反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)

第1章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1.3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)

12/10/2022---主要內(nèi)容---轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系反響控制規(guī)律閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算限流保護(hù)—電流截止負(fù)反響一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)

對于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三方面：調(diào)速穩(wěn)速加、減速調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)調(diào)速范圍靜差率為了進(jìn)行定量的分析，針對前兩項(xiàng)要求定義兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)：調(diào)速范圍和靜差率。合稱為調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。

調(diào)速范圍和靜差率的定義；不同轉(zhuǎn)速下的靜差率；靜差率和機(jī)械特性硬度的關(guān)系與區(qū)別；直流變壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系。1、調(diào)速范圍

生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即

其中：nmin

和nmax

一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。2、靜差率負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s

，靜差率用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。或式中:nN=n0-nN

靜差率和機(jī)械特性硬度的關(guān)系：靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別：圖:不同轉(zhuǎn)速下的靜差率

靜差率和機(jī)械特性硬度的關(guān)系：特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。

靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別：對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。3、直流變壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、

靜差率和額定速降之間的關(guān)系

調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)靜差率，應(yīng)以最低速時(shí)所能到達(dá)的數(shù)值為準(zhǔn)。調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。二、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題

舉例:某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.2V·min/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？假設(shè)要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？解:

當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為

開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為

如果要求D=20，s≤5%，那么有三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性

帶轉(zhuǎn)速負(fù)反響的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如下：調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性:放大器:電壓比較環(huán)節(jié):電力電子變換器測速反饋環(huán)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖K為開環(huán)放大系數(shù)，Ce為電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)放大系數(shù)，

閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式：

用穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖法求n四、開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系

開環(huán)時(shí):閉環(huán)時(shí):在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)的靜差率最低速靜差率的要求相同時(shí)的調(diào)速范圍cf.問題：為什么閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降？閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的本質(zhì)：

結(jié)論:閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反響裝置。五、反響控制規(guī)律

〔閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的三個(gè)根本性質(zhì)〕1〕被調(diào)量偏差控制2〕抵抗擾動(dòng),服從給定3〕系統(tǒng)的精度依賴于給定和反響檢測的精度AnalyseNEXT閉環(huán)系統(tǒng)靜特性閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖六、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算

1-14某晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速負(fù)反響單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500~150r/min，系統(tǒng)開環(huán)速降為80r/min，假設(shè)要求靜差率由10%降到5%，那么系統(tǒng)的開環(huán)系數(shù)如何變化？1-15某直流調(diào)速系統(tǒng)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，Ra=0.05，電樞回路總電阻R=0.18，如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s<=5%，問開環(huán)系統(tǒng)能否滿足要求？七、限流保護(hù)—電流截止負(fù)反響問題的提出：起動(dòng)的沖擊電流——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流。堵轉(zhuǎn)電流——電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。有兩類生產(chǎn)機(jī)械要求限制電流:一類，快速啟動(dòng)和制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械。另一類，經(jīng)常在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作的生產(chǎn)機(jī)械，如挖土機(jī)。解決方法：引入電流截止負(fù)反響---按照反響原理，引入電流負(fù)反響，保持電流不超過允許值。而且，這種方法只在啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，正常運(yùn)行時(shí)取消，保持靜特性有較好的硬度。電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)：電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)的工作原理；電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)I/O特性；帶電流截止負(fù)反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性；電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)。電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)的工作原理：a〕利用獨(dú)立直流電源作比較電壓b)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓引入比較電壓Ucom，當(dāng)IdRs>Ucom時(shí)，二極管導(dǎo)通，Ui加到放大器，Ui=IdRs-Ucom；當(dāng)IdRs<Ucom時(shí)，二極管截至，Ui消失；截至電流：Idcr=Ucom/Rs電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)I/O特性：當(dāng)Id≤Idcr時(shí)，電流負(fù)反響被截止，靜特性:當(dāng)IdIdcr時(shí)，引入了電流負(fù)反響，靜特性:穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖帶電流截止的負(fù)反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖靜特性帶電流截止的負(fù)反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性電流負(fù)反響被截止的CA段，就是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)本身的靜特性.電流負(fù)反響起作用后，相當(dāng)于圖中的AB段。1)

IdbL應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般?。篒dbL=