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情境一 KZD-Ⅱ 型小功率有静差单闭环直流调速系统的调速. 任务 1 :单闭环直流调速系统概述 1.1 直流调速系统概述 1.1.1 调速的定义 所谓调速是指在某一具体负载情况下,通过改变电动机或电源参数的方法,使机械特性曲线得以改变,从而使电动机的转速发生变化或保持不变。即调速包含两方面:其一,在一定范围内变速,其二,保持稳速。. 1.1.2 直流电动机的调速方法 直流他励电动机转速方程为
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情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静差单闭环直流调速系统的调速 任务1:单闭环直流调速系统概述 1.1直流调速系统概述 1.1.1调速的定义 所谓调速是指在某一具体负载情况下,通过改变电动机或电源参数的方法,使机械特性曲线得以改变,从而使电动机的转速发生变化或保持不变。即调速包含两方面:其一,在一定范围内变速,其二,保持稳速。
1.1.2直流电动机的调速方法 直流他励电动机转速方程为 式中,n为电动机转速(r/min);;Ua为电枢电压(V);Ia为电枢电流(A);Ra为电枢回路电阻(Ω);Φ为励磁磁通(Wb);Ke为电动机结构决定的电动势常数。由直流他励电动机转速方程可见,调速方案有三种: (1)调节电枢电压调速; (2)减弱励磁磁通调速; (3)改变电枢回路电阻调速。
1.1.3直流的调速的供电方案 采用调压调速,必须有一个平滑可调的直流电枢电源。常用的可控直流电枢电源有以下三种。 (1)旋转变流机组:由交流电动机拖动直流发电机实现变流,发电机给需要调速的直流电动机供电。调节发电机的励磁电流可改变其输出电压,从而调节直流电动机的转速。这样的调速系统简称G-M系统。 (2)静止可控整流器:20世纪60年代起,出现了晶闸管整流装置,它具有效率高、体积小、成本低、无噪声等优点,其中,晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10以上,其门极电流可以直接用晶体三极管来控制。在控制快速性方面,变流机组是秒级,这将会大大提高系统的动态性能。晶闸管-直流调速系统,简称V-M系统。 (3)直流斩波器和脉宽调制变换器:在铁路电力机车、城市电车和地铁电动机等电力牵引设备上,常采用直流串励或复励电动机,由恒压直流电源供电。晶闸管也可用来控制直流电压,即所谓的直流斩波器,也称直流调压器。
1.1.4调速指标 (1)静态调速指标 a .调速范围 电动机在额定负载下,运行的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围,用D表示,即 b.静差率 静差率是指电动机稳定运行时,当负载由理想空载增加至额定负载时,对应的转速降落与理想空载转速之比,用百分数表示为
c.调速范围与静差率的关系 在调压调速系统中,额定转速为最高转速,静差率为最低转速时的静差率,则最低转速 得调速范围与静差率满足下列关系式 由以上公式可知,当一个调速系统机械特性硬度(ΔnN)一定时,对静差率要求越高,即静差率越小,允许的调速范围也越小。
(2)动态调速指标 a、跟随性能指标 上升时间tr, 超调量σ﹪ , 调节时间ts。 b、抗绕性能指标 动态降落△cmax, 恢复时间tf , 振荡次数N。
1.2可控直流电源供电下的直流电动机开环调速系统 1.2.1可控直流电源供电下的直流电动机开环调速系统的组成及结构 调速系统的主要电路由晶闸管变流器及电动机组成,其简单系统原理如图所示。
电流连续时V-M系统的机械特性 由式可知,当控制角a一定时,转速n与电流 成线性关系。改变控制角,可得到一簇彼此平行的直线,如图中实线部分,虚线为假定电流连续时的延长线。
电流断续时V-M系统机械特性 由由上式可知,当确定后,给出不同的 ,可得对应的n及 Id,便得出电流断续时的机械特性,如图2.1.10所示。电流断续时,机械特性两大特点是: 其一,理想空载转速升高。 其二,电流断续时,电动机机械特性显著较软。 综上所述,V-M系统机械特性可分为线性和非线性两段,为改善电动机运行特性,常在主电路中串联较大平波电抗器或避免在轻载下运行,保证晶闸管电流连续。
任务2:转速负反馈有静差单闭环直流调速系统任务2:转速负反馈有静差单闭环直流调速系统 2.1单闭环有静差调速系统的组成及其静特性 2.1.1 单闭环有静差调速系统的组成
由上图可见,该系统的控制对象是直流电动机M,被控量是电动机的转速n,晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节,由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较环节,电位器RP1为给定元件,测速发电机TG与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组成框图如下:由上图可见,该系统的控制对象是直流电动机M,被控量是电动机的转速n,晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节,由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较环节,电位器RP1为给定元件,测速发电机TG与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组成框图如下:
2.1.2 特点: 1.把转速反馈与给定比较形成控制信号,组成闭环控制; 2.测速环节:直流测速发电机,与直流电机同轴联结; 3.设置放大器。 。
2.1.3 自动调节过程: 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整流电压,而开环系统不能自动调节。以负载增大为例,闭环调速系统的自动调节过程如下:
2.1.4静态特性: 利用自动控制原理中传函的化简原理,得到调速系统的静特性方程式,从而得出系统电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系,它在形式上与开环机械特性相似,但本质上却有很大的不同,故定名为“静特性”这种系统是以存在偏差为前提的,反馈环节只是检测偏差,减小偏差,而不能消除偏差,因此它是有静差调速系统。单闭环有静差直流调速系统的静态特性为:
2.1.5小功率有静差直流调速系统实例分析 • 例:某设备拖动电动机为Z2-93型直流电动机,主要参数: 电枢电阻 整流器内阻和平波电 抗器电阻0.1Ω, , , 要求 ,问系统能否满足要 求?
解:(1)由静态指标求闭环系统开环放大系数解:(1)由静态指标求闭环系统开环放大系数 系统开环额定转速降 满足静态指标的闭环系统转速降
由于 所以
解:(2)从系统稳定性条件,计算K 显然,若满足静态性能指标,系统将不稳定。静态 精度与动态稳定性是相互矛盾的。
任务3:转速负反馈无静差单闭环直流调速调速系统任务3:转速负反馈无静差单闭环直流调速调速系统 3.1单闭环无静差调速系统的组成 3.1.1积分调节器的作用 无静差调速系统概念: 调速系统受到扰动作用后,又进入稳态运行时,系统的给定量与被调量的反馈量保持相等,即 =0,也就是扰动前后的稳态转速不变。 将上述有静差系统中的比例放大器改成比例积分调节器,便构成了无静差系统。
积分调节器的特点: ⑴只要Ui≠0,Uo逐渐递增,增长速度由RoCf控制 ⑵Ui=0,Uo保持为某一固定值,具有记忆和保持作用。
3.2自动调节过程 • 现以阶跃负载为例(指突增或突降负载的情况),来讨论 PI调节器在扰动调节过程的作用。
3.3性能分析 • 由于稳态时PI调节器的输入电压 ,给定电压和反馈电压相等,系统的静特性方程是 对应于不同的给定电压,系统的输出特性是一簇平行线,要改变转速只要改变电压即可。