直流傳動控制系統(tǒng)演示文稿

直流傳動控制系統(tǒng)演示文稿當前1頁，總共54頁。直流傳動控制系統(tǒng)當前2頁，總共54頁。9.1調速系統(tǒng)主要性能指標（也適用于交流調速系統(tǒng)）機電傳動控制系統(tǒng)選擇調速方案的依據(jù)：生產(chǎn)機械對調速系統(tǒng)提出的調速技術指標一、靜態(tài)技術指標1.靜差度S：

靜差度表示生產(chǎn)機械運行時轉速穩(wěn)定的程度。

速度穩(wěn)定性指標

當負載變化時，生產(chǎn)機械轉速的變化要能維持在一定范圍之內，即要求靜差度S小于一定數(shù)值。普通設備普通車床龍門刨床冷軋機熱軋機造紙機S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%當前3頁，總共54頁。2.調速范圍D

在額定負載下，允許的最高轉速和在保證生產(chǎn)機械對轉速變化率要求的前提下所能達到的最低轉速之比稱為調速范圍。車床龍門刨床鉆床銑床軋鋼機造紙機進給機械20～12020～402～1220～303～1510～205～300003.調速的平滑性

調速的平滑性，通常是用兩個相鄰調速級的轉速差來衡量的。

調速無級調速有級調速當前4頁，總共54頁。二、動態(tài)技術指標1.最大超調量

超調量超調量太大，達不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調量太小，會使過渡過程過于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等范圍：當前5頁，總共54頁。超調量2.過渡過程時間T

從輸入控制（或擾動）作用于系統(tǒng)開始直到被調量n進入（0.05～0.02）n2穩(wěn)定值區(qū)間時為止（并且以后不再越出這個范圍）的一段時間，叫作過渡過程時間。

過渡過程時間3.振蕩次數(shù)N

在過渡過程時間內,被調量n在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。

如圖所示是三種不同調速系統(tǒng)被調量從x1改變?yōu)閤2時的變化情況。系統(tǒng)超調量過渡過程時間T振蕩次數(shù)性能10長無不好2大長多不好3小短中好當前6頁，總共54頁。9.2晶閘管－電動機直流傳動控制系統(tǒng)按結構的不同：單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)9.2.1單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)

一、有靜差調速系統(tǒng)

單純由被調量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調速系統(tǒng)；

（一）轉速負反饋調速系統(tǒng)

1.基本組成分類：當前7頁，總共54頁。

測速發(fā)電機：與直流電動機M同軸相連，即兩者的速度相同，測速發(fā)電機用來測量電動機的速度，稱檢測元件；

轉換元件：將測速發(fā)電機的轉速轉換成電壓信號以便與給定電壓進行比較。

給定電位器：調節(jié)Rg的位置可改變給定電壓Ug的大小。

放大器：將外加電壓和反饋信號經(jīng)轉換后的電壓之差進行放大。

觸發(fā)電路：將放大器放大后的電壓信號變?yōu)槊}沖型號去控制整流電路的輸出大小。整流電路：變交流電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信號所決定，整流電路的輸出為直流電動機電樞的外加電壓；

直流電動機：系統(tǒng)的控制對象。

系統(tǒng)的調速方法是改變外加電壓調速；

系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象n本身;

反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統(tǒng)又稱轉速負反饋調速系統(tǒng)。當前8頁，總共54頁。2.工作原理

當Ug、Uf不變時，電動機的轉速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。

(2)調速（Uf不變，改變Ug的大小）

改變Ug的大小可改變電動機的轉速，這種狀態(tài)稱為調速.(1)穩(wěn)態(tài)（Ug、Uf

不變）

(3)穩(wěn)速（Ug不變、負載變化使Uf變化)

當負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。當前9頁，總共54頁。3.靜特性分析

目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。

靜特性表示出電動機的轉速與負載電流之間的大小關系。(1)各環(huán)節(jié)輸入輸出的關系

電動機電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內阻；

電動機的電樞電阻。

可控硅和觸發(fā)電路

設可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為Ks，則：放大器電路

設放大器的放大倍數(shù)為KP，則：

反饋電路

速度反饋信號電壓與轉速n成正比，設放大系數(shù)為Kf，則：當前10頁，總共54頁。(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；——閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。

如果系統(tǒng)沒有轉速負反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出電壓:

由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性方程:當前11頁，總共54頁。(3)分析與結論

理想空載轉速

在給定電壓一定時，有:

轉速降

調速范圍與靜差度

在最大運行轉速和低速時最大允許靜差度不變的情況下，開環(huán)：

閉環(huán)：

當前12頁，總共54頁。結論：由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調量（轉速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調節(jié)系統(tǒng)（即有差調速系統(tǒng)）。采用轉速負反饋調速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉速的影響。提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉速降落、擴大調速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調速范圍就越大。但是放大倍數(shù)也不能過分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。當前13頁，總共54頁。（二）其他反饋在自動調速系統(tǒng)中的應用1.電壓負反饋系統(tǒng)

由公式可知：

電動機的轉速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反映電動機轉速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以調整轉速。(1)電壓負反饋與轉速負反饋調速系統(tǒng)的區(qū)別

反饋信號不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；

檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發(fā)電機。當前14頁，總共54頁。(2)工作原理

穩(wěn)速和調速的工作過程與轉速負反饋相同。

在給定電壓Ug一定時，其調整過程如下：電壓負反饋系統(tǒng)的特點:

線路簡單

穩(wěn)定速度的效果并不大

電動機端電壓即使由于負反饋的作用而維持不變，但是負載增加時，電動機電樞內阻所引起的內阻壓降仍然要增大，電動機速度還是要降低?；蛘哒f電壓負反饋，頂多只能補償可控整流電的等效內阻所引起的速度降落。則Ud=U-UAK當前15頁，總共54頁。(1)系統(tǒng)特點RP為電壓反饋檢測元件，并接在電動機電樞兩端，其上的電壓大小直接反映電動機電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋；R為電流正反饋檢測元件，串接在電動機電樞回路中，其上的電壓大小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。

系統(tǒng)的總反饋電壓

因為反饋電壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負反饋，反饋電壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質。2.電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng)當前16頁，總共54頁。(2)工作原理

穩(wěn)速和調速的工作過程與轉速負反饋相同。

在給定電壓Ug一定時，其調整過程如下：(3)靜特性當前17頁，總共54頁。

從電動機電樞回路電勢平衡關系知

上式如果滿足下列條件系統(tǒng)具有轉速反饋的特性。

當前18頁，總共54頁。3.電流截止負反饋系統(tǒng)(1)電流截止負反饋的作用過載保護。

電流正反饋可以改善電動機運行特性，而電流負反饋會使隨著負載電流的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。

如果電動機的速度在負載過分增大時也不會降下來，這就會使電樞過流而燒壞。本來采用過流保護繼電器也可以保護這種嚴重過載，但是過流保護繼電器，要觸頭斷開，電動機斷電方能保護，而采用電流負反饋作用為保護手段，則不必切斷電動機的電路，只是使它的速度暫降下來，一旦過負載去掉后，它的速度又會自動升起來，這樣有利于生產(chǎn)。(2)基本思想方法當前19頁，總共54頁。IO=1.35IaNIao=(2~2.5)Ian

當負載正常，電樞電流在一定范圍內（如小于1.35倍的額定電流），電流截止負反饋不起作用；

當負載增加使電樞電流超過一定數(shù)值（如額定電流的1.35倍）時，電流負反饋開始起作用，減小電動機電樞外加電壓，使轉速下降；

當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額定電流的2~2.5倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將給定信號的絕大部分抵消掉，使電動機速度降到零，電動機停止運轉，從而起到保護作用。

因為只有當電流大到一定程度反饋才起作用，故稱電流截止負反饋。這種特性因它常被用于挖土機上，故又稱“挖土機特性”。當前20頁，總共54頁。

當電流小于轉折點的電流時，反饋電壓UI<Ub,二極管V截止，電流反饋不起作用；

當電流大于轉折點的電流時，反饋電壓UI>Ub,二極管V導通，電流反饋UI與Ub比較后反饋

到輸入端一起控制電動機，使其轉速下降；

當電流等于堵轉點的電流時，電流反饋UI與Ub比較后反饋

到輸入端的電壓能夠抵消給定電壓的大小時電動機的轉速為零，電流不再增加；

如果電流下降到小于堵轉點的電流，轉速則上升；

（3）工作原理當前21頁，總共54頁。

二、無靜差轉速負反饋調速系統(tǒng)1.比例積分（PI）調節(jié)器比例調節(jié)器其輸入輸出之間的關系如下：

積分調節(jié)器其輸入輸出之間的關系如下：當前22頁，總共54頁。比例積分調節(jié)器

PI調節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分。在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時間特性如圖所示。當前23頁，總共54頁。2.采用PI調節(jié)器的無靜差調速系統(tǒng)放大器采用具有比例積分調節(jié)器的調速系統(tǒng)為無靜差調速系統(tǒng)。

靜態(tài)時△U=Ug－Uf=0，調節(jié)作用停止，由于積分作用，調節(jié)器的輸出電壓Uk保持在某一數(shù)值上，即Ud固定，以維持電動機在給定轉速下運轉。由于靜態(tài)時呈現(xiàn)出無窮大的放大倍數(shù)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤差，故稱無靜差調速系統(tǒng)。當前24頁，總共54頁。

偏差Δn越大，ΔUd1也越大，它的調節(jié)作用也就越強，電動機轉速回升也就越快。比例部分調節(jié)作用積分部分的調節(jié)作用ΔUd2的增長率與偏差電壓ΔU（或偏差Δn）成正比。開始時Δn很小，ΔUd2增加很慢，當Δn最大時，ΔUd2的增加得最快，在調節(jié)過程中的后期Δn逐漸減少了，ΔUd2的增加也逐漸減慢了，一直到電動機轉速回升到n1，Δn=0時，ΔUd2就不再增加了，且在以后就一直保持這個數(shù)值不變負載變化時比例積分調節(jié)器對系統(tǒng)的調節(jié)作用當前25頁，總共54頁。

無靜差調速系統(tǒng)在調節(jié)過程結束以后，轉速偏差Δn=0（PI調節(jié)器的輸入電壓ΔU也等于零），這只是在靜態(tài)（穩(wěn)定工作狀態(tài)）上無差，而動態(tài)（如當負載變化時，系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)變到另一個穩(wěn)態(tài)的過渡過程）上卻是有差的。這個調速系統(tǒng)在理論上講是無靜差調速系統(tǒng)，但是由于調節(jié)放大器不是理想的，且放大倍數(shù)也不是無限大，測速發(fā)電機也還存在誤差，因此實際上這樣的系統(tǒng)仍然是有一點靜差的。特點：當前26頁，總共54頁。9.3.2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)一、轉速負反饋調速系統(tǒng)的特點采用PI調節(jié)器組成速度調節(jié)器ST的單閉環(huán)調速系統(tǒng)，既能得到轉速的無靜差調節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應。啟動過程中，隨著轉速的升高，轉速負反饋的作用越來越大，使啟動轉矩越來越小，啟動過程變慢，因此轉速負反饋調速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、停止和反向的要求。

用加大過渡過程中的電流即加大動態(tài)轉矩來實現(xiàn)快速啟動、停止和反向的要求，但電流不能超過晶閘管和電動機的允許值。為此，應采取一種方法，使電動機在啟動過程中，動態(tài)轉矩保持不變，即電動機電樞電流不變，且為電動機電樞允許的最大電流，當啟動結束后，使電流回到額定值。當前27頁，總共54頁。二、雙閉環(huán)調速系統(tǒng)

1）系統(tǒng)采用兩個調節(jié)器（一般采用PI調節(jié)器）分別對速度和電流兩個參量進行調節(jié)。對速度進行調節(jié)的調節(jié)器稱為速度調節(jié)器ASR；對電流進行調節(jié)的調節(jié)器稱為電流調節(jié)器ACR。ASRACR當前28頁，總共54頁。2）來自速度給定電位器的信號Ugn與速度反饋信號Ufn比較的偏差送到速度調節(jié)器ASR的輸入端。速度調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器ACR的給定信號，與電流反饋信號比較的偏差送到電流調節(jié)器ACR的輸入端，電流調節(jié)器的輸出送到觸發(fā)器以控制可控整流器，整流器為電動機提供直流電壓3）從閉環(huán)反饋的結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，是內環(huán)；轉速調節(jié)環(huán)在外面，為外環(huán)，二者進行串級聯(lián)接。在控制系統(tǒng)中，常把這種系統(tǒng)稱為雙閉環(huán)系統(tǒng)。當前29頁，總共54頁。雙閉環(huán)系統(tǒng)的啟動特性從靜特性上看:維持電動機轉速不變是由速度調節(jié)器ST來實現(xiàn)的。在電流調節(jié)器LT上，使用的是電流負反饋，它有使靜特性變軟的趨勢，動態(tài)分析:·第Ⅰ階段是電流上升階段第Ⅱ階段是恒流升速階段第Ⅲ階段是轉速調節(jié)階段當前30頁，總共54頁。轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：系統(tǒng)的調整性能好，有很硬的靜特性，基本上無靜差；動態(tài)響應快，啟動時間短；系統(tǒng)的抗干擾能力強；兩個調節(jié)器可分別設計，調整方便（先調電流環(huán)，再調速度環(huán)）。所以，它在自動調速系統(tǒng)中得到了廣泛的應用當前31頁，總共54頁。9.3可逆直流調速系統(tǒng)

一、利用接觸器進行切換的可逆線路當前32頁，總共54頁。二、利用晶閘管切換的可逆線路當前33頁，總共54頁。三、采用兩套晶閘管整流電路的可逆線路當前34頁，總共54頁。9.4脈寬調速4．當它們以較高的頻率（一般為2000Hz）交替導通時，電樞兩端的電壓波形如圖所示。1．三相交流電源經(jīng)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓；2．1VT～4VT為四只晶體三極管，其中，處于對角線上的一對三極管的基極，因接受同一控制信號而同時導通或截止；3．若1VT和4VT導通，則電動機電樞上加正向電壓；2VT和3VT導通，電動機電樞上加反向電壓?；驹懋斍?5頁，總共54頁。

由于機械慣性的作用，決定電動機轉向和轉速的僅為此電壓的平均值。

設矩形波的周期為T，正向脈沖寬度為t1，并設為占空比。則電樞電壓的平均值正向轉速最高；

電動機正向；

電動機停止；

電動機反向；

反向轉速最高；

人為地改變占空比，可以達到調速的目的。連續(xù)地改變脈沖寬度，即可實現(xiàn)直流電動機的無級調速。當前36頁，總共54頁。通過改變電機電樞兩端的脈沖寬度，以改變電樞電壓平均值，達到調速目的。晶體管脈寬調速的優(yōu)點主電路所需功率元件少、線路簡單低速性好、調速范圍寬(D大)動態(tài)響應快晶體管脈寬調速系統(tǒng)的主要特點:當前37頁，總共54頁。晶體管脈寬調速系統(tǒng)組成當前38頁，總共54頁。1.主電路（功率開關放大器）當前39頁，總共54頁。當前40頁，總共54頁。2.控制電路1)速度調節(jié)器ASR和電流調節(jié)器ACR2)三角波發(fā)生器當前41頁，總共54頁。3)電壓脈沖變換器當前42頁，總共54頁。4)脈沖分配及功率放大當前43頁，總共54頁。

晶體管脈寬調速系統(tǒng)分析1.靜態(tài)Ugn=0,ASR,ACR輸岀為零，n=02.啟動Ugn>0,△UN＞0ASR處于開環(huán),ACR積分Ia↑Iam加速啟動,當△UN＜0,ASR退出飽和進行速度控制。3.穩(wěn)態(tài)運轉△UN=UgN-UfN=04.穩(wěn)態(tài)運轉時突加負載時的調節(jié)過程△UN=UgN-UfN>0→ACR輸岀增加→EP↑(脈沖占空比)→Ud↑→n↑直到△UN=UgN-UfN=0，在新的電流下穩(wěn)定運行。5.制動UgN=0,△UN=UgN-UfN<0ASR處于正限幅值,ACR輸岀負的限幅值，電機制動n↓→n=0同靜態(tài)6.降速當前44頁，總共54頁。1.用微機取代ASR、ACR兩個電子調節(jié)器的系統(tǒng)9.5微型計算機控制的直流傳動控制系統(tǒng)當前45頁，總共54頁。2.保留ASR、ACR兩個電子調節(jié)器的系統(tǒng)當前46頁，總共54頁。當前47頁，總共54頁?；緝热?.擴大調速范圍

D的基本方法在調速系統(tǒng)中，電動機所能達到的調速范圍D=nmax/nmin，其nmax是電動機在額定負載下所允許的最高轉速，而nmin是在保證生產(chǎn)機械對轉速變化率S(即靜差度S2)的要求這一前提下所能達到的nmin最低轉速，也就是說，調速系統(tǒng)的S2要小于或等于生產(chǎn)機械要求的S生(S2≤S生)，才能談及調速范圍。根據(jù)D=(nmaxS2)/(△nN(1-S2))式,可知，在nmax與S一定時，設法減少轉速降△nN就可擴大調速范圍D，閉環(huán)控制系統(tǒng)(亦稱反饋控制系統(tǒng))能起到這個作用。

小結當前48頁，總共54頁。2.機電傳動控制系統(tǒng)調速方案的選擇

生產(chǎn)機械對調速系統(tǒng)所提出的技術指標包括靜態(tài)的和動態(tài)的。靜態(tài)技術指標主要有靜差度S,調速范圍D和調速的平滑性等：動態(tài)技術指標主要有最大超調量Mp,過渡過程時間T和振蕩次數(shù)等。值得特別注意的是，生產(chǎn)機械在調速過程中一般有恒轉矩型和恒功率型兩類負載特性，而電動機的調速也有恒轉矩性質和恒功率性質兩類，一般負載為恒轉矩的生產(chǎn)機械應盡可能選用恒轉矩性質的調速(調壓調速)方式，負載為恒功率型的生產(chǎn)機械應盡可能選用恒功率性質的調速(調磁調速)方式，否則，電動機將得不到最充分的利用或將嚴重過載。當前49頁，總共54頁。3．單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)性質：①在相同的負載電流下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉速降僅為開環(huán)系統(tǒng)轉速降的l／(1+K)倍。從而大大提高了機械特性的硬度，使系統(tǒng)的靜差度大為減小。②在給定電壓一定時，閉環(huán)系統(tǒng)理想空載轉速僅為開環(huán)時的l／(l+K)。為了使閉環(huán)系統(tǒng)獲得與開環(huán)系統(tǒng)相同的理想空載轉速，閉環(huán)時的繪定電壓須比開環(huán)時的提高(1+K)倍，③在相同的最高轉速和相同的低速最大允許靜差度的條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的調速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的(1+K)倍。所以提高開環(huán)放大倍數(shù)是減小閉環(huán)系統(tǒng)靜差度、擴大調速范圍的有效