《機(jī)床電氣控制技術(shù)》PPT課件

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1、第五章直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提綱直流調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)簡介第一節(jié)直流調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí)直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩易于控制，具有良好的起制動(dòng)性能，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，一直在高性能調(diào)速領(lǐng)域占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位。此外，直流調(diào)速技術(shù)方面的理論相對(duì)成熟，其研究方法和許多基本結(jié)論很容易在其它調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)推廣，所以直流調(diào)速一直是研究調(diào)速技術(shù)的主流。電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，為了保持由淺入深的教學(xué)順序，本章將

2、對(duì)直流調(diào)速的基本理論做較詳細(xì)的介紹。一.直流調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí)（5-1）式中：——電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）IR?KeU——電樞電壓（V）——電樞電流（A）——電樞回路總電阻（?）——?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）——由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的結(jié)構(gòu)常數(shù)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其它參量的關(guān)系：由（5-1）式可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：1.改變電樞回路電阻R2.改變勵(lì)磁磁通Ф3.改變電樞外加電壓U對(duì)于要求大范圍無級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)來說，改變電樞回路總電阻的方案難以實(shí)現(xiàn)改變電動(dòng)機(jī)磁通Ф的方案雖然可以平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不可能很大調(diào)電樞端電壓U的方法調(diào)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)磁通Ф應(yīng)為最大值(額

3、定值)且保持不變，以求得充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力。而在額定轉(zhuǎn)速(基速)以上時(shí)，因電樞端電壓U已不允許再增加，可采用減弱磁通Ф的方法使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍調(diào)速范圍寬、簡單易行、負(fù)載適應(yīng)性廣，是當(dāng)今直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要方法。一.可控變流裝置圖5-1旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）工作原理：1.旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組交流電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，工作時(shí)轉(zhuǎn)速基本恒定，由它拖動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)M的電樞供電。GE為一臺(tái)小型直流發(fā)電機(jī)，可與交流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)同軸相連，也可另設(shè)一臺(tái)小型交流電動(dòng)機(jī)對(duì)其拖動(dòng)，它提供一小容量的直

4、流電源供直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁用，所以又稱GE為勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)可簡稱為G-M系統(tǒng)。改變G的勵(lì)磁電流If的大小時(shí)，也就改變了G的輸出電壓U，進(jìn)而改變了直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速。結(jié)構(gòu)如圖如果改變If的方向，則U的極性和n的方向都跟著改變，實(shí)現(xiàn)G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行。由于能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動(dòng)，G-M系統(tǒng)在允許的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)可以四象限運(yùn)行，其完整的機(jī)械特性如圖5-2。圖5-2G-M系統(tǒng)的機(jī)械特性圖5-3晶閘管整流裝置供電的直流調(diào)速GT為晶閘管觸發(fā)裝置，V為晶閘管整流器，合起來為一可控直流電源?？煽刂绷麟娫唇o直流電動(dòng)機(jī)電樞供電組成直流調(diào)速系統(tǒng)。這

5、類直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱V-M系統(tǒng)工作原理：改變GT的輸入信號(hào)大小，就可改變GT輸出脈沖的相位，晶閘管在不同的相位處開始導(dǎo)通，使整流器輸出的電壓平均值Ud大小變化，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。和傳統(tǒng)的G-M系統(tǒng)相比，晶閘管可控直流電源的功率放大倍數(shù)高出旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)，而系統(tǒng)反應(yīng)速度也要高出二個(gè)數(shù)量級(jí)以上。2.晶閘管整流3.直流斬波器圖5-4斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖工作原理：圖5-49a中，當(dāng)VT被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Us加到電動(dòng)機(jī)電樞上；當(dāng)VT在控制信號(hào)作用下，通過強(qiáng)迫關(guān)斷電路關(guān)斷時(shí)，電源與電動(dòng)機(jī)電樞斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管VD續(xù)流，此時(shí)，圖中

6、A、B兩點(diǎn)間電壓接近零。若使晶閘管反復(fù)通斷，就得到A、B間電壓波形如圖b。常用的是周期T不變，改變導(dǎo)通時(shí)間ton,進(jìn)而改變輸出直流電壓平均值，最終完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，這種方式稱脈沖寬度調(diào)制，此時(shí)系統(tǒng)簡稱PWM調(diào)速系統(tǒng)。目前，由于全控型電力電子器件的發(fā)展，作為開關(guān)用的VT（半控型）已被取代，線路被優(yōu)化，性能更優(yōu)越。二.轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)所提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。常用字母D來表示。（5-2）這里、通常指電動(dòng)機(jī)帶上額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速值。2.靜差率系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的變化主要由負(fù)載變化引起，反映負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速影響的一個(gè)指

7、標(biāo)被定義為靜差率。其定義為：調(diào)速系統(tǒng)在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比。靜差率用字母S表示：（5-3）調(diào)速穩(wěn)速速度變化率靜差率百分?jǐn)?shù)表示：對(duì)一般系統(tǒng)來說，S越小時(shí)說明系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好。而對(duì)同一系統(tǒng)而言，靜差率不是定值，電動(dòng)機(jī)工作速度降低時(shí)，靜差率就會(huì)變大。請(qǐng)看圖5-5。圖5-5不同轉(zhuǎn)速下的靜差率結(jié)論：調(diào)速系統(tǒng)只要在調(diào)速范圍的最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)滿足靜差率要求，則其在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都會(huì)滿足靜差率要求。給出了系統(tǒng)兩條穩(wěn)定工作特性，對(duì)應(yīng)于電樞上兩個(gè)不同的外加電壓。對(duì)于調(diào)壓調(diào)速來說，兩條特性是平行的，即在負(fù)載相同時(shí)，兩種情況下轉(zhuǎn)速降落值應(yīng)是相同的，若是額

8、定負(fù)載，兩者的速降均為。而根據(jù)靜差率S的定義，因?，顯然有S1