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青岛科技大学 运动控制系统 第2章 转速反馈控制的直流调速系统.ppt

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青岛科技大学 运动控制系统 第2章 转速反馈控制的直流调速系统.ppt
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第1篇 直流调速系统,,,运动控制系统,第2章 转速反馈控制的直流调速系统,,,,运动控制系统,第2章 转速反馈控制的 直流调速系统,2.1 直流调速系统用的可控直流电源 2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 2.3 转速反馈控制直流调速系统 2.4 直流调速系统的数字控制 2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真 小结及要求,,,,,引言: 直流电动机的调速方法,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势常数,直流电动机转速公式:,调节电枢电压——平滑无级,调速范围宽。 减弱磁通——平滑无级,基速以上,范围窄 改变电枢回路总电阻——一般为有级。,直流电动机的三种调速法:,,,,自动控制的直流调速系统一般以调节电枢电压为主。,返回目录,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,,,,直流调速系统常用的可控直流电源,旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组,以 获得可调的直流电压。 静止可控整流器——用静止的可控整流器,例如晶闸管可控整流器,以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不可控整流电源供电,利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。,,,,旋转变流机组,,,,,,,,,G,,,,,,,,,,,,放大装置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,M 3~,,,,,,,~,,GE,,,,,,,,,,,,,n,,U,,,励磁电源,图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统(G-M系统),,,实现变流,励磁发电机,,,,,G-M系统的机械特性,图1-2 G-M系统的机械特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,正向制动状态,正向电动状态,反向电动状态,反向制动状态,0,四象限运行,,,,2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统 (V-M系统),特点——移相触发控制:通过调节GT的控制电压来移动出发脉冲的相位从而改变Ud,进行调速。,,,,V-M系统的优缺点,与G-M系统相比较: 优点:①放大倍数高;②快速性好;③效率高。 缺点: ①可逆运行困难; ②晶闸管的抗过压、过流的能力差; ③电力公害,,,,晶闸管整流器-电动机系统(V-M系统)的主要问题,1. 触发脉冲相位控制; 2. 电流脉动及其波形的连续与断续; 3. 晶闸管整流器-电动机系统的机械特性; 4. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。,,,,1. 触发脉冲相位控制,(1) V-M主电路及电压平衡方程,n,ug,等效电路??,,,,等效电路,L—主电路总电感;R—主电路的等效电阻。R=Rrec+Ra+RL,,,,,+,,-,+,-,,,,,,,M,电压平衡方程??,,,,电压平衡方程,① 用瞬时值表示的电压平衡方程式:,②用平均值表示的电压平衡方程式,电动势转速比,与整流电路的形式有关,,,,整流电压的平均值计算,,* U2 是整流变压器二次侧相电压的有效值。,,,,(2) V-M系统的控制特点,,,转速是靠触发脉冲的相位进行控制的.,,,,2. 电流脉动及其波形的连续与断续,(1) 电流脉动的原因,m有限—电压脉动; L有限—电流脉动.,,,,(2) 电流的连续与断续,,,,,脉动电流→脉动转矩→对生产机械不利;谐波电流→对电网不利,电机发热。,(3) 抑制电流脉动的措施,措施:(1) 增加相数(或采用多重化技术)----增大m(2) 设置平电抗器----增大L,平波电抗器的两个作用:限制电流脉动;轻载时保持电流连续。,3.V-M系统的机械特性,(1) 电流连续时,只要电流连续,晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。,(2) 电流断续时,n与Id呈非线性关系,,,,例:三相半波整流电路构成的V-M系统,当电流断续时的机械特性:,——阻抗角,——一个电流脉波的导通角,,特点:1)机械特性变软,且呈非线性;2)理想空载转速升高,V-M系统的全部机械特性,α增大,断续区,连续区,,,,如何处理非线性段?,,1)当L很大时,只考虑连续段,忽略断续段,认为是连续段的延伸。,2)当断续段比较显著时,把断续段曲线用一直线表示,相当于把总电阻换成了一个更大的等效电阻。,α增大,断续区,,,,4. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数,,,,?,Uc,Ud,,,,放大系数,,,(1) 放大系数,输入/输出特性,,,,如果不可能实测特性,只好根据装置的参数估算。 例如:设触发电路控制电压的调节范围为Uc = 0~10V相对应的整流电压的变化范围是Ud = 0~220V可取 Ks = 220/10 = 22,Ks的估算,,,,,(2)传递函数,a) 失控时间分析,a),,,,,显然
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