电动机调速系统.ppt

概述 直流电机具有良好的起、制动性能，可以在较宽的调速范围内实现平滑调速，较快的动态响应过程，并且低速运转时力矩大这些极好的运行性能和控制特性 近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，在纺织印染、造纸印刷、数控机床、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、通讯设备、雷达设备，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。 直流电机的调速方法 根据直流电机转速方程： n=U-idR/CeΦ n — 转速（r/min）； U — 电枢电压（V）； I d— 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ? ）； Φ — 励磁磁通（Wb）； Ce — 由电机结构决定的电动势常数。 (1)调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法，见图3-1。Id变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通Φ。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法，见图3-2。励磁电流If变化遇到的时间常数同Id变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 (3)改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软，空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。????改变电枢回路电阻进行调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。 从系统是否有静态误差分 有静差：△n≠0 无静差:△n=0 常用参数 调速范围D：生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围 静差△n：调速系统稳定时,系统的给定值与被调量的反馈值之差 静差率s：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所对应的转速降落Δnn与理想空载转速n0之比。静差率表示调速系统在负载变化下转速的稳定程度，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定程度就越高。 D、 s、 Δnn D=nn s/ Δnn(1- s) 调速范围D、静差率s和额定速降Δnn 之间应满足的关系。对于同一个调速系统，其特性硬度或Δnn值是一定的，如果对静差率的要求越严（即s值越小），系统允许的调速范围D就越小。 有静差 电压负反馈调速系统 带电压负反馈和电流正反馈调速系统 电压负反馈调速系统 根据自动控制原理，为了克服开环系统的缺点，提高系统的控制质量，必须采用带有负反馈的闭环系统。图3-9为电压负反馈调速系统原理图, 电压负反馈信号Uu是从电动机电枢两端的电位器取出,反馈到系统输入端,这种系统对电动机电枢电阻Ra引起的静态转速降,电压负反馈不能对它起抑制作用。故此须把主回路总电阻R分成两部分R=Ra+Rr, Rr为晶闸管整流器和电抗器的内阻。 静态特性方程 从静态特性方程可见,与开环系统相比较, 电压负反馈作用使Rr引起的静态转速降减小到开环时的,机械特性变硬，静差率变小。但由电枢电阻Ra引起的转速降RaId/CeΦ和开环时相同。从结构图上也可看出，因为电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，扰动量RaId不被反馈环包围，电压负反馈系统对由它引起的转速降当然无法克服了。这是电压负反馈系统调速指标差的一个重要原因。在电压负反馈系统中引入电流正反馈可提高系统的静态性能指标。 带有电压负反馈和电流正反馈的调速系统 为了补偿电枢电阻Ra引起的转速降RaId，在电压负反馈的基础上，增加一个电流正反馈环节，其中Ui=IdRi，如图3-10所示。由静态结构图运算规则,导出电压负反馈调速系统静态特性方程为? 增加电流正反馈，就是把一个反映电动机电枢电流大小的量IdRi取出，也加到比例调节器的输入端去。由于是正反馈，调节器的输入信号反映了负载电流增减，即当负载电流Id增加时，调节器的输入信号也增加，使晶闸管整流器的输出电压Ud0也增加，以补偿电枢电阻Ra所产生的压降。当Δn1（Δn2+Δn3）称欠补偿，当Δn1=（Δn2+Δn3）称全补偿，当Δn1（Δn2+Δn3）称过补偿。因为系统在运行中受到温度等因素的影响，其参数会发生变化，全补偿条件难以维持不变，有可