1、2022-5-251電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)2022-5-252 調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)自動(dòng)系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)又調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)自動(dòng)系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)又可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，稱為直流拖動(dòng)系統(tǒng)可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，稱為直流拖動(dòng)系統(tǒng)和交流拖動(dòng)系統(tǒng)。和交流拖動(dòng)系統(tǒng)。 調(diào)速具有兩個(gè)方面的含義：一是能在一定范圍內(nèi)調(diào)速具有兩個(gè)方面的含義：一是能在一定范圍內(nèi)“變變速調(diào)速速調(diào)速”，電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變時(shí)，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。二是，電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變時(shí)，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。二是“恒速調(diào)速恒速調(diào)速” ” ，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械在某一速度下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械在某一速度下運(yùn)行時(shí)，總要受到外界的干擾，為保證工作速度不受干

2、擾的影總要受到外界的干擾，為保證工作速度不受干擾的影響，也要進(jìn)行調(diào)速。例如負(fù)載增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要降響，也要進(jìn)行調(diào)速。例如負(fù)載增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要降低，為維持轉(zhuǎn)速恒定，就得調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使其回低，為維持轉(zhuǎn)速恒定，就得調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使其回升，并等于或接近于原來的轉(zhuǎn)速升，并等于或接近于原來的轉(zhuǎn)速 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n=(U-IR)/(Ce) n=(U-IR)/(Ce) 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：（1 1）調(diào)電樞電壓（）調(diào)電樞電壓（2 2）弱磁升速（）弱磁升速（3 3）變電樞回路電阻）變電樞回路電阻2022-5-253 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 多環(huán)

3、控制的直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng) 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 位置隨動(dòng)系統(tǒng)位置隨動(dòng)系統(tǒng) 變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)2022-5-254第一章第一章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 VM系統(tǒng)的特殊問題 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì) 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的的動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì) 2022-5-25551 51 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源對(duì)于要求廣范圍無級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)對(duì)于要求廣范圍無級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓供電電壓方式為最好，弱磁雖然也能電樞

4、電壓供電電壓方式為最好，弱磁雖然也能平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速以上作小范圍升速。壓方案，在基速以上作小范圍升速。在調(diào)壓調(diào)速方案中，從供電電源又分為下面兩在調(diào)壓調(diào)速方案中，從供電電源又分為下面兩種情況：在交流供電系統(tǒng)中，采用可控變流裝種情況：在交流供電系統(tǒng)中，采用可控變流裝置，以獲得直流可調(diào)電源；在具有恒定直流供置，以獲得直流可調(diào)電源；在具有恒定直流供電電源地方，采用可控硅斬波器，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)電電源地方，采用可控硅斬波器，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速。壓調(diào)速。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組G-MG-M靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)靜止變流裝置供電的

5、直流調(diào)速系統(tǒng)V-MV-M直流斬波器和脈寬調(diào)制變換直流斬波器和脈寬調(diào)制變換PWMPWM2022-5-256旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組G-MG-M 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時(shí)改變勵(lì)磁電流的方向，發(fā)電機(jī)輸出動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時(shí)改變勵(lì)磁電流的方向，發(fā)電機(jī)輸出電壓的極性也會(huì)改變，從而使轉(zhuǎn)速的方向發(fā)生變化，電壓的極性也會(huì)改變，從而使轉(zhuǎn)速的方向發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)GMGM的可逆運(yùn)行。設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效的可逆運(yùn)行。設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝及維護(hù)不方便、運(yùn)行有噪音等缺點(diǎn)。率低、安裝及維護(hù)不方便、運(yùn)行有噪音等缺點(diǎn)。 勵(lì)勵(lì)

6、磁磁機(jī)機(jī)GM負(fù)負(fù)載載2022-5-257靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（VMVM系統(tǒng)）系統(tǒng)） 半控整流電路只允許單象限運(yùn)行；全控整流電路可以半控整流電路只允許單象限運(yùn)行；全控整流電路可以實(shí)現(xiàn)有源逆變；采用正反兩組整流電路即可實(shí)現(xiàn)中象實(shí)現(xiàn)有源逆變；采用正反兩組整流電路即可實(shí)現(xiàn)中象限運(yùn)行，只是硅整流設(shè)備要增加一倍。限運(yùn)行，只是硅整流設(shè)備要增加一倍。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大提高、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大提高 2 2、速度有很大提高，機(jī)組秒級(jí)；晶閘管整流器毫秒級(jí)、速度有很大提高，機(jī)組秒級(jí)；晶閘管整流器毫秒級(jí) 3

7、 3、功率放大倍數(shù)在、功率放大倍數(shù)在10104 4以上以上 M2022-5-258 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，半控整流電路、由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，半控整流電?只能單象限運(yùn)行；全控整流電路能二象限運(yùn)行；要可只能單象限運(yùn)行；全控整流電路能二象限運(yùn)行；要可逆運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，只好采用正、反兩組逆運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，只好采用正、反兩組全控整流電路，所以整流設(shè)備要增加一倍。全控整流電路，所以整流設(shè)備要增加一倍。 2 2、元件對(duì)過電壓、過電流及過高的電壓變化、元件對(duì)過電壓、過電流及過高的電壓變化率和電流變化率都十分敏感，所以需加可靠的保護(hù)裝率和電流變化率都十分敏感，所以

8、需加可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱設(shè)備。置和符合要求的散熱設(shè)備。 3 3、系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通小，、系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通小，系統(tǒng)功率因數(shù)低，會(huì)產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)低，會(huì)產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，會(huì)殃及附近的用電設(shè)備，造成電壓波形畸變，會(huì)殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力電力公害公害”。增調(diào)無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。增調(diào)無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。響響應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)間間功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù) 變流機(jī)組變流機(jī)組v-m2022-5-259直流斬波器和脈寬調(diào)制變換直流斬波器和脈寬調(diào)制變換 直流斬波器適用于地鐵、電力機(jī)車、無軌電車及電瓶直流斬波器適用于地鐵、

9、電力機(jī)車、無軌電車及電瓶車等。此時(shí)晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，工作原理及電路車等。此時(shí)晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，工作原理及電路圖所下所示：圖所下所示：VTVT導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，UsUs加到電動(dòng)機(jī)上；加到電動(dòng)機(jī)上；UTUT關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流。這里電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流。這里VTVT工作在開關(guān)狀態(tài)。電動(dòng)工作在開關(guān)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為機(jī)得到的平均電壓為 TT晶閘管的開關(guān)周期晶閘管的開關(guān)周期 tonVTtonVT開通時(shí)間開通時(shí)間 =ton/T=tonf=ton/T=tonf占空比占空比 ff開關(guān)頻率（開關(guān)頻率（100200hz100200hz）ssonUUTtUd 強(qiáng)迫關(guān)斷電路強(qiáng)迫關(guān)斷電路MT

10、ton2022-5-2510 直流斬波器的幾種控制方式直流斬波器的幾種控制方式1 1脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWMPWM：T T不變，只改變不變，只改變ton, ton, 也就也就是變脈寬是變脈寬2 2脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制PFMPFM：T T改變，改變， tonton不變，也就是不變，也就是變晶閘管關(guān)斷時(shí)間。變晶閘管關(guān)斷時(shí)間。3 3兩點(diǎn)式控制：當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小兩點(diǎn)式控制：當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小值時(shí)，值時(shí)，VTVT導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流或電壓達(dá)到某一最導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流或電壓達(dá)到某一最大值時(shí)，大值時(shí)，VTVT關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間不確定。關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間不確定。2022-5-25

11、11 PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)（脈寬調(diào)速系統(tǒng)）調(diào)速系統(tǒng)（脈寬調(diào)速系統(tǒng)） 主要是近年來研制了既能控制開通又能控制關(guān)斷的主要是近年來研制了既能控制開通又能控制關(guān)斷的“全控式全控式”電力電子器件，如門極可關(guān)晶閘管電力電子器件，如門極可關(guān)晶閘管GTOGTO、電力晶體管電力晶體管GTRGTR、電力場(chǎng)效應(yīng)管、電力場(chǎng)效應(yīng)管PMOSFETPMOSFET等，全控式等，全控式器件的關(guān)斷時(shí)間短，其構(gòu)成的斬波器工作頻率可達(dá)器件的關(guān)斷時(shí)間短，其構(gòu)成的斬波器工作頻率可達(dá)20KHz20KHz，在其實(shí)行開關(guān)控制時(shí)，采用了脈沖寬度的調(diào)，在其實(shí)行開關(guān)控制時(shí)，采用了脈沖寬度的調(diào)制方法，簡(jiǎn)稱制方法，簡(jiǎn)稱PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)或脈寬調(diào)速系統(tǒng)

12、。調(diào)速系統(tǒng)或脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 其與其與VMVM系統(tǒng)相比要以下優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)相比要以下優(yōu)點(diǎn)1.1.開關(guān)頻率高，電樞電流連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，開關(guān)頻率高，電樞電流連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，損耗和發(fā)熱小。調(diào)速范圍較寬，損耗和發(fā)熱小。2.2.與電機(jī)配合使用時(shí)，頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)與電機(jī)配合使用時(shí)，頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)?？箶_能力強(qiáng)。3.3.由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高小，裝置效率較高直流直流PWMPWM系統(tǒng)只適用于中、小型系統(tǒng)。系統(tǒng)只適用于中、小型系統(tǒng)。2022-5-251252 VM52

13、 VM系統(tǒng)的特殊問題系統(tǒng)的特殊問題觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制 把整流裝置內(nèi)部壓降、器件的正向壓降、變壓器的漏抗把整流裝置內(nèi)部壓降、器件的正向壓降、變壓器的漏抗 引起的換向壓降都移到整流裝置外部。引起的換向壓降都移到整流裝置外部。 UdoUdo理想空載電壓；理想空載電壓； 對(duì)一般全控式整流電路，當(dāng)電路波形連續(xù)時(shí)對(duì)一般全控式整流電路，當(dāng)電路波形連續(xù)時(shí) m m交流電源一周期內(nèi)整流交流電源一周期內(nèi)整流 電壓脈動(dòng)數(shù)；電壓脈動(dòng)數(shù)；UdoUdo為為=0=0時(shí)時(shí) 輸出電壓的峰值。輸出電壓的峰值。dtdiLRiEUdddocossinmUmUmdo2022-5-2513電流脈動(dòng)的影響及其抑制措施電流脈動(dòng)的

14、影響及其抑制措施影響：影響： 1 1、脈動(dòng)電流產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利。、脈動(dòng)電流產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利。 2 2、脈動(dòng)電流造成較大的諧波分量，流入電源后對(duì)電網(wǎng)不利，、脈動(dòng)電流造成較大的諧波分量，流入電源后對(duì)電網(wǎng)不利，同時(shí)也增加電機(jī)發(fā)熱。同時(shí)也增加電機(jī)發(fā)熱。抑制電流脈動(dòng)的措施。抑制電流脈動(dòng)的措施。 1 1、增加整流電路的相數(shù)。、增加整流電路的相數(shù)。 2 2、設(shè)置平波電抗器，按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條、設(shè)置平波電抗器，按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條 件來選擇平波電抗器的電感量。件來選擇平波電抗器的電感量。電流波形的連續(xù)和斷續(xù)電流波形的連續(xù)和斷續(xù) VMVM系統(tǒng)最主要特點(diǎn)系統(tǒng)最主要特點(diǎn)

15、 當(dāng)電阻性負(fù)載及電感性負(fù)載電感量不是很大時(shí)都會(huì)引起當(dāng)電阻性負(fù)載及電感性負(fù)載電感量不是很大時(shí)都會(huì)引起 波形斷續(xù)，電流波形斷續(xù)會(huì)給平均值描述帶來一種非線波形斷續(xù)，電流波形斷續(xù)會(huì)給平均值描述帶來一種非線 性因素，造成機(jī)械特性的非線性。性因素，造成機(jī)械特性的非線性。2022-5-2514 VMVM系統(tǒng)的機(jī)械特性系統(tǒng)的機(jī)械特性 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，只要是電流連續(xù)就可以看成是一個(gè)線當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，只要是電流連續(xù)就可以看成是一個(gè)線性可控電壓源。性可控電壓源。 斷續(xù)時(shí)，機(jī)械特性很復(fù)雜。斷續(xù)時(shí)，機(jī)械特性很復(fù)雜。 完整的完整的VMVM系統(tǒng)的機(jī)械特性，系統(tǒng)的機(jī)械特性， 包含整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)、連包含整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)、連

16、續(xù)區(qū)和斷續(xù)區(qū)。連續(xù)時(shí)特性較續(xù)區(qū)和斷續(xù)區(qū)。連續(xù)時(shí)特性較 硬；斷續(xù)段特性較軟呈顯著非硬；斷續(xù)段特性較軟呈顯著非 線性，可采用直線逼近斷續(xù)特線性，可采用直線逼近斷續(xù)特 性。性。)cossin(1)(1RImUmCRIUCndmeddoe2022-5-25155353反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)（一）控制要求：（一）控制要求：調(diào)速：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）調(diào)速：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）或平滑地（無級(jí)）調(diào)節(jié)調(diào)速?；蚱交兀o級(jí)）調(diào)節(jié)調(diào)速。穩(wěn)速：以一定的精

17、度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的穩(wěn)速：以一定的精度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的干擾下，不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。干擾下，不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。加、減速：頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡量快地加、減速以提高加、減速：頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡量快地加、減速以提高生產(chǎn)率，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)生產(chǎn)率，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。盡量平穩(wěn)。 （二）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱（二）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱作穩(wěn)態(tài)指標(biāo)作穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 調(diào)速范圍調(diào)速范圍D D：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速

18、：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速n nmaxmax和最低和最低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nminmin之比叫調(diào)速范圍。之比叫調(diào)速范圍。n nmaxmax和和n nminmin通常是指電動(dòng)機(jī)額通常是指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可以用定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。 minmaxnnD 2022-5-2516靜差率靜差率S S：衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。當(dāng)系統(tǒng)：衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。當(dāng)系統(tǒng) 某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，負(fù)載由理想空載增加到滿載所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，負(fù)載由理想空載增加到滿載所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落速降落n n

19、nomnom與理想空載轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速n n0 0之比。之比。 或或 靜差率和硬度有關(guān)，靜差率和硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高定度越高；硬度相同時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，硬度相同時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在是指在最低速時(shí)最低速時(shí)還能滿足還能滿足靜差率要求靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 在直流電機(jī)在直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速

20、系統(tǒng)中，常以電系統(tǒng)中，常以電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n nnomnom為最高轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速，若帶額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為，若帶額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為n nnomnom，則系，則系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速最低速時(shí)的靜差率。時(shí)的靜差率。onomnnS%100onomnnS2022-5-2517而而 得得當(dāng)當(dāng)n nnomnom一定時(shí)一定時(shí)S S越小越小D D也越小也越小。例例5151龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)：龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)：Z293Z293型，型，60KW60KW、220V220V、305A305A、1000r/min 1000r/min 、要求、要求D=20D

21、=20、S5%S5%，用，用VMVM系統(tǒng)。已系統(tǒng)。已知：主電路電阻知：主電路電阻R=0.18R=0.18歐，電動(dòng)機(jī)歐，電動(dòng)機(jī)Ce=0.2 Vmin/rCe=0.2 Vmin/r，則當(dāng)電流連，則當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少 ？minonomnnSminminmaxnnnnDnom)1(snsnDnomnomnomnomnomnomonssnsnnnn1minmin2022-5-2518單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能1.1.組成及靜特性組成及靜特性假定：（假定：（1）忽略各種非線性因素，假定各環(huán)節(jié)輸入輸）忽略各種非線性因素，假定各環(huán)

22、節(jié)輸入輸出關(guān)系都是非線性的出關(guān)系都是非線性的（2）假定只工作在）假定只工作在VM系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段（3）忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻）忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻AGTMTG2022-5-2519閉環(huán)系統(tǒng)的靜特：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)閉環(huán)系統(tǒng)的靜特：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。載電流（轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。nnnUUUnpctUKUctsdoUKUeddoCRIUnnUtgKpKseC1-2022-5-2520 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù))1 ()1 ()1 ()(KCRIKCUKKCKKCRIUKKnedenspespednspespCKKK20

23、22-5-25212.2.開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)靜特性的比較開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)靜特性的比較開環(huán)機(jī)械特性開環(huán)機(jī)械特性 閉環(huán)靜特性閉環(huán)靜特性 （1 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多（2 2）同一）同一n n。下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多opopedenspeddonnCRICUKKCRIUn0clcledenspeddonnKCRIKCUKKKCRIUn0)1 ()1 ()1 (edopCRIn)1 (KCRInedcl )1(KnnopclclclclnnS0opopopnnS0當(dāng)n0op=n0cl時(shí) )1 (K

24、SSopcl2022-5-2522（3 3）當(dāng)）當(dāng)S S一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)提高調(diào)速范圍一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)提高調(diào)速范圍（4 4）如取得上述三條優(yōu)越性，需設(shè)置放大器，）如取得上述三條優(yōu)越性，需設(shè)置放大器，K K要足夠大要足夠大. .也也會(huì)得出如下的公式：會(huì)得出如下的公式：結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性比開環(huán)結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性比開環(huán)硬硬，在保證在一定靜差率要，在保證在一定靜差率要求下，能提高調(diào)速范圍，須增檢測(cè)與反饋裝置和電壓放大器。求下，能提高調(diào)速范圍，須增檢測(cè)與反饋裝置和電壓放大器。轉(zhuǎn)速降落的實(shí)質(zhì)：轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就轉(zhuǎn)速降落的實(shí)質(zhì)：轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就能檢測(cè)出來，能檢測(cè)出來，通過比較和放大，提高

25、晶閘管輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的通過比較和放大，提高晶閘管輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，轉(zhuǎn)速又有所回升。機(jī)械特性上，轉(zhuǎn)速又有所回升。系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在與它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在與它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能夠隨負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。它能夠隨負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。 )1 (snsnDopnomop)1 (snsnDclnomclopclDKD)1 ( 1clopnnKsepKKCK2022-5-25233.3.反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律（1 1）被控量有偏差）被控量有偏差, K, K越大，靜特性越硬，越大，靜特性越硬，穩(wěn)態(tài)速降小，在一定

26、的靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣，穩(wěn)態(tài)速降小，在一定的靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣，K K越越大，穩(wěn)態(tài)性能越好。大，穩(wěn)態(tài)性能越好。KK無窮無窮ncl 0 ncl 0 ，所以調(diào)速系統(tǒng)，所以調(diào)速系統(tǒng)叫有靜差調(diào)速系統(tǒng)，依靠偏差（被調(diào)量）的變化才能實(shí)現(xiàn)叫有靜差調(diào)速系統(tǒng)，依靠偏差（被調(diào)量）的變化才能實(shí)現(xiàn)控制作用控制作用（2 2）抵抗擾動(dòng)與服從給定）抵抗擾動(dòng)與服從給定. .具有良好的抗擾性能，對(duì)于被具有良好的抗擾性能，對(duì)于被負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上的一切擾動(dòng)都能有效地加以抑負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上的一切擾動(dòng)都能有效地加以抑制，但對(duì)給定作用的變化卻惟命是從制，但對(duì)給定作用的變化卻惟命是從)1 (KCRInedcl

27、KpKsReC12022-5-2524（3 3）閉環(huán)系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度）閉環(huán)系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度 給定電源發(fā)生波動(dòng)，反饋控制系統(tǒng)無法鑒別，因此需給定電源發(fā)生波動(dòng)，反饋控制系統(tǒng)無法鑒別，因此需高精度的穩(wěn)壓電源，反饋檢測(cè)元件本身的誤差，測(cè)速機(jī)高精度的穩(wěn)壓電源，反饋檢測(cè)元件本身的誤差，測(cè)速機(jī)的誤差，需高精度的反饋檢測(cè)元件的誤差，需高精度的反饋檢測(cè)元件 . .4.4.反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算（1 1）運(yùn)算放大器）運(yùn)算放大器 高放大倍數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、輸入電阻大、輸入信號(hào)高放大倍數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、輸入電阻大、輸入信號(hào)共地、

28、輸出可用鉗位限幅或接地保護(hù)，使系統(tǒng)工作安全共地、輸出可用鉗位限幅或接地保護(hù)，使系統(tǒng)工作安全可靠。可靠。原理圖原理圖Kp1RURURUexoxox)(xxpexUUKU01RRKp2022-5-2525（2 2）晶閘管觸發(fā)裝置和整流裝置）晶閘管觸發(fā)裝置和整流裝置在一定范圍內(nèi)近似成線性環(huán)節(jié)在一定范圍內(nèi)近似成線性環(huán)節(jié) Ud=f(Uct)Ud=f(Uct)也可據(jù)電路參數(shù)估算：如也可據(jù)電路參數(shù)估算：如UctUct的范圍的范圍010V010V， UdUd的范圍的范圍0220V0220V則：則：Ks=220/10=22Ks=220/10=22穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算: :AMTGuct2022-5-2526

29、例題：電動(dòng)機(jī)：例題：電動(dòng)機(jī)：10KW10KW、220V220V、50A50A、1000r/min1000r/min，Ra=0.5,Ra=0.5,晶閘管三相橋式可控整流電路，整流變壓器，整流變壓器晶閘管三相橋式可控整流電路，整流變壓器，整流變壓器Y/YY/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓聯(lián)結(jié)，二次線電壓E2f=230VE2f=230V，觸發(fā)整流電路環(huán)節(jié)的放，觸發(fā)整流電路環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)大倍數(shù)Ks=44Ks=44，測(cè)速機(jī)：永磁式，測(cè)速機(jī)：永磁式ZYS231/110ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)型，額定數(shù)據(jù)23.1W23.1W、110V110V、0.21A0.21A、1900r/min1900r/min生產(chǎn)機(jī)械要

30、求：生產(chǎn)機(jī)械要求：D=10D=10，S5%S5%解：解： ncl=5.26% )1 (snsnDnomnomrVnRIUCenomnomnommin/1925. 0edopCRIn)1 (Knnopcl K=53.301158. 019001102 . 02Cetg21KsKCeKp Ro=40K R1=KpRo=840K2022-5-25275.5.限流保護(hù)限流保護(hù)起動(dòng)時(shí)：無限流措施會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)電機(jī)換起動(dòng)時(shí)：無限流措施會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)電機(jī)換向不利，系統(tǒng)突加上給定電壓，此時(shí)向不利，系統(tǒng)突加上給定電壓，此時(shí)Un=0，Un=Un*是穩(wěn)態(tài)工作的是穩(wěn)態(tài)工作的（1+K1+K）倍）倍,

31、 ,相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的；同時(shí)如故障，機(jī)械軸被卡住等，無限流環(huán)節(jié)，硬許的；同時(shí)如故障，機(jī)械軸被卡住等，無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值，只靠過流繼電器或熔干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值，只靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)斷器保護(hù)過載就跳閘，給正常工作帶來不便過載就跳閘，給正常工作帶來不便。為解決上述問題，引入電流負(fù)反饋，只在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)為解決上述問題，引入電流負(fù)反饋，只在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常運(yùn)行時(shí)又得取消，讓電流自由地隨負(fù)載增存在，在正常運(yùn)行時(shí)又得取消，讓電流自由地隨負(fù)載增減，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)電流截止負(fù)反饋叫電減，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)電流

32、截止負(fù)反饋叫電流截止負(fù)反饋，也叫截流反饋即電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋，也叫截流反饋即電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下2022-5-2528工作原理：工作原理： IdRsUcomIdRsUcom，時(shí)二極管，時(shí)二極管D D導(dǎo)通，電流反饋信號(hào)加到放大導(dǎo)通，電流反饋信號(hào)加到放大器上去。器上去。IdRsUcomIdRsUcom，時(shí)二極管，時(shí)二極管D D截止，截止，UiUi消失饋信號(hào)加消失饋信號(hào)加到放大器上去。截止電流到放大器上去。截止電流Idcr=Ucom/RsIdcr=Ucom/Rs。IdIdcrIdIdcr時(shí)，反饋截止時(shí)，反饋

33、截止IdIdcrIdIdcr時(shí)，反饋截止時(shí)，反饋截止 KpKsRRsM)1()1(KCRIKCUKKnedensp)1 ()()1 ()(KCIRKKRKCUUKKnedsspecomnsp2022-5-2529靜特性如右圖：下垂特性或挖土機(jī)特性）靜特性如右圖：下垂特性或挖土機(jī)特性）n no oA A段，閉段，閉環(huán)系統(tǒng)本身的靜特性；環(huán)系統(tǒng)本身的靜特性；A AB B段電流負(fù)反饋起作用（段電流負(fù)反饋起作用（1 1）相）相當(dāng)于在主回路中串入一個(gè)大電阻當(dāng)于在主回路中串入一個(gè)大電阻KpKsRsKpKsRs，穩(wěn)態(tài)速降增，穩(wěn)態(tài)速降增大，特性急劇下降；（大，特性急劇下降；（2 2）比較電壓與給定電壓一致，）比較電壓與給定電壓一致，nono提高提高nono。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時(shí)，電機(jī)停下，當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時(shí)，電機(jī)停下，n=0n=0得堵得堵轉(zhuǎn)電