直流传动控制系统

第11章 直流传动控制系统了解机电传动自动调速系统的组成; 掌握生产机械对调速系统提出的调速技术指标 要求; 掌握自动调速系统中各个基本环节,各种反馈环 节的作用与特点; 掌握各种常用的自动调速系统的调速原理,特点 及适用场所; 能在生产实际中处理控制系统的一般问题.

11.1机电传动控制系统的组成和分类1.机电传动控制系统的组成机电传动控制系统是由电机、 电器、电子部件组合而成， 通过一定的控制去实现对生 产机械的驱动任务. (1)开环控制系统: 只有控制量(输入量)对被控 制量(输出量)的单向控制作 用，而不存在被控制量对控 制量的影响和联系，这样的 控制系统称为开环控制系统。

(2)闭环控制系统

当系统受到外界的扰动(如负 载的波动),使被调量与给定 值发生偏差时，由测量环节 (测速发电机)测量的被调量 (电动机的转速)和给定值进行 比较，得出偏差，再经过放 大环节将偏差信号放大去控 制执行环节，达到抵消扰动 减少偏差的目的。其特点是 输入量与输出量之间既有正 向的控制作用，又有反向的 反馈控制作用，形成一个闭 环，故又称闭环控制系统或

2.自动控制系统的分类上述的开环控制系统和闭环控制系统是从组成原理上分

(1) 按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、

(2) 按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环

(3) 按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系(4) 按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和

(5) 按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系 统； (6) 按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性

例:闭环自动控制系统方框图

11.2机电传动控制系统调速方案的选择

1.生产机械对自动调速系统技 术指标的要求 1)静态技术指标 (1)调速范围D

联立解上两式得:D nmaxS 2 nN (1 S 2 )

D

nmax nmin n N n0

电动机调速特性如下图,静差 度S取S2的值.

(2)静差度S

S

式中.no-理想空载转速;

n ----N 额定负载时的转速降.

2)动态技术指标 (1)最大超调量:为10%-35%.

MP

nmax n2 n2

(2)过渡过程时间T

(3)振荡次数

2.机电传动控制系统方案的确定原则1)不要求电气调速的: (1)空载,轻载起动的,选鼠 笼式异步电动机; (2)重载起动的,选线绕式 异步电动机; (3)大容量的选同步电动 机; 其中,简单的采用继电器接触器 控制;复杂的采用 PLC控制.

2)要求电气调速的,根据 调速指标确定拖动方案: (1)D=2-3.有级调速,选多 速电动机; (2)D小于10,无级调

速,选 滑差电动机; (3)D大于10,无级调速,采 用SCR-M自动调速系统. 3)电动机的调速特性与 生产机械负载特性匹配.

例:某直流调速系统,其高速,低速特性如图示, n01 =1450r/min, n02 =145r/min, nN =10r/min,问系统达到的调速范围有多大?系统允许 的静差度是多少?

nmax n01 nn 1450 10 1440 nmin n02 n 145 10 135

解:

D

nmax =1440/135=10.67 nmin n S N =10/145=6.9% n0D nmaxS 2 nN (1 S 2 )

或

=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67

11.3 晶闸管-电动机直流传动控制系统 一.单闭环直流调速系统 1.有静差调速系统

1).转速负反馈自动调速系统--------系统原理方框图

转速负反馈自动调速系统放大器

(1)系统组成直流电动机; 晶闸管触发电路和主电路; 放大器(比例调节器); 给定环节—给定电压Ug; 反馈环节---反馈电压 Uf= n ; 比较环节

U k K p (U g n)

整流环节输出电压

U d Ks K p (U g n)电动机电枢回路

U d Cen I a R 令前向通道放大倍数为K0 K p Ks

闭环系统的开环放大倍数为

(2)静特性方程式比较环节 U U g n

1 K K p K s Ce

静特性方程式

联立求解上页几式得闭环系统静特性方程式 K 0U g R n I a n0 f n f Ce (1 K ) Ce (1 K ) 由电动机电枢电路方程式可得开环系统静特性方程式

n

K 0u g Ce

R I a n 0 n Ce

比较式(11.5)和式(11.6),得到两个重要的结论:

n n f 1 K

Df (1 K )D

例1:某直流闭环调速系统的速度调节范围是1500150r/min,静差度为0.05,问系统允许的速降是多少?如果开 环系统的静态速降是80r/min,求闭环系统的开环放大倍数.

解 ;由 D

nmaxS 2 nN (1 S 2 )

得 n f nmaxS 1500 0.05 7.9 1500 D(1 S ) (1 0.05) 150

n n f 1 KK n 80 1 1 9.13 n f 7.9

思考题:1500r/min是额定转速还是理想空载转速?

例2:某直流闭环调速系统的速度调节范围是D=1:10,额定转速为 1000r/min,开环转速速降是100r/min,如果要求系统的静差度由15% 降至5%,则闭环系统的开环放大倍数.如何变化?

解:开环时额定转速下的静差度为 不满足5%的指标要求,要采用闭环系统.D 10, S 0.05

S

n 100 0.09 n0 1000 100

n f

D 10, S 0.15 n f

nmax S D(1 S ) =1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26 n K =100/5.26=18 n f

nmax S D(1 S )

=1000(0.15)/10(1-0.15)=17.65K n n f =100/17.65=4.67

2)电压负反馈自动调速系统转速负反馈是抑制转速变化的最直接而有效的方法，它是自动调 速系统最基本的反馈形式。但转速负反馈需要有反映转速的测速 发电机，它的安装和维修都不太方便，因此，在调速系统中

还采 用其他的反馈形式。 (1) 电压负反馈系统：具有电压负反馈环节的调速系统如下图所示. 电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电压负反馈系统就是把 电动机电枢电压作为反馈量，以调整转速。电压负反馈系统的特 点是线路简单，可是它稳定速度的效果并不大，因为，负载增加 时，电动机电枢内阻引起的内阻压降得不到补偿.一般线路中采 用电压负反馈，主要不是用它来稳速，而是用它来防止过压、改

(2)具有电压负反馈环节的调速系统

注意反馈电压与给定电压的极性

3)电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 (1)电流正反馈的作用: 为了补偿电枢电阻压降,一般在电压负反馈的基础上 再增加一个电流正反馈环节. 它是把反映电动机电枢电流大小的量取出，与电压 负反馈一起加到放大器输入端。由于是正反馈，当负 载电流增加时，放大器输入信号也增加，使晶闸管整 流输出电压增加，以此来补偿电动机电枢电阻所产生 的压降。由于这种反馈方式的转速降落比仅有电压负 反馈时小了许多，因而扩大了调速范围，如果比例选 择恰当，综合反馈将具有电势内反馈,即相似于转速反 馈的性质。

电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图

U U g (U fu U fi )

4)电流截止负反馈系统 是一种在过渡过程中起作用的反馈,称为软反馈.(1)电流截止负反馈的作用 在转速负反馈系统中,电动机 起动瞬间,转子没有动,没有反 馈电压,只有给定电压起作用. 一方面,电动机将快速起动;另 一方面,过大的起动电流对电 动机不利.为了限制电动机起 动过程时的过大电流,引入电 流截止负反馈. (2)电流截止负反馈的特性 近似挖掘机特性.如图示.

带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图(3)截止电流的整定 截止电流 Io=(1-1.1)IaN 堵转电流 Iao=(2-2.5)IaN

(4)电流截止负反馈的组成 讯号源IaR; 反馈源Ub; 方向整流器V.

5)有静差调速系统举例 X2010A型龙门铣床工作台进给传动 晶闸管直流调速系统(1)概述: 龙门铣床的主运动为铣刀的旋转运动，进给运动为工作台的往复 运动，进给运动属于恒转矩负载. 进给运动有工作台的前后移动， 左、右主轴箱沿立柱上下移动，垂直主轴箱沿横梁左右移动(均共 用一个电动机，用选择开关控制电磁离合器来进行选择),传动电 机为直流电动机，采用晶闸管整流供电，无级调节直流电动机的 电枢电压进行调速.工作台和主轴箱的快速移动，仍用进给电动 机传动. (2)调速指标: 调速范围D=50,静差度S<15%. (3)进给运动传动系统方框图

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