单闭环直流调速系统
n
Un
*
时的 U* n
+
∆Un - Un
Kp
Uc
Ks U
0
d
1/Ce
n
K p K sU
* n
C e (1 K )
-IdR
E
- Ud
0
+
n 1/Ce Ks Kp
+
只考虑扰动作用-IdR时 的闭环系统
n RI
d
C e (1 K )
利用叠加原理得
n
K p K sU n
*
C e (1 K )
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
调磁调速
工作条件: 保持电压 U =UN ; 保持电阻 R = Ra ; 调节过程: 减小励磁 N n , n0 调速特性: 转速上升,机械特性 曲线变软。
n n0 n3 n2 n1 nN
N 1 2
3
O
TL
调压调速特性曲线
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。 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
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
8.2 单闭环直流调速系统
解:如果要满足D=20,Sn<5%的要求,则其在额定条件 下的转速降为:
n ne s D(1 s ) 1000 0.05 20(1 0.05) 2.63%
而由已知条件并设系统电流连续,则其额定转速下 的转速降为:
n IN R Ce N 305 0.18 0.2 274 .5r / min
0 O 0
Id1
Id2
Id3
Id4
I d n U n U n U ct U d 0 n
闭环系统减小速降的物理意义
闭环系统能够减少稳态速降的实质在 于它的自动调节作用,在于它能随着负载 的变化而相应地改变电枢电压,以补偿电 枢回路电阻压降。
IdR C e (1 K )
注意 闭环调速系统的静特性表示闭环 系统电动机转速与负载电流(或转矩) 间的稳态关系,它在形式上与开环机 械特性相似,但本质上却有很大不同, 故定名为“静特性”,以示区别。
n
开环机械特性
开环加载
闭环静特性
A
B A′
C
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
闭环加载
O 0
ห้องสมุดไป่ตู้
用晶闸管触发整流 整流电路实现电枢 电压可调,从而达 到改变电机转速的 目的。
例:某电源—电动机直流调速系统,已知电机的额定 转速为n=1000r/min,额定电流IN=305A,主回路电阻 R=0.18Ω,CeΦN=0.2,若要求电动机调速范围D=20, sn<5%,则该调速系统是否能满足要求?
(一) 系统组成
( 二)闭环系统的静特性方程
开环机械特性: n f (U d , I d ) 闭环静特性方程:
假定:
开环机械特性曲线
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 放大器
* U n U n U n
电机端电压方程E U d 0 I d R 测速反馈环节 U 电动机环节
n
U ct K p U n
n
触发和整流装置 U d 0 K sU ct
E Cen
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
结论: 闭环调速系统可以获得比开环调速系 统硬得多的稳态特性,从而在保证一定静 差率的要求下,能够提高调速范围,为此 所需付出的代价是,须增设电压放大器以 及检测与反馈装置。
降低速降的实质是什么?
un
转速单闭环调速系统结构图
系统调节过程
闭环静特性
开环机械特性
n
A
B A′
C
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
s cl
n cl n ocl
, s op
n op n 0 op
则得
s op
D cl (1 K ) D op
(4)要取得上述三项优势,闭 当 n 0 op n 0 cl 时 , 则 s cl 环系统必须设置放大器。 1 K 上述三项优点若要有效, (3)当要求的静差率一定 都取决于一点,即 K 要足够大, 时,闭环系统可以大大提高 因此必须设置放大器。 调速范围。
第八章 单闭环直流调速系统
直流调速系统概述 单闭环直流调速系统 单闭环直流调速系统实例分析
8.1 直流调速系统概述
一、什么是调速
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备,所以需 要根据工艺要求调节其转速。比如:在加工毛坯工件 时,为了防止工件表面对生产刀具的磨损,因此加工 时要求电机低速运行;而在对工件进行精加工时,为 了要缩短加工时间,提高产品的成本效益,因此加工 时要求电机高速运行。所以,我们就将调节电动机转 速,以适应生产要求的过程就称之为调速;而用于完 成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。 目前调速系统分交流和直流调速系统,由于直流调速 系统的调速范围广,静差率小、稳定性好以及具有良 好的动态性能。因此在相当长的时期内,高性能的调 速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来,随着 电子工业与技术的发展,高性的交流调速系统的应用 范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作 为一个延用了近百年的调速系统,了解其基本的工作 原理,并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。
*
(1)闭环系统速降小,静特 性硬 在同样的负载扰动下, 两者的转速降落分别为
n op RI
d
RI
d
Ce
n cl
RI
d
而闭环时的静特性可写成
n K p K sU n
*
Ce
C e (1 K )
它们的关系是
n op 1 K
C e (1 K )
RI
d
C e (1 K )
30 0 . 015 / 0 . 2
K
op
n cl
1
103 . 6
即只要放大器的放大 系数等于或大于46, 闭环系统就能满足所 需的稳态性指标。
(四)单闭环调速系统基本性质
(1)具有比例调节器的闭环系统是有静差
有静差与无静差的概念
因为闭环系统的稳态速降为 而K ≠ ,有静差调速系统。
二、调速控制系统的性能指标
在前几章中我们学过,各种自动化生产机械或系统 所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态 指标。对于调速系统来说也不例外,只是它作为一 个特定的系统,其稳态和动态指标有着具体而明确 定义。 稳态指标:主要是要求系统能在最高和最低转速 内进行平滑调节,并且在不同转速下工作时能稳 定运行,而在某一转速下稳定运行时,尽量少受 负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标 就是调速系统的调速范围和静差率。 动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力。
Te
三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说,以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速;减弱磁 通虽然能够平滑调速,但调速范围不大, 往往只是配合调压方案,在基速(额定转 速)以上作小范围的弱磁升速。 因此,自动控制的直流调速系统往往 以调压调速为主。
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统(V—M) 系统,它属于开 环系统。
100%
n0 n n0
100%
两者之间的关系是: D
n s n(1 s )
他励直流电机的调速方案
他励直流电动机的转速公式:
n E CE U IR CE
(8-1)
式中:U为他励电动的电枢电压 I为电枢电流 E为电枢电动势 R为电枢回路的总电阻 n为电机的转速 Φ为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数
n n0 nN n1
UN
n2
n3 O IL
调压调速特性曲线
U1 U2
U3
I
调阻调速
工作条件: 保持励磁 =N; 保持电压 U=UN ; 调节过程: 增加电阻 Ra R n ,n0不变; 调速特性: 转速下降,机械特性 曲线变软。(斜率较 大,特性较软)
n n0 nN n1 n2 n3
(2)抵抗扰动, 服从给定
n cl
RI
d
Ce (I K )
只有 K = ,才能使 ncl = 0,无静差。
扰动—除给定信号外,作用在控制系统各环节上的 一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用”。
扰动作用与影响
Id变化
Kp变化 电源波动
R E
电阻变化 励磁变化
U* n
+
∆Un
- U n
而静差率为:
s n n0 n 275 1000 275 21.5%
由此例不难发现,象这样的电源——电动机所组成的 开环调速系统,是没有能力完成其调速指标的。要把 额定负载下的转速降从开环系统中的274.5降低到满 足要求的2.63就必须采用负反馈,这也就构成了我们 所谓的闭环直流调速系统——转速负反馈直流调速。