综上所述,晶闸管触发可控整流装置的传递函数可 综上所述, 以看成是由两个环节串联组成的. 以看成是由两个环节串联组成的.即:可以把它的 触发电压Uc与整流输出电压Ud之间的放大系数K Uc与整流输出电压Ud之间的放大系数 触发电压Uc与整流输出电压Ud之间的放大系数K视 为常数, 为常数,而把晶闸管电路和整流装置能看成是一 个具有纯滞后环节放大环节.这样就有: 个具有纯滞后环节放大环节.这样就有:
晶闸管整流电路的调节特性 为输出的平均电压 Uc 与触发 电路的控制电压 Ud之间的关 系,即 Ud = f (Uc ) .图7-4为 晶闸管整流装置的调节特性. 晶闸管整流装置的调节特性. 由图可见,它既有死区, 由图可见,它既有死区,又 会饱和. 会饱和. 如果在一些范围内将非线性 特性线性化, 特性线性化,可以把它们之 间的关系视为由死区和线性 放大区两个部分级成. 放大区两个部分级成.其中 线性放大区有: 线性放大区有:
√优点:晶闸管整流装置不但经济,可靠而且其功 优点:晶闸管整流装置不但经济, 率放大倍数在10 以上, 率放大倍数在104以上,门极可直接采用电子电路 控制,响应速度为毫秒级. 控制,响应速度为毫秒级. 缺点:由于晶闸管的单向导电性,它不允许电流 缺点:由于晶闸管的单向导电性, 反向,给系统的可逆运行造成困难. 反向,给系统的可逆运行造成困难.另一问题是 当晶闸管导通角很小时,系统的功率因素很低, 当晶闸管导通角很小时,系统的功率因素很低, 并产生较大的谐波电流, 并产生较大的谐波电流,从而引起电网电压波动 殃及同电网中的用电设备,造成电力公害. 殃及同电网中的用电设备,造成电力公害
式中,τ0是晶闸管触发装置和整流装置的失控 式中, 时间,单位为秒. 时间,单位为秒. 若再考虑到τ 的延迟时间一般很小(三相桥式τ 若再考虑到τ0的延迟时间一般很小(三相桥式τ0= 1.7ms,单相全波τ =5ms). 1.7ms,单相全波τ0=5ms).这样晶闸管整流装置的 传递函数为: 传递函数为: Ud (s) K τ 0s Gk (s) = = Kse ≈ ≈ Ks Uc (s) τ0s 1
由直流他励电机有调速方式有三种调速方 电枢回路串电阻的变电阻调速, 式:电枢回路串电阻的变电阻调速,改变 电枢电压的变电压调速以及减小气隙磁通 量的弱磁调速. 量的弱磁调速. 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他 励电机的机械特性变软, 励电机的机械特性变软,所以在实际应用 中我们一般采用的是变电压调速. 中我们一般会用的是变电压调速.
在前几章中我们学过,各种自动化生产机械或系统 在前几章中我们学过, 所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态 指标.对于调速系统来说也不例外, 指标.对于调速系统来说也不例外,只是它作为一 个特定的系统, 个特定的系统,其稳态和动态指标有着具体而明确 定义. 定义. 稳态指标: 稳态指标:主要是要求系统能在最高和最低转速 内进行平滑调节, 内进行平滑调节,并且在不同转速下工作时能稳 定运行,而在某一转速下稳定运行时, 定运行,而在某一转速下稳定运行时,尽量少受 负载变化及电源电压波动的影响.因此它的指标 负载变化及电源电压波动的影响. 就是调速系统的调速范围和静差率. 就是调速系统的调速范围和静差率. 动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力. 动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力.
直流调速系统:引言 直流调速系统: 转速负反馈晶闸管直流调速系统 小功率有静差直流调速系统实例分析 速度和电流双闭环直流调速系统 双极晶体管脉宽调制控制管理系统的直流调速系统
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备, 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备,所以需 要根据工艺技术要求调节其转速.比如: 要根据工艺技术要求调节其转速.比如:在加工毛坯工件 为避免工件表面对生产刀具的磨损, 时,为避免工件表面对生产刀具的磨损,因此加工 时要求电机低速运行;而在对工件进行精加工时, 时要求电机低速运行;而在对工件进行精加工时,为 了要缩短工加时间,提升产品的成本效益, 了要缩短工加时间,提升产品的成本效益,因此加工 时要求电机高速运行.所以,我们就将调节电动机转 时要求电机高速运行.所以,我们就将调节电动机转 以适应生产规格要求的过程就称之为调速; 速,以适应生产规格要求的过程就称之为调速;而用于完 成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统. 成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统. 目前调速系统分交流和直流调速系统, 目前调速系统分交流和直流调速系统,由于直流调速 系统的调速范围广,静差率小, 系统的调速范围广,静差率小,稳定性高以及具有良 好的动态性能.因此在相当长的时期内, 好的动态性能.因此在相当长的时期内,高性能的调 速系统几乎都采用了直流调速系统.但近年来, 速系统几乎都采用了直流调速系统.但近年来,随着 电子工业与技术的发展, 电子工业与技术的发展,高性的交流调速系统的应用 范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展的新趋势. 范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展的新趋势.但作 为一个延用了近百年的调速系统, 为一个延用了近百年的调速系统,了解其基本的工作 原理,并加深对自动控制原理的理解还是有必要的. 原理,并加深对自动控制原理的理解还是有必要的.
死区: 死区:晶闸管触发装置和整流装置之间之是存在滞后作用 这主要是由于整流装置的失控时间造成的. 的,这主要是由于整流装置的失控时间造成的.由电力电 子学可知,晶闸管是一个半控型电子器件, 子学可知,晶闸管是一个半控型电子器件,在阳极正向电 压下,供给门极触发脉冲才能使其导通,晶闸管一旦导通, 压下,供给门极触发脉冲才能使其导通,晶闸管一旦导通, 门极便失去了作用.改变控制电压Uc,虽能使触发脉 门极便失去了作用.改变控制电压Uc Uc, 冲的相位产生移动, 冲的相位产生移动,但是也必须等正处于导通的元件完成 其导通周期并自然关断后,整流电压Ud Ud才能与新的脉冲相 其导通周期并自然关断后,整流电压Ud才能与新的脉冲相 位相适应.因此这就造成整流电压Ud滞后于控制电压Uc Ud滞后于控制电压Uc的 位相适应.因此这就造成整流电压Ud滞后于控制电压Uc的 情况. 情况.
这就是所谓的电 源—电动机调速 电动机调速 系统( 系统(V—M) ) 系统, 系统,它属于开 环系统. 环系统.
用晶闸管触发整流 整流电路实现电枢 电压可调, 电压可调,从而达 到改变电机转速的 目的. 目的.
他励直流电动机的转速公式: 他励直流电动机的转速公式: E U IR n= = CEΦ CEΦ 式中:U为他励电动的电枢电压 式中: I为电枢电流 E为电枢电动势 R为电枢回路的总电阻 n为电机的转速 Φ为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数
调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速n 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax 与最低转速n 之比称为调速范围, 表示. 与最低转速nmin之比称为调速范围,用D表示.即:
静差率 调速系统在某一转速下稳定运行时, 调速系统在某一转速下稳定运行时,负载由理想空载增 加到规定负载时,所对应的转速降落Δ 与理想转速n 加到规定负载时,所对应的转速降落Δn与理想转速n0 之比, 表示. 之比,用s表示.即:
由此例显而易见,象这样的电源 由此例显而易见,象这样的电源——电动机所组成的 电动机所组成的 开环调速系统,是没能力完成其调速指标的. 开环调速系统,是没能力完成其调速指标的.要把 额定负载下的转速降从开环系统中的274.5 274.5降低到满 额定负载下的转速降从开环系统中的274.5降低到满 足要求的2.63就一定要采用负反馈, 2.63就一定要采用负反馈 足要求的2.63就一定要采用负反馈,这也就构成了我们 所谓的闭环直流调速系统——转速负反馈直流调速. 转速负反馈直流调速. 所谓的闭环直流调速系统 转速负反馈直流调速
由图可见,该系统的控制对象是直流电动机M 由图可见,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 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 放大和执行环节, 为电压放大和电压(综合)比较环节,电位器RP1 RP1为给 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. TG与电位器RP2为转速检测元件 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: 该调速系统的组成框图如下:
