單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.方案分析與認(rèn)證1.1轉(zhuǎn)速控制調(diào)速指標(biāo)與要求直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該首先掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。為了進(jìn)行定量的分析，可以針對(duì)前兩項(xiàng)要求定義兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)，叫做“調(diào)速范圍”和“靜差率”。這兩個(gè)指標(biāo)合成調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速

2、，若額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即，于是，最低轉(zhuǎn)速為，而調(diào)速范圍為，將上式的式代入，得，表示變壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所滿足的關(guān)系。晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速，但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求，例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時(shí)負(fù)載大校場有波動(dòng)，但是，為了保證共建的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過程中的速度卻必須穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大

3、，一般要求，調(diào)速范圍D=20~30，靜差率s≤5%。又如熱連軋機(jī)，各機(jī)架軋輥分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，鋼材在幾個(gè)機(jī)架內(nèi)連續(xù)軋制，要求各機(jī)架出口線速度保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，使被軋金屬的每秒流量相等，才不致造成鋼材拱起或拉斷，根據(jù)工藝要求，須使調(diào)速范圍D=3~10時(shí)，保證靜差率s≤0.2%~0.5%。在這些情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。14武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)消速性能都有一定的要求。例如，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間的范圍，是有級(jí)調(diào)速還是無級(jí)調(diào)速，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)允許轉(zhuǎn)速波動(dòng)的大小，從正轉(zhuǎn)運(yùn)行變到反轉(zhuǎn)運(yùn)行的時(shí)間間隔，突加或

4、突減負(fù)載使得允許的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，運(yùn)行停止時(shí)要求的定位精度等等。歸納起來，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個(gè)方面：1）調(diào)速。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地或平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2）穩(wěn)速。以一定的精度再說需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。3）加、減速。自動(dòng)設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)效率，不易經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。1.2轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓，經(jīng)過放大器A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的控制電壓，用以控制電動(dòng)機(jī)

5、的轉(zhuǎn)速。這就組成了反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。晶閘管裝置常用于特大容量系統(tǒng)。其原理框圖如圖1所示。圖1帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被挑梁出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的裝束偏差，顯然，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。1.3電動(dòng)勢負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.3.1電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量的負(fù)反饋是閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本反饋形式，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說，就是要用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。但是，要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋必須有轉(zhuǎn)速檢測裝置，例如前述的測速發(fā)電機(jī)，以及數(shù)字測速用的光電編碼盤、電磁脈

6、沖測速器等等，其安裝和維護(hù)都比較麻煩，常常是系統(tǒng)裝置中可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，因此，對(duì)于調(diào)速指標(biāo)要求不高的系統(tǒng)來說，可以用更方便的電壓反饋形式來代替測速反饋。14武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)要差些。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了盡量減小靜態(tài)速降，電壓負(fù)反饋信號(hào)的引出線應(yīng)盡量靠近電動(dòng)機(jī)電樞兩端。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不很低時(shí)，電樞電阻壓降比電樞端電壓要小得多，因此可以認(rèn)為，直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢與端電壓近似相等，或者說，電機(jī)轉(zhuǎn)速語段電壓成正比。在這種情況下，采用電壓負(fù)反饋就能基本上代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用了，而監(jiān)測電壓顯然要比檢測轉(zhuǎn)速方便得多。

7、原理框圖見圖2。圖中作為反饋檢測元件的只是一個(gè)起分壓作用的電位器，電壓反饋信號(hào)為，圖3所示是比例控制的電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，電壓負(fù)反饋取自電樞端電壓，為了在結(jié)構(gòu)圖上把顯示出來，須把電樞總電阻R分成兩個(gè)部分，即。式中為電力電子變換器內(nèi)阻，為電動(dòng)機(jī)電樞電阻。圖2電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖3電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1.3.2電動(dòng)勢負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)14武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書僅采用電壓負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)固然可以省去一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)，但是由于它不能彌補(bǔ)電樞壓降所造成的轉(zhuǎn)速降落，調(diào)速性能