电压负反馈直流调速系统.docx
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电压负反馈直流调速系统
姓名:
杨阳
班级:
电气0905
学号:
0401090639
指导教师:
薛明君
一.概述
二.设计方案
三.系统的分析与计算
四.任务实现电路
五.结论
六.体会
七.参考文献
一.概述
调速的大体概念
调速即速度操纵,是指在传动系统中以为地或自动地改变电动机的转速,以知足工作机械对不同转速的要求。
从机械特性上看,确实是通过改变电动机的参数或外加电压等方式,来改变电动机的机械特性,从而改变它与工作机械特性的交点,改变电动机的稳固运转速度。
速度调剂,能够通过手动给定信号并通过中间放大、爱惜等环节来实现。
电动机转速人为给定,不能自动纠正转速误差的方式称为开环操纵,在很多情形下还希望转速稳固,即转速不随负载及电网电压等外接扰动而转变。
现在电动机转速应能自动调剂,即采纳闭环操纵,如此的系统称为闭环系统
无级调速和有级调速
无级调速,又称持续调速,是指电动机的转速能够滑腻地调剂。
其特点是:
转速转变均匀,适应性强而且容易实现调速自动化,因此在工业中被普遍利用。
有级调速,又称中断调速或分级调速。
它的转速只有有限的几级,调速范围有限且不易实现调速自动化。
向上调速和向下调速
电动机未作调速时的固有转速,即为电动机额定负载时的额定转速,也称为大体转速或基速。
一样地,在基速方向提高转速的调速称为向上调速。
反之为向下调速。
恒转矩调速和恒功率调速
恒转矩调速:
有专门大一部份机械,其负载性质属于恒转矩类型,即在调速进程中不同的稳固速度下,电动机的转矩为常数。
若是选择的调速方式能使电磁转矩T为常数,那么在恒转矩负载下,电机不管在高速或低速下运行,其发烧情形始终是一致的。
这就使电动机容量能取得合理而充分的利用。
这种调速方式称为恒转矩调速,例如,当磁通一按时,调剂电动机的电枢电压或电枢回路电阻的方式就属于恒转矩调速方式。
恒功率调速:
具有恒功率特性的负载,是指在调速进程中负载功率P为常数,其负载转矩T=α/n(α为励磁调剂系数),这种调速方式称为恒功率调速。
用恒功率调速方式去带动恒转矩负载是不合理的,在高速时会使电机过载。
调速范围:
生产机械要求电动性能提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围。
通经常使用D表示,即
(1-1)
静差率(又称转速转变率):
电动机在某一转速下运行时,负载由理想空载变到额定负载所产生的转速降落与额定负载时转速之比,称为静差率S,经常使用百分数表示即
(1-2)
显然,静差率与机械特性的硬度有关,特性越硬,静差率越小。
静差率也与工作速度有关,速度越高,静差率越小,因此,调速范围和静差率这两项指标不是孤立的,必需同时提出才成心义。
阶跃响应性能指标
图1-1是典型的闭环操纵系统原理框图,图中R(t)为阶跃参考输入信号,N(t)为系统的扰动输入信号,系统的输出为C(t)。
当给定信号转变方式不同时,输出相应也不一样,通常以输出量的初始值为零、给定信号为阶跃转变下的过度进程作为典型的跟从系统进程。
这时的动态响应又称作阶跃响应,一样希望阶跃响应输出量与其稳态值的误差越小越好,达到输出量的时刻越快越好,要紧的阶跃响应性能指标有:
图1-1典型闭环系统
1.上升时刻tr
在典型的阶跃响应进程中,输出量从零开始,到第一次上升到稳态值所通过的时刻称为上升时刻,它表示动态响应的快速性。
见图1-3
图1-3典型阶跃响应曲线
2.超调量δ℅
在典型的阶跃响应进程中,输出量超出稳态值的最大误差量与稳态值之比,用百分数表示,即
(1-4)
超调量反映系统的相对稳固性。
超调越小相对稳固性越好。
3.调剂时刻ts
调剂时刻又称过渡时刻,它衡量系统整个调剂进程的快慢,原那么上它应该是从给定量阶跃转变起到输出量完全稳固下来为止的时刻。
可是关于线性操纵系统来讲,理论上要使时刻t到无穷才真正稳固可是实际系统常取±5℅的范围作为许诺误差带,以响应曲线进入该误差带所需的最短时刻概念为调剂时刻。
抗扰性能指标
操纵系统在稳态运行中,若是受到扰动,经历一段动态进程后,总能达到新的稳态,这以恢复进程标志这操纵系统抵御扰动的能力。
一样以系统运行时突加一个使输出量降低的扰动以后的过渡进程作为典型的抗扰进程,如图1-4
恢复时刻tv:
从阶跃扰动作用开始到输出量恢复稳固,即进入距稳态值许诺误差带所需的时刻,称为恢复时刻(见图1-4),图中Cb称为抗扰指标中输出量的基准量。
图1-4突加扰动的动态进程
1.5电压负反馈加电流补偿的调速系统
对调速系统来讲,转速负反馈是闭环系统的大体反馈形式,可是,要实现转速负反馈必需有转速检测装置,如测速发电机等。
对模拟量操纵来讲,确实是采纳测速发电机作为反馈检测器件,安装测速发电机时,要求其轴和主电机轴严格同心,这不仅增加了设备本钱,也增添了保护上的困难,关于调速指标要求不高的系统来讲,能够采纳电机端电压负反馈的方式来代替测速发电机的速度反馈方式,从而使系统加以简化,可是,电压负反馈调速系统不能克服电枢压降所造成的转速降落,调速性能不如转速负反馈,因此,在电压负反馈的同时,对电枢压降加以补偿,即进行电流补偿操纵。
图1-5电压负反馈加电流补偿的调速系统原理图。
图1-5电压负反馈加电流补偿的调速系统原理图
二.设计方案
单闭环转速负反馈调速系统
系统在调剂进程中,当电动机在给定电压Um操纵下运行时,假设负载转矩突然增大,使转速n下降,测速发电机的负反馈电压Um也成比例下降,误差电压△Um增大,操纵电压Uct增大,使晶闸管变流器的输出电压Udo加大,由于机械惯性,电动机电势E来不及转变,电枢电流Id及电磁转矩T随之增大,使转速n上升,从而减少了转速降落。
当负载转变时,转速闭环负反馈引发系统前向通道各物理量转变的进程归结如下:
可见,单闭环转速反馈体统的反馈精度高,容易实现自动化,可是结构复杂,要求精度高,不易完成,设备本钱高等缺点。
图2-1转速负反馈闭环调速系统
电压负反馈调速系统
若是略去电机的电枢压降,那么电机电枢的两头的电压近似与速度成正比,因此电机端电压的负反馈是电机转速负反馈的一种近似,图2-2是电压负反馈调速系统的原理图。
图2-2电压负反馈调速系统的原理图
由图可知电压负反馈调速系统的静态特性方程
(2-1)
式中,
从静态特性方程能够看出,电压负反馈把被包围的变流器内阻等引发的稳态速降减小1/(1+K)倍,因为扰动在电压负反馈环之外,系统对它引发的转速降落没有抑制作用,一样,关于电动机励磁转变所造成的扰动,电压负反馈也无法克服,因此,电压负反馈调速系统的稳态速降比一样放大系数的转速负反馈系统要大些,即稳态性能要差些。
对调速系统来讲,转速负反馈是闭环系统的大体反馈形式,可是,要实现转速负反馈必需有转速检测装置,如测速发电机等。
对模拟量操纵来讲,确实是采纳测速发电机作为反馈检测器件,安装测速发电机时,要求其轴和主电机轴严格同心,这不仅增加了设备本钱,也增添了保护上的困难,关于调速指标要求不高的系统来讲,能够采纳电机端电压负反馈的方式来代替测速发电机的速度反馈方式,从而使系统加以简化,可是,电压负反馈调速系统不能克服电枢压降所造成的转速降落,调速性能不如转速负反馈,因此,在电压负反馈的同时,对电枢压降加以补偿,即进行电流补偿操纵。
图1-5电压负反馈加电流补偿的调速系统原理图。
图2-3电压负反馈加电流补偿的调速系统原理图
方案一的转速负反馈调剂系统的操纵精度高,设备精巧、复杂,容易实现自动化,可是综合给定任务,该任务不需要超级高的操纵精度,故不采纳
方案二的电压负反馈调速系统由于不能对在电压负反馈环之外的扰动引发的转速降落产生抑制作用,而且,关于电动机励磁转变所造成的扰动,电压负反馈也无法克服,故不采纳。
方案三是电压负反馈加电流补偿的调速系统,该系统不但具有使处于电压负反馈环之外的扰动引发的转速降落产生抑制作用。
而且设备相对简单,经济性好,适于本任务的设计。
三.系统的分析与计算
直流电动机的传递函数
为了对调速系统进行稳固性和动态品质分析,须成立系统的数学模型。
通常先依照系统中各环节的物理规律,列写出描述该环节动态进程的微分程,进而求出各环节的传递函数,然后,组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。
下面将别离给出闭环调速系统各环节的传递函数和闭环调速系统的传递函数。
图3-1他励直流电动机的等值电路
图3-1给出了额定励磁下他励直流电动机的等值电路,规定的正方向如图箭头方向所示,设主电路电流持续,可写出微分程式
U
=RI
+L
(3-1)
E=C
T
式中:
E----额定励磁下的感应电动势;
----额定励磁下的电磁转矩;
----包括电机空载转矩在内的负载转矩;
----电气传动系统运动部份分析算到电机轴上的飞轮量;
=30
-----额定励磁下的转矩电流比。
将上述微分方程式加以整理可得以下方程
U
I
式中:
----电磁时刻常数;
系统机电时刻常数;
----负载电流。
在零初始条件下,取上述方程式双侧的拉氏反变换,别离取得如下述传递函数表达式
(3-2)
(3-3)
依照式(3-2)和式(3-3)并考虑到n=
,即可取得额定励磁下直流电动机的动态结构图,如图(3-2)所示。
也可简化成图(3-3)所示
图3-2额定励磁下直流电动机的动态结构图
图3-3简化后的动态结构图
图2-3是电压负反馈加电流补偿的调速系统的原理图,由图可知:
(3-4)
式中:
——反馈系数
当负载增大,稳态转速降落增加时,电流补偿信号(即电流反馈信号)增大,使整流电压增大,从而补偿转速降落。
同时,随着负载加大,电枢电压降低,通过电压负反馈的作用,整流输出电压增大,也使转速降落减少,依照式(3-4)和系统结构,能够取得电压负反馈加电流补偿调速系统的稳态结构图,如图(3-4)所示。
图3-1电压负反馈加电流补偿调速系统的稳态结构图
由图3-1能够写出系统的静态特性方程
(3-5)
式中:
由式(3-5)可知,电流补偿作用为正值,即正反馈作用,能补偿另两项的稳态速降,达到减少静差的目的。
3.3系统稳固条件
由式(3-5)可写出闭环调系统的特点方程式为
(3-6)
它的一样表达式为
依照劳斯——古尔维茨稳固性判据,可求出系统稳固的充分必要条件为
a
>0,a
>0,a
>0,a
式(3-6)的各项系数显然都是大于零的,因此系统稳固条件为
或为
(T
整理后得
K<
(3-7)
四.任务实现电路
4.1主电路
由晶闸管VT一、VT2和整流二极管VD一、VD2组成单相半控桥式整流电路,VD19为续流二极管,主回路接入平波电抗器L以改善电机的换向条件,VD1—VD4组成桥式整流电路,给电机励磁供电。
4.2放大及触发电路
采纳单结晶闸管触发电路,操纵信号经VD13、VD14限幅和C五、C六、C10滤波,由晶闸管VTR放大后作为移相操纵信号,移相脉冲经脉冲变压器别离加到VT1或VT2的操纵极,通过操纵信号的转变可操纵移相触发脉冲的相位,从而使主电路的桥式整流器的输出直流电压按要求无级转变。
4.3给定与反馈电路
电压负反馈信号由R3、R4及电位器1掏出,电流正反馈信号由电位器2掏出,这两个反馈信号与给定信号串联相加,作为放大电路的出入。
反馈量的大小别离通过电位器调剂,由电阻R一、R2及C1组成的电压微分负反馈信号与给定信号并联,用以改善系统的动态性能,电流负反馈电路由三极管,稳压管,二极管,电阻,电容和电位器组成。
4.4爱惜电路
快速熔断器F1用作短路电流爱惜;压敏电阻别离为交流侧、晶闸管侧的过电压爱惜及换向浪涌电压爱惜,电阻R16和电容C7用作直流侧过电压爱惜。
图4-1任务实现线路图
4.5校正电路
在系统中,要实现无静差,系统必需在前向通道上(对扰动量,那么在扰动作用点前)含有积分环节,故采纳PI串联校正。
图4-2串联校正框图
图4-3串联校正对系统性能的阻碍
五.结论
对调速系统来讲,转速负反馈是闭环系统的大体反馈形式,可是,要实现转速负反馈必需有转速检测装置,如测速发电机或光电数字转速检测器等。
对模拟量操纵来讲,确实是采纳测速发电机作为反馈检测器件,安装测速发电机时,要求其轴和主电机的轴严格同心,这不仅增加了设备本钱,也增添了保护调试上的困难,关于调剂器指标要求不高的系统来讲,能够采纳电机端电压负反馈的方式来替代测速发电机的速度反馈方式,从而使系统加以简化。
从静特性方程式上能够看出,电压负反馈环把被反馈环包围的变流器内阻等引发的稳态速降减1/(k+1)倍,而由电枢电阻引发的速降仍和开环系统一样,因为扰动量处在电压负反馈环外,系统对它引发的转速降落无抑制作用,一样,关于电动机励磁转变所造成扰动,电压负反馈电压负反馈也无法无法克服,因此,电压负反馈调速成系统的稳态速降比一样放大系数的转速负反馈系统要大些,即稳态性能要差一些。
在实际系统中,为了尽可能减小稳态速降,电压反馈应尽可能靠近电动电枢两头。
因此,在电压负反馈的同时,对电枢压降加以补偿,即进行电流补偿操纵。
晶闸管变流器的输出电压中除直流分量外,还含有交流分量。
如把交流分量引到运算放大器的输入端,不仅不能起调作用,反而会产生干扰,严峻时会造成放大器局部饱和,因此,电压反馈信号一样都要经地滤波处置。
需要指出的是,电压负反馈加电流补偿的调速系统的负反馈电压信号直接取自接在电动机电枢两头的电位器上,这种连接方式尽管单向,担却把主电路的高电平和操纵电路的低电平串在一路了。
这从平安角度上看不适合的,容易发生事故,关于小容量调速系统这种连接方式仍可作为一项有效的方法,而关于较大容量的系统,通常应在负反馈回路中加入电压隔离变换器,使主电路和操纵电路之间没有电的直接联系。
六.体会
通过这次设计,使我明白了如何幸免直流可逆调速发生,使在不可逆的条件下保证各项工作正常进行,有效利用直流的作用进行工作,提高直流机的各项性能指标。
使咱们了解了调速的分类、调速系统的静态指标、调速系统的时域指标、开环和闭环调速系统的特点、晶闸管变流器转速负反馈调速系统、转速负反馈调速系统的动态分析、电压负反馈调速系统、电压负反馈加电流补偿的调速系统等等。
并明白得了电压负反馈加电流补偿的调速系统的功能,实现形式和系统的优缺点。
七.参考文献
[1]胡寿松.自动操纵原理.科学出版社.2003
[2]冯国楠.《现代伺服系统的分析与设计.机械工业出版社.1990
[3]曾乐生.《随动系统》.北京工业学院出版社.1986
[4]许世范.《现代操纵理论基础》.中国矿业大学出版社.1990
[5]李士勇.《糊操纵和智能操纵理论与应用》.哈尔滨工业大学出版社.1990
[6]刘竞成主编.《流调速系统》.上海交通大学出版社.1984
[7]邓想珍.赖寿宏,《步电动机变频调速系统及应用》.华中理工大学出版社.1992
[8]佟纯厚.《流电动机晶闸管调速系统》.械工业出版社.1988
[9]王兆安黄俊.电力电子.机械工业出版社.2002
[10]《电气工程师手册》.机械工业出版社.1987
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