第11章直流传动控制系统.ppt

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1、 了解机电传动自动调速系统的组成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掌握生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求要求;掌握自动调速系统中各个基本环节掌握自动调速系统中各个基本环节,各种反馈环各种反馈环节的作用与特点节的作用与特点;掌握各种常用的自动调速系统的调速原理掌握各种常用的自动调速系统的调速原理,特点特点及适用场所及适用场所;能在生产实际中处理控制系统的一般问题能在生产实际中处理控制系统的一般问题.1.机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成机电传动控制系统是由电机、机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件组合而成，电器、电子部件组合而成，通过一定

2、的控制去实现对生通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务产机械的驱动任务.(1)(1)开环控制系统开环控制系统:只有控制量只有控制量(输入量输入量)对被控对被控制量制量(输出量输出量)的单向控制作的单向控制作用，而不存在被控制量对控用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系，这样的制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。控制系统称为开环控制系统。l当系统受到外界的扰动当系统受到外界的扰动(如负如负载的波动载的波动)，使被调量与给定，使被调量与给定值发生偏差时，由测量环节值发生偏差时，由测量环节(测速发电机测速发电机)测量的被调量测量的被调量(电动机的转速电动机的转速)和给定值进行和给定

3、值进行比较，得出偏差，再经过放比较，得出偏差，再经过放大环节将偏差信号放大去控大环节将偏差信号放大去控制执行环节，达到抵消扰动制执行环节，达到抵消扰动减少偏差的目的。其特点是减少偏差的目的。其特点是输入量与输出量之间既有正输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭反馈控制作用，形成一个闭环，故又称闭环控制系统或环，故又称闭环控制系统或反馈控制系统。反馈控制系统。(1)按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈控制系统；l(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自动调节系统；l(3)按系统稳

4、态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统；l(4)按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统；l(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控制系统。l1.生产机械对自动调速系统技术指标的要求l1)静态技术指标l(1)调速范围Dl联立解上两式得:minmaxnnD 0nnSNNn)1(22maxSnSnDN电动机调速特性如下图,静差度S取S2的值.-额定负载时的转速降.l(2)静差度S式中式中.no-理想空载转速理想空载转速;l2)动态技术指标l(1)最大超调量:为10%-

5、35%.22maxnnnMP(2)过渡过程时间T(3)振荡次数l1)不要求电气调速的:l(1)空载,轻载起动的,选鼠笼式异步电动机;l(2)重载起动的,选线绕式异步电动机;l(3)大容量的选同步电动机;l其中,简单的采用继电器-接触器 控制;复杂的采用PLC控制.l2)要求电气调速的,根据调速指标确定拖动方案:l(1)D=2-3.有级调速,选多速电动机;l(2)D小于10,无级调速,选滑差电动机;l(3)D大于10,无级调速,采用SCR-M自动调速系统.l3)电动机的调速特性与生产机械负载特性匹配.l解:01n02nNn144010145001maxnnnn1351014502minnnnmi

6、nmaxnnD=1440/135=10.670nnSN=10/145=6.9%或=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67)1(22maxSnSnDN11.3 晶闸管晶闸管-电动机直流传动控制系统电动机直流传动控制系统一一.单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统1.有静差调速系统有静差调速系统l1).转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统-系统原理方框图系统原理方框图转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统(1)系统组成系统组成直流电动机直流电动机;晶闸管触发电路和主电路晶闸管触发电路和主电路;放大器放大器(比例调节器比例调节器);给定环节给定环节给定电压给定电压Ug

7、;反馈环节反馈环节-反馈电压反馈电压Uf=;放大器放大器 nnUUg)(nUKUgpk)(nUKKUgpsdRInCUaedspKKK 0espCKKK1比较环节比较环节(2)静特性方程式静特性方程式比较环节比较环节闭环系统的开环放大倍数为闭环系统的开环放大倍数为令前向通道放大倍数为令前向通道放大倍数为电动机电枢回路电动机电枢回路整流环节输出电压整流环节输出电压l联立求解上页几式得闭环系统静特性方程式ffaeegnnIKCRKCUKn00)1()1(nnICRCuKnaeeg00Knnf1DKDf)1(l比较式(11.5)和式(11.6),得到两个重要的结论:l由电动机电枢电路方程式可得开环系

8、统静特性方程式例例1:某直流闭环调速系统的速度调节范围是某直流闭环调速系统的速度调节范围是1500-150r/min,静差度为静差度为0.05,问系统允许的速降是多少问系统允许的速降是多少?如果开如果开环系统的静态速降是环系统的静态速降是80r/min,求闭环系统的开环放大倍数求闭环系统的开环放大倍数.l解解;由由 得得)1(22maxSnSnDNKnnf19.7)05.01(150150005.01500)1(maxSDSnnf13.919.7801fnnK思考题思考题:1500r/min是额定转速还是理想空载转速是额定转速还是理想空载转速?l解:开环时额定转速下的静差度为l 09.0100

9、10001000nnS)1(maxSDSnnf)1(maxSDSnnf=1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26=1000(0.15)/10(1-0.15)=17.65fnnKfnnK=100/5.26=18=100/17.65=4.6705.0,10SD15.0,10SDl不满足5%的指标要求,要采用闭环系统.2)电压负反馈自动调速系统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

10、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。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

11、时，时，电动机电枢内阻引起的内阻压降得不到补偿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、改善动态特性、加快过渡过程。善动态特性、加快过渡过程。(2)(2)具有电压负反馈环节的调速系统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电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统(1)(1)电流正反馈的作用电流正反馈的作用:为了补偿电枢电阻压降为了补偿电枢电阻压降,一般在电压负反馈的基础上一般在电压负反

12、馈的基础上再增加一个电流正反馈环节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，如果比例选反馈时小了许多，因而扩大了调速范围，如

13、果比例选择恰当，综合反馈将具有择恰当，综合反馈将具有电势内反馈电势内反馈,即相似于转速反即相似于转速反馈的性质。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电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图)(fifugUUUU4)电流截止负反馈系统电流截止负反馈系统(1)电流截止负反馈的作用电流截止负反馈的作用 在转速负反馈系统中在转速负反馈系统中,电动机电动机起动瞬间起动瞬间,转子没有动转子没有动,没有反没有反馈电压馈电压,只有给定电压起作用只有给定电压起作用.一方面一方面,电动机将快速起动电动机将快速起动;另另一方面一方面,过大的起动电流对电过大的起动电流对电动机不利动机不利.为了限制电

14、动机起为了限制电动机起动过程时的过大电流动过程时的过大电流,引入电引入电流截止负反馈流截止负反馈.(2)电流截止负反馈的特性电流截止负反馈的特性近似挖掘机特性近似挖掘机特性.如图示如图示.带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图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的整定截止电流截止电流Io=(1-1.1)IaN堵转电流堵转电流Iao=(2-2.5)IaN(4)电流截止负反馈的组成电流截止负反馈的组成讯号源讯号源IaR;反馈源反馈源Ub;方向整流器方向整流器V.5)有静差调速系统举例有静差调速系统举例X2010A型龙门铣床工作台进给传动型龙门铣床工作台进给传动晶闸

15、管直流调速系统晶闸管直流调速系统(1)概述概述: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，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，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机为直流电动机，采用晶闸管整流供电，无级调

16、节直流电动机的电枢电压进行调速电枢电压进行调速.工作台和主轴箱的快速移动，仍用进给电动工作台和主轴箱的快速移动，仍用进给电动机传动机传动.(2)(2)调速指标调速指标:调速范围调速范围D=50,静差度静差度S15%.(3)进给运动传动系统方框图进给运动传动系统方框图 进给运动传动系统方框图进给运动传动系统方框图(4)SCR-M主回路主回路l由于进给电动机正反向工作不频繁，容量也不大由于进给电动机正反向工作不频繁，容量也不大(4kW,1000r/min,200V)，因此采用单相半控桥式整流线路，电动，因此采用单相半控桥式整流线路，电动机的正、反转由接触器机的正、反转由接触器FKM、RKM控制，主回路整流元件均设控制，主回路整流元件均设有阻容保护元件，电动机的制动采用能耗制动，制动时接触器有阻容保护元件，电动机的制动采用能耗制动，制动时接触器KM动作，将电阻动作，将电阻R并接在电枢两端。电流继电器并接在电枢两端。电流继电器2KA作过电流作过电流保护，在保护，在50A左右动作。左右动作。l电动机是一个反电势负载，具有一定的电感，当主回路中没有另电动机是一个反电势负载，具有一定的电感，当主回路