)立求解上頁(yè)幾式得閉環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式ffaeegnnIKCRKCUKn00)1 ()1 (nnICRCuKnaeeg00Knnf1DKDf)1 ( l比較式(11.5)和式(11.6),得到兩個(gè)重要的結(jié)論:l由電動(dòng)機(jī)電樞電路方程式可得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式l解解;由由 得得)1 (22maxSnSnDNKnnf19 . 7)05. 01 (150150005.

8、 01500)1 (maxSDSnnf13.919 .7801fnnK思考題思考題:1500r/min是額定轉(zhuǎn)速還是理想空載轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速還是理想空載轉(zhuǎn)速?l解:開(kāi)環(huán)時(shí)額定轉(zhuǎn)速下的靜差度為l 09. 010010001000nnS)1 (maxSDSnnf)1 (maxSDSnnf=1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26=1000(0.15)/10(1-0.15)=17.65fnnKfnnK=100/5.26=18=100/17.65=4.6705. 0,10SD15. 0,10SDl不滿足5%的指標(biāo)要求,要采用閉環(huán)系統(tǒng). 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是抑制轉(zhuǎn)速變化的最直接而有效的方法，它是自動(dòng)調(diào)

9、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是抑制轉(zhuǎn)速變化的最直接而有效的方法，它是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)最基本的反饋形式。但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋需要有反映轉(zhuǎn)速的測(cè)速速系統(tǒng)最基本的反饋形式。但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋需要有反映轉(zhuǎn)速的測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的安裝和維修都不太方便，因此，在調(diào)速系統(tǒng)中還采發(fā)電機(jī)，它的安裝和維修都不太方便，因此，在調(diào)速系統(tǒng)中還采用其他的反饋形式。用其他的反饋形式。 (1) 電壓負(fù)反饋系統(tǒng)：具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示電壓負(fù)反饋系統(tǒng)：具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示. .電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。電壓負(fù)反饋

10、系統(tǒng)的特電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，可是它穩(wěn)定速度的效果并不大，因?yàn)椋?fù)載增加點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，可是它穩(wěn)定速度的效果并不大，因?yàn)椋?fù)載增加時(shí)，時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻引起的內(nèi)阻壓降得不到補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻引起的內(nèi)阻壓降得不到補(bǔ)償. .一般線路中采一般線路中采用電壓負(fù)反饋，主要不是用它來(lái)穩(wěn)速，而是用它來(lái)防止過(guò)壓、改用電壓負(fù)反饋，主要不是用它來(lái)穩(wěn)速，而是用它來(lái)防止過(guò)壓、改善動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程。善動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程。 注意反饋電壓與給定電壓的極性注意反饋電壓與給定電壓的極性(1)(1)電流正反饋的作用電流正反饋的作用: : 為了補(bǔ)償電樞電阻壓降為了補(bǔ)償電樞電阻

11、壓降, ,一般在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上一般在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié)再增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié). . 它是把反映電動(dòng)機(jī)電樞電流大小的量取出，與電壓它是把反映電動(dòng)機(jī)電樞電流大小的量取出，與電壓負(fù)反饋一起加到放大器輸入端。由于是正反饋，當(dāng)負(fù)負(fù)反饋一起加到放大器輸入端。由于是正反饋，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，放大器輸入信號(hào)也增加，使晶閘管整載電流增加時(shí)，放大器輸入信號(hào)也增加，使晶閘管整流輸出電壓增加，以此來(lái)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻所產(chǎn)生流輸出電壓增加，以此來(lái)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻所產(chǎn)生的壓降。由于這種反饋方式的轉(zhuǎn)速降落比僅有電壓負(fù)的壓降。由于這種反饋方式的轉(zhuǎn)速降落比僅有電壓負(fù)反饋時(shí)小了許多，因而擴(kuò)大了調(diào)速

12、范圍，如果比例選反饋時(shí)小了許多，因而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，如果比例選擇恰當(dāng)，綜合反饋將具有擇恰當(dāng)，綜合反饋將具有電勢(shì)內(nèi)反饋電勢(shì)內(nèi)反饋, ,即相似于轉(zhuǎn)速反即相似于轉(zhuǎn)速反饋的性質(zhì)。饋的性質(zhì)。)(fifugUUUU(1)電流截止負(fù)反饋的作用電流截止負(fù)反饋的作用 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間起動(dòng)瞬間,轉(zhuǎn)子沒(méi)有動(dòng)轉(zhuǎn)子沒(méi)有動(dòng),沒(méi)有反沒(méi)有反饋電壓饋電壓,只有給定電壓起作用只有給定電壓起作用.一方面一方面,電動(dòng)機(jī)將快速起動(dòng)電動(dòng)機(jī)將快速起動(dòng);另另一方面一方面,過(guò)大的起動(dòng)電流對(duì)電過(guò)大的起動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)不利動(dòng)機(jī)不利.為了限制電動(dòng)機(jī)起為了限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程時(shí)的過(guò)大電流動(dòng)過(guò)程時(shí)的過(guò)大電流,引入電

13、引入電流截止負(fù)反饋流截止負(fù)反饋.(2)電流截止負(fù)反饋的特性電流截止負(fù)反饋的特性近似挖掘機(jī)特性近似挖掘機(jī)特性.如圖示如圖示.(3)截止電流的整定截止電流的整定截止電流截止電流Io=(1-1.1)IaN堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流Iao=(2-2.5)IaN(4)電流截止負(fù)反饋的組成電流截止負(fù)反饋的組成訊號(hào)源訊號(hào)源IaR;反饋源反饋源Ub;方向整流器方向整流器V.(1)概述概述: 龍門(mén)銑床的主運(yùn)動(dòng)為銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)的往復(fù)龍門(mén)銑床的主運(yùn)動(dòng)為銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有工作臺(tái)的前后移動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有工作臺(tái)的前后移動(dòng)，左、右

14、主軸箱沿立柱上下移動(dòng)，垂直主軸箱沿橫梁左右移動(dòng)左、右主軸箱沿立柱上下移動(dòng)，垂直主軸箱沿橫梁左右移動(dòng)(均共均共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用選擇開(kāi)關(guān)控制電磁離合器來(lái)進(jìn)行選擇用一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用選擇開(kāi)關(guān)控制電磁離合器來(lái)進(jìn)行選擇)，傳動(dòng)電，傳動(dòng)電機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，采用晶閘管整流供電，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)，采用晶閘管整流供電，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓進(jìn)行調(diào)速電樞電壓進(jìn)行調(diào)速. .工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)，仍用進(jìn)給電動(dòng)工作臺(tái)和主軸箱的快速移動(dòng)，仍用進(jìn)給電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)傳動(dòng). .(2)(2)調(diào)速指標(biāo)調(diào)速指標(biāo): : 調(diào)速范圍調(diào)速范圍D=50,靜差度靜差度S15%.(3)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)方框圖進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)方框圖

15、 l由于進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正反向工作不頻繁，容量也不大由于進(jìn)給電動(dòng)機(jī)正反向工作不頻繁，容量也不大(4kW,1000r/min,200V)，因此采用單相半控橋式整流線路，電動(dòng)，因此采用單相半控橋式整流線路，電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)由接觸器機(jī)的正、反轉(zhuǎn)由接觸器FKM、RKM控制，主回路整流元件均設(shè)控制，主回路整流元件均設(shè)有阻容保護(hù)元件，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)采用能耗制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)接觸器有阻容保護(hù)元件，電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)采用能耗制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)接觸器KM動(dòng)作，將電阻動(dòng)作，將電阻R并接在電樞兩端。電流繼電器并接在電樞兩端。電流繼電器2KA作過(guò)電流作過(guò)電流保護(hù)，在保護(hù)，在50A左右動(dòng)作。左右動(dòng)作。l電動(dòng)機(jī)是一個(gè)反電勢(shì)負(fù)載，具有一定的電感，當(dāng)

16、主回路中沒(méi)有另電動(dòng)機(jī)是一個(gè)反電勢(shì)負(fù)載，具有一定的電感，當(dāng)主回路中沒(méi)有另加濾波電抗器時(shí)，主回路電流總是斷續(xù)的加濾波電抗器時(shí)，主回路電流總是斷續(xù)的, ,特別是在輕負(fù)載情況特別是在輕負(fù)載情況下，晶閘管整流電壓要升高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比有濾波電抗器情況下，晶閘管整流電壓要升高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比有濾波電抗器情況下的轉(zhuǎn)速要高下的轉(zhuǎn)速要高. .續(xù)流二極管續(xù)流二極管3VD3VD在低速、大負(fù)載情況下，有續(xù)流作在低速、大負(fù)載情況下，有續(xù)流作用，以保證晶閘管整流器的正常工作。用，以保證晶閘管整流器的正常工作。 l主電路電氣原理圖如下主電路電氣原理圖如下. .SCR-MSCR-M主電路圖主電路圖在放大器的輸入端加有各種反饋

17、信號(hào)：在放大器的輸入端加有各種反饋信號(hào)： a、采用深度速度負(fù)反饋，是為了提高電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度，滿采用深度速度負(fù)反饋，是為了提高電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度，滿足調(diào)速范圍的要求足調(diào)速范圍的要求。 b、電壓微分電壓微分(軟軟)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由18C、23R組成，進(jìn)給工作時(shí)，繼組成，進(jìn)給工作時(shí)，繼電器電器4K得電，其常閉觸頭斷開(kāi)，得電，其常閉觸頭斷開(kāi)，18C起作用，該環(huán)節(jié)起軟反饋?zhàn)髌鹱饔茫摥h(huán)節(jié)起軟反饋?zhàn)饔?，以增?qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。c、電流微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由電流微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由19C、24R組成，同樣是為了增強(qiáng)系組成，同樣是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。統(tǒng)的穩(wěn)定性。 d、電流截

18、止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由穩(wěn)壓管電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，由穩(wěn)壓管5VZ和濾波電感和濾波電感L組成。從主組成。從主電路中的電路中的1RF上取出的電壓正比于主回路負(fù)載電流上取出的電壓正比于主回路負(fù)載電流, ,在負(fù)載電流在負(fù)載電流(平均值平均值)較大時(shí)，從較大時(shí)，從1RF上取出的電壓大于上取出的電壓大于5VZ的擊穿電壓，限流的擊穿電壓，限流回路開(kāi)放，使回路開(kāi)放，使5VT截止，截止，Uco增大，增大，增大，晶閘管輸出減小，增大，晶閘管輸出減小，從而限制主回路電流，以保護(hù)晶閘管和電動(dòng)機(jī)。從而限制主回路電流，以保護(hù)晶閘管和電動(dòng)機(jī)。放大器電路圖放大器電路圖1)比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)采用采用PI調(diào)

19、節(jié)器調(diào)節(jié)器能獲得較高的靜態(tài)精度能獲得較高的靜態(tài)精度能具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng).電路圖時(shí)間特性dtUCRURRUiio100112)具有比例積分調(diào)節(jié)具有比例積分調(diào)節(jié)的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)方框圖的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)方框圖放大器的反饋電路不是放大器的反饋電路不是R,而是而是R,C當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加(a)轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降(b)比例部分從一開(kāi)始起調(diào)節(jié)作比例部分從一開(kāi)始起調(diào)節(jié)作用用,使整流電壓增加使整流電壓增加(c )之之1曲線曲線,積分部分在以后起積分部分在以后起作用作用,并保持?jǐn)?shù)值不變并保持?jǐn)?shù)值不變,見(jiàn)見(jiàn)(c )之之2曲線曲線.PI調(diào)節(jié)器的綜合作用如調(diào)節(jié)器的綜合作用如(c )中中曲線

20、曲線3所示所示.調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用1.1.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成有些生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)有些生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)( (如龍門(mén)刨床、可逆軋鋼機(jī)等如龍門(mén)刨床、可逆軋鋼機(jī)等) )，為了提，為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動(dòng)、制動(dòng)和高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，這就要求在起動(dòng)反轉(zhuǎn)過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，這就要求在起動(dòng)過(guò)程中，把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，過(guò)程中，把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，使之維持為電動(dòng)機(jī)允許的最大值使之維持為電動(dòng)機(jī)允許的最大值IamIam并保并保持不變。這就要求有一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)持不變。這就要求有一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)完成

21、這個(gè)任務(wù)。完成這個(gè)任務(wù)。具有速度調(diào)節(jié)器具有速度調(diào)節(jié)器ASRASR和電流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器ACRACR的雙的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是在這種要求下產(chǎn)生的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是在這種要求下產(chǎn)生的. . 理想的起動(dòng)過(guò)程曲線理想的起動(dòng)過(guò)程曲線l從靜特性上看，維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變是由速度調(diào)節(jié)器從靜特性上看，維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變是由速度調(diào)節(jié)器ASR來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。l在電流調(diào)節(jié)器在電流調(diào)節(jié)器ACR上，使用的是電流負(fù)反饋，它有使靜特性變軟的趨上，使用的是電流負(fù)反饋，它有使靜特性變軟的趨勢(shì)，但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)是外環(huán)，內(nèi)環(huán)電流負(fù)反饋對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于勢(shì)，但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)是外環(huán)，內(nèi)環(huán)電流負(fù)反饋對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)擾動(dòng)作用，只要轉(zhuǎn)

22、速調(diào)節(jié)器一個(gè)擾動(dòng)作用，只要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的放大倍數(shù)足夠大，而且沒(méi)有飽的放大倍數(shù)足夠大，而且沒(méi)有飽和，則電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用就受到抑制。整個(gè)系統(tǒng)的本質(zhì)由外環(huán)速和，則電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用就受到抑制。整個(gè)系統(tǒng)的本質(zhì)由外環(huán)速度調(diào)節(jié)器來(lái)決定，它仍然是一個(gè)無(wú)靜差的調(diào)速系統(tǒng)。也就是說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)度調(diào)節(jié)器來(lái)決定，它仍然是一個(gè)無(wú)靜差的調(diào)速系統(tǒng)。也就是說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，電流負(fù)反饋使靜特性可能產(chǎn)生的速降完全被轉(zhuǎn)速速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，電流負(fù)反饋使靜特性可能產(chǎn)生的速降完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用所抵消了，一旦調(diào)節(jié)器的積分作用所抵消了，一旦ASR飽和，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大，系統(tǒng)飽和，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用使轉(zhuǎn)速下降很

23、大時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)即失去作用，只剩下電流環(huán)實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用使轉(zhuǎn)速下降很大時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)即失去作用，只剩下電流環(huán)起作用，這時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，靜特性便會(huì)呈現(xiàn)出很陡的下起作用，這時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，靜特性便會(huì)呈現(xiàn)出很陡的下垂段特性。垂段特性。l在突加給定電壓在突加給定電壓UgnUgn的起動(dòng)過(guò)的起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓Ugi,Ugi,電流調(diào)節(jié)器輸出電壓電流調(diào)節(jié)器輸出電壓Uk,Uk,可控整流器輸出電壓可控整流器輸出電壓Ud,Ud,電動(dòng)電動(dòng)機(jī)電樞電流機(jī)電樞電流IaIa和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n n的動(dòng)態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形如右圖。整個(gè)過(guò)渡響應(yīng)波形如右圖。整個(gè)過(guò)渡過(guò)程可以分成三個(gè)階段，在過(guò)程可以

24、分成三個(gè)階段，在圖中分別標(biāo)以圖中分別標(biāo)以,和和 . .l雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在起動(dòng)過(guò)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在起動(dòng)過(guò)程的大部分時(shí)間內(nèi)，程的大部分時(shí)間內(nèi)，ASRASR處于處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)路于開(kāi)路, ,系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，節(jié)， 2)動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析1.接觸器切換接觸器切換2.晶閘管切換晶閘管切換適用于中小型電機(jī)適用于中小型電機(jī)1.基本工作原理對(duì)角線上的一對(duì)大功率晶體管的基極,接受同一控制信號(hào)同時(shí)導(dǎo)通或截止.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速取決于電壓平均值Uav.設(shè)矩形波的周期為T(mén),正向脈寬為t1,定義占空比Tt1savUU) 12(則: 晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與晶

25、閘管直流調(diào)速系統(tǒng)比較具有下列特點(diǎn)：晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)比較具有下列特點(diǎn)： (1)主電路所需的功率元件少。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，一般晶體管的數(shù)主電路所需的功率元件少。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，一般晶體管的數(shù) 量?jī)H為晶閘管的量?jī)H為晶閘管的1/31/6。 (2) 控制線路簡(jiǎn)單。晶體管的控制比晶閘管的容易，不存在相序問(wèn)題，控制線路簡(jiǎn)單。晶體管的控制比晶閘管的容易，不存在相序問(wèn)題，不需要煩瑣的同步移相觸發(fā)控制電路。不需要煩瑣的同步移相觸發(fā)控制電路。 (3) 晶體管脈寬調(diào)制晶體管脈寬調(diào)制(PWM)放大器的開(kāi)關(guān)頻率高放大器的開(kāi)關(guān)頻率高,前者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度前者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度等性能指標(biāo)都比后者好

26、。電動(dòng)機(jī)的附加損耗都小。和穩(wěn)速精度等性能指標(biāo)都比后者好。電動(dòng)機(jī)的附加損耗都小。 (4) 晶體管脈寬調(diào)制放大器的電壓放大系數(shù)不隨輸出電壓的改變而變晶體管脈寬調(diào)制放大器的電壓放大系數(shù)不隨輸出電壓的改變而變化，而晶閘管整流器的電壓放大系數(shù)在輸出電壓低時(shí)變小。這樣化，而晶閘管整流器的電壓放大系數(shù)在輸出電壓低時(shí)變小。這樣前者的低速性能要比后者好得多，它可使電動(dòng)機(jī)在很低的速度下前者的低速性能要比后者好得多，它可使電動(dòng)機(jī)在很低的速度下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其調(diào)速范圍很寬穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其調(diào)速范圍很寬. 晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)主晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)形式有多種，電路的結(jié)構(gòu)形式有多種，按輸出極性有單極性輸按輸出極性有單極性輸

27、出和雙極性輸出之分，出和雙極性輸出之分，而雙極性輸出的主電路而雙極性輸出的主電路又分又分H型和型和T型兩類(lèi)，型兩類(lèi)，H型脈寬放大器又可分為型脈寬放大器又可分為單極式和雙極式兩種，單極式和雙極式兩種，右圖所示為雙極性雙極右圖所示為雙極性雙極式脈寬放大器式脈寬放大器. .(1)速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器: ASR和和ACR都采用比例積分都采用比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器.(2)三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器: 可以獲得一個(gè)對(duì)稱的三角波可以獲得一個(gè)對(duì)稱的三角波電壓電壓.(3)電壓電壓-脈沖變換器脈沖變換器: 產(chǎn)生正產(chǎn)生正,負(fù)脈寬相等的矩形波負(fù)脈寬相等的矩形波電壓電壓.(4)脈沖分配器及軸功率放大

28、脈沖分配器及軸功率放大,電電路圖見(jiàn)右圖路圖見(jiàn)右圖.(5)其他控制電路其他控制電路1)靜態(tài)靜態(tài) 系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),，速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器ASR、電流、電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ACR的輸出均為零，電壓的輸出均為零，電壓-脈沖變換器脈沖變換器BU在三在三角波的作用下，輸出正、負(fù)等寬的方波電壓角波的作用下，輸出正、負(fù)等寬的方波電壓U4,經(jīng)脈沖經(jīng)脈沖分配器和功放電路產(chǎn)生的分配器和功放電路產(chǎn)生的Ub1,4和和Ub2,3;加在橋式功率加在橋式功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管VT14的基極，使橋式功率晶體管輪流導(dǎo)通或的基極，使橋式功率晶體管輪流導(dǎo)通或截止，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓等于零，電截止

29、，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)。必須說(shuō)明的是，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)。必須說(shuō)明的是，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓及平均電流雖然為零，但電動(dòng)機(jī)電樞的端的平均電壓及平均電流雖然為零，但電動(dòng)機(jī)電樞的瞬時(shí)電壓及電流并不為零，在瞬時(shí)電壓及電流并不為零，在ASR及及ACR的作用下，的作用下，系統(tǒng)實(shí)際上處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)實(shí)際上處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 2)起動(dòng)起動(dòng) :以正轉(zhuǎn)起動(dòng)為例以正轉(zhuǎn)起動(dòng)為例,速度給定信號(hào)速度給定信號(hào)Ugn送入后送入后,速度調(diào)節(jié)器的輸入速度調(diào)節(jié)器的輸入端之后，速度調(diào)節(jié)器的輸出端之后，速度調(diào)節(jié)器的輸出Ugi便一直處于最大限幅值，相當(dāng)于便一直處于最大限幅值，相當(dāng)于速度調(diào)節(jié)器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。速度調(diào)節(jié)器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，在速度調(diào)節(jié)器輸出電壓限幅值的作用下，使得電樞節(jié)器的給定，在速度調(diào)節(jié)器輸出電壓限幅值的作用下，使得電樞兩端的平均電壓迅