n=UaCE??RaT?n0??n?n0??T 2CECT?UaCE?式中n0为电动机的理想空载转速,其值为n0?
?是机械特性的斜率,?n是转速差。他励直流电机的固
有特性曲线如图所示:
第三章单闭环直流电动机系统 3.1 V-M系统简介
晶闸管-电动机调速系统(简称V-M系统),其简单原理图如下:
图中VT是晶闸管的可控整流器,它可以是单相、三相
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或者更多相,半波、全波、半控、全控等类型。
优点:通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点:1、由于晶闸管的单相导电性,它不允许电流反向,给系统的可逆运行造成困难。
2、元件对过电压、过电流以及过高的du和di都十分敏
dtdt感,其中任意指标超过允许值都可能使元件在短时间内损坏,因此必须有保护装置和散热条件。 3.2 闭环调速系统的组成及静特性
转速反馈控制的闭环调速系统,其原理图如下:
a、忽略各种非线性因素,假定各环节的输入输出都是 线性的。
b、假定只工作在系统开环机械特性的连续段。 c、忽略直流电机和电位器的内阻。 电压比较环节:?Un?Un??Un
放大器:Uc?Kp?Un(Kp--放大器的电压放大系数) 晶闸管整流与触发装置:Ud0?KsUc(Ks-晶闸管整流与触发装 置的电压放大系数)
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V-M系统开环机械特性:n?Ud0?IdR
Ce测速发电机:Utg??n(?-测速反馈系数,单位为Vmin/r) 因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式为
n??KpKsUn?IdRCe(1?KpKs?/Ce)?IdR
Ce(1?K)Ce(1?K)??KpKsUn式中K?KpKs?/Ce为闭环系统的开环放大系数,这里是以
1n作为电动机环节的放大系数的。 ?UCe静特性:闭环调速系统的电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系。根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结 构图如图所示:
3.3 反馈控制规律
从上面分析可以看出,闭环系统的开环放大系数k对系统的稳定性影响很大,k值越大,静特性就越硬,稳态速降越小,在一定静差率要求下的调速范围越广,即k越大,稳态性能就越好,然而,设计的放大器为比例放大器,稳态速差只能减小,但不能消除,因为闭环系统的稳态速降为?nd?只有K??时其值为0,而这是不可能的。 3.4 主要部件
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RId,
Ce(1?K)
1、比例放大器:运算放大器用做比例放大器,图为调节器的原理图及输出特性:
Uin和Uex为放大器的输入和输出电压,Rcef为同相输入端的平衡电阻,用以降低放大器失调电流的影响,放大系数为:
Kp?UexR1?UinR0
2、比例积分放大器
在定性分析控制系统的性能时,通常将伯德图分成高,中,底三个频段,频段的界限是大致的,一般的调速系统要求以稳和准为主,对快速性要求不高,所以常用PI调节器,采用运算放大器的PI调节器如图所示.
Wpi(s)?R1R0Ucs(s)1Kpi?s?1 ?Kpi??Uin(s)?s?sKpi?--PI调节器比例放大部分的放大系数;
调节器的积分时间常数;
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??R0C--PI
此传递函数也可以写成如下形式:
Wpi(s)??1s?1?s?1 ?Kpi1?s?1s式中?1?Kpi??R1C1--PI调节器的超前时间常数。
在零初始状态和阶跃输入下,PI调节器输出电压的时间特性如图所示
将P调节器换成PI调节器,在原始系统上新添加部分的传递函数为
Kpi?s?11 Wpi(s)?KpKp?s由图可以看出比例积分的物理意义。在突加输入电压时,输出电压突跳到,以保证一定的快速控制作用,但是小于稳定性能指标所要求的比例放大系数。因为快速性被压低了。换来稳定性的保证。
作为控制器,比利积分调节器兼顾了快速影响和消除静差两方面的要求:作为校正装置,它又能提高系统的稳定性。 2、额定励磁下直流电动机
Ud0?RId?LdId?E(主电路、假定电流连续) dtE?Cen(额定励磁下的感应电动势)
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