2.0直流调速系统复习.ppt

直流电动机的稳态转速 式中 n——转速（r/min）; U——电枢电压（V）； I——电枢电流（A）； R——电枢回路总电阻(Ω）； φ——励磁磁通（Wb）； Ke ——由电机结构决定的电动势常数。 调节直流电动机转速的方法 （1）调节电枢供电电压； （2）减弱励磁磁通； （3）改变电枢回路电阻。 自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。 电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 内 容 提 要 直流调速系统用的可控直流电源 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 转速反馈控制的直流调速系统 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统 调节控制电压Uc 移动触发装置GT输出脉冲的触发延迟角 改变VT输出瞬时电压的波形，从而调节输出平均电压Ud。 在电流连续区，显示出较硬的机械特性。 在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。 当 90°时，输出平均电压Ud小于零，晶闸管整流器工作于逆变状态。 晶闸管导通后，若控制电压变化，其对应的触发脉冲要到下一个自然换向周期才能起作用。 在动态过程中，晶闸管触发和整流装置可视为一个纯滞后环节，其滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。 将滞后环节按泰勒级数展开，并忽略高次项，可将其近似为一阶惯性环节。 1. 换相周期过长导致电流（转矩）波动大，轻载时存在电流断续问题； 2. 滞后时间较长，导致近似惯性环节的惯性时间常数过大，影响动态响应速度； 3. 晶闸管导通角较小时，系统功率因数低，并将在交流侧产生较大的谐波电流。 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统 通过二极管不控整流方式，获得恒压直流电源。 采用全控型电力电子器件，构成可高频开关的直流斩波变换器。 用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而调节变换器的平均输出电压。 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压。 当电动机工作于回馈制动状态时，电能无法经整流装置送回交流电网，只能向滤波电容充电，导致直流电容电压上升，称为泵升电压。 泵升电压将危害电力电子装置，需通过增大电容容量或增加卸荷电路的方式抑制。 2.2 稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性 调速范围D：额定负载时，最高转速与最低转速之比，即 静差率S：系统运行于某一转速时，额定负载时的转速降落与理想空载转速之比，即 调速范围、静差率和额定速降间的关系： 特性a、b额定速降相同，但空载转速不同，空载转速越低时静差率越大。 因此，系统的静差率指标在高速时能满足要求不代表其在低速时也能满足 。 静差率应以系统在最低速时所能达到的数值为准。 调速范围应为最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。 2.3 转速反馈控制的直流调速系统 调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，同时提高这两个指标的唯一办法是减少负载引起的转速降落。 在开环调速系统中，转速降落取决于直流电机的参数，无法改变。解决该矛盾的有效途径是采用转速反馈控制，构成闭环直流调速系统。 2.3.1 转速反馈控制直流调速系统的 数学模型 描述电枢绕组电磁暂态的微分方程： 描述电机转子机电暂态的微分方程： 其中，电磁时间常数和机电时间常数分别为： 拉氏变换后得： 电枢回路传递函数： 电机转子传递函数： 2.3.2 比例控制的直流调速系统 开环系统的机械特性： 比例控制闭环系统的静特性： 闭环系统的转速降落大幅减小： 闭环系统的静差率大幅减小： 静差率相同时，闭环系统调速范围大幅增大： 从提高稳态性能的角度，希望尽量增大系统的开环增益： 然而，开环增益受制于系统的动态稳定性。 采用劳斯稳定判据分析比例控制闭环系统的特征方程，得到系统稳定的充分必要条件如下： 可见，比例控制直流调速系统中稳态性能和动态稳定性的要求是互相矛盾的，必须采用其他方式来减小或消除稳态误差。 比例调节器的输出 依赖于被调量的偏差，因此比例反馈控制属于有静差控制，若要完全消除稳态误差，需引进积分调节器。 反馈控制系统能有效抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，但对于给定作用的变化唯命是从。 系统的精度依赖于给定装置和反馈装置的精度。现代调速系统的发展趋势是用数字给定和数字测速来提高调速系统的精度。 2.3.3 比例积分控制的无静差 直流调速系统 积分调节器的输入输出关系： 开始积分后，调节器每一时刻输出值的大小正