闭环控制的直流调速系统PPT学习教案

1、会计学1闭环控制的直流调速系统闭环控制的直流调速系统eUIRnKn -转速（r/min）；U-电枢电压（V）；I -电枢电流（A）；R-电枢回路总电阻（ ）； -励磁磁通（Wb）；Ke-由电机结构决定的电动势常数。 对应三种调速方法1.1 直流调速系统用的可控直流电源直流调速系统用的可控直流电源第1页/共64页eUIRnK第2页/共64页-三种主要形式第3页/共64页 励磁电流励磁电流设备名称设备名称工作过工作过程程机械特机械特性性第4页/共64页第5页/共64页 晶闸管可控整流器晶闸管可控整流器触发装置触发装置设备名称设备名称工作过工作过程程1.2 静止式可控整整流器供电的静止式可控整整流器

2、供电的V-M系统系统第6页/共64页第7页/共64页瞬时电压平衡方程式可以写成： tiLRiEuddddd0 E-E-电动机反电动势(V)；i id d-整流电流瞬时值(A)L-L-主电路总电感(H)； R-R-主电路等效电阻() q 对对ud0进行积分进行积分，即得理想空载整，即得理想空载整流电压平均值流电压平均值Ud0。Ud0 第8页/共64页cossinmd0mUmUn当当 0 0 ，整流状态，电功率从交整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；流侧输送到直流侧；n当当 /2 max 时，时， Ud0 0 ，有源逆变有源逆变状态，电功率反向传送。状态，电功率反向传送。Ud0第9页/共64页图

3、5 ：VM系统的电流波形抑制电流脉动的主要措施：设置平波电抗器；增加整流电路相数。 第10页/共64页)cossin(1)(10RImUmCRIUCndmedde 式中: - 电机在额定磁通下的电动势系数。 NeeKC图6：电流连续时V-M系统的机械特性第11页/共64页q当电流连续时，特性硬；q当电流断续时，特性很软，呈显著的非线性。 cf.完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区第12页/共64页n采用锯齿波触发器移相时的特性:第13页/共64页按拉氏变换的位移定理，晶闸管装置的传递函数为： )( 1scs0dTtUKUsTKsUsUsWse)()()(sc0ds考虑静态特性，

4、求放大倍数: cdsUUK简 化第14页/共64页33s22ssssss! 31! 211ee)(sssTsTsTKKKsWsTsT 为了简化，将该指数函数按台劳级数展开： 考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一一阶惯性环节阶惯性环节。 sTKsWsss1)(a) 准确的 b） 近似的晶闸管触发与整流装置动态结构框图 第15页/共64页为了进行定量的分析，针对前两项要求定义两个调速指标：调速范围和静差率。合称为调速系统的稳态性能指标。 调速范围和静差率的定义；不同转速下的静差率；静差率和机械特性硬度的关系与区别；直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系。1.3 单

5、闭环直流调速系统的稳态分析和设计单闭环直流调速系统的稳态分析和设计第16页/共64页maxminnDn其中：nmin 和nmax 一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速。 第17页/共64页Nn0n0nnsN%1000nnsN或式中 : nN = n0 - nN n 静差率和机械特性硬度的关系：n 静差率与机械特性硬度的区别：第18页/共64页%1000nnsN 静差率和机械特性硬度的关系：n特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。 静差率与机械特性硬度的区别：n对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。 第19页/共64页NNNnnnnnsminmin

6、0snsnsnnNNN)1 (minminminmaxnnnnDN)1 (snsnDNN第20页/共64页第21页/共64页 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为 如果要求D = 20，s 5%，则有 min/ r275min/ r2 . 018. 0305edNNCRIn%6 .21216. 02751000275NNNNnnnsmin/ r63. 2min/ r)05. 01 (2005. 01000)1 (NNsDsnn第22页/共64页ed0dCRIUn调速系统开环机械特性: npcUKU放大器:n*nnUUU电压比较环节:cs0dUKU电力电子变换器nUn测速反馈环节第23页

7、/共64页ed0dCRIUnnpcUKUn*nnUUUcs0dUKUnUn 系统稳态结构框图K为开环放大系数， Ce为电动机环节放大系数， espCKKKnEC e第24页/共64页)1 ()1 ()/1 (ede*nspesped*nspKCRIKCUKKCKKCRIUKKned0dCRIUnnpcUKUn*nnUUUcs0dUKUnUn用稳态结构图法求n第25页/共64页opop0ede*nsped0dnnCRICUKKCRIUnclcl0ede*nsp)1 ()1 (nnKCRIKCUKKn开环时 :闭环时: 在同样的负载扰动下，两者的转速降落 空载转速相同时的静差率 最低速静差率的要求

8、相同时的调速范围edopCRIn)1 (edcKCRInlKnn1opclcl0clclnnsop0opopnnsKss1opcl)1 (opNopsnsnD)1 (clNclsnsnDcf.opclDKD)1 ( 问题：为什么闭环系统能够减少稳态速降？问题：为什么闭环系统能够减少稳态速降？第26页/共64页结论结论: : 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。 第27页/共64页NEXT第28页/共64页sp1-1 某晶闸管整流装置供电的转速负反馈单闭环某晶闸管整流装置供电

9、的转速负反馈单闭环有静差调速系统的调速范围是有静差调速系统的调速范围是1500150r/min，系，系统开环速降为统开环速降为80r/min，若要求静差率由，若要求静差率由10%降到降到5%，则系统的开环系数如何变化？，则系统的开环系数如何变化？sp1-2 某直流调速系统，其额定数据如下：某直流调速系统，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，Ra=0.05 ，电枢回路总电枢回路总电阻电阻R=0.18 ，如果要求调速范围如果要求调速范围 D = 20，静差率静差率sUcom，二极管导通，Ui=IdRs Ucom，加到放大器;IdRs 6dB 1.6 动态校正动态校正-

10、用用PI调节器设计系统调节器设计系统第51页/共64页第52页/共64页电压反馈信号为： Uu= Ud 1.7 电压负反馈直流调速系统电压负反馈直流调速系统 第53页/共64页静特性方程： edaedpeenspCIRKCIRKCUKKn)1 ()1 (*cf.cf.带转速负反馈系统： )1 ()1 (*KCRIKCUKKnedensp第54页/共64页第55页/共64页 2.稳态结构图&静特性方程 *()(1)(1)(1)psnpsdpesdadeeeeK K UK KIKR IR InCKCKCKCbnn0电流正反馈产生电流正反馈产生电压负反馈产生电压负反馈产生第56页/共64页3.无静差

11、的条件是：0bn0)1 ()1 (aspespRKRRKKKacrpsRKRK K 根据电流反馈系数的大小，可以决定补偿的强弱： q全补偿， q欠补偿， q过补偿， 0bn0bn0bn 补偿控制是一种参数配合控制，一般采用欠补偿。第57页/共64页4.比较: 补偿和反馈控制的静特性1-电压负反馈加电流正反馈， 全补偿；2-电压负反馈加电流正反馈， 欠补偿；3-电压负反馈加电流正反馈， 过补偿(特性上翘)；4-只有电压负反馈；5-开环系统第58页/共64页（1 1）电流正反馈和电压负反馈）电流正反馈和电压负反馈( (或转速负反馈或转速负反馈) )是性是性质完全不同的两种控制作用。质完全不同的两种

12、控制作用。电流正反馈电流正反馈: :不是不是“反馈控制反馈控制”而是而是“补偿控制补偿控制”; ;电压负反馈电压负反馈: :属于被调量的负反馈控制，具有反馈控属于被调量的负反馈控制，具有反馈控制规律制规律。注意以下两点注意以下两点: : （2 2）反馈控制只能使静差尽量减小，补偿控制）反馈控制只能使静差尽量减小，补偿控制却能把静差完全消除。但是实际上，却能把静差完全消除。但是实际上，反馈控制反馈控制: :无论环境怎么变化都可有效地减小静无论环境怎么变化都可有效地减小静差差; ;补偿控制补偿控制: :完全依赖于参数配合完全依赖于参数配合。 第59页/共64页静态方框图ededspenspCIRCIKKCUKKn*bnn00bn0ededspCIRCIKKpsRK K则全补偿条件： 第60页/共64页 2 2、动态分析、动态分析 (仅有电流正反馈) 加电流正反馈，忽略晶闸管失控时间，简化为:第61页/共64页 3.整个系统的闭环传递函数为：4.该系统的临界稳定条件是： 2/( )(1/)1psec