單環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)

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1、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué)時(shí)/學(xué)分：課程類(lèi)型：開(kāi)課專(zhuān)業(yè)：主講教師：1參考文獻(xiàn)[1]阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.[2]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[3]洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版,2010.[4]周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.2第1章單環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)本章著重討論基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)及其分析與設(shè)計(jì)方法。3本章提要1.1開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)1.2轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)有靜差直流調(diào)

2、速系統(tǒng)1.3反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析1.4比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)41.1開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)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)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。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，而且從控制的角度來(lái)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，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。51.直流調(diào)速方法2.直流調(diào)速電源3.直流調(diào)速控制1.1.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法和方案6根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方程1.直流調(diào)速方法nUIR?Ke式中—轉(zhuǎn)速（r/mi

3、n）；—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)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。（1-1）7由式（1-1）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵(lì)磁磁通?；（3）改變電樞回路電阻R。8（1）調(diào)壓調(diào)速①工作條件：保持勵(lì)磁?=?N；保持電阻R=Ra②調(diào)節(jié)過(guò)程：改變電壓UN?U?U??n?，n0?③調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線(xiàn)9（2）調(diào)阻調(diào)速①工作條件：保持勵(lì)磁?=?N；保持電壓U=UN；②調(diào)節(jié)過(guò)程：增加電阻Ra?R?R

4、??n?，n0不變；③調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線(xiàn)變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線(xiàn)10（3）調(diào)磁調(diào)速①工作條件：保持電壓U=UN；保持電阻R=Ra；②調(diào)節(jié)過(guò)程：減小勵(lì)磁?N??????n?，n0?③調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線(xiàn)變軟。nn0OTeTL?N?1?2?3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線(xiàn)11（4）三種調(diào)速方法的性能與比較對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作

5、小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。122.常用的可控直流電源有以下三種(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。(2)靜止式可控整流器——用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的直流平均電壓。13(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）14①G-M系統(tǒng)工作原理由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)

6、機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)G-M系統(tǒng)，國(guó)際上通稱(chēng)Ward-Leonard系統(tǒng)。15②G-M系統(tǒng)特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限第III象限G-M系統(tǒng)機(jī)械特性16上圖的機(jī)械特性可見(jiàn)：G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行很容易實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動(dòng)G-M系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、效率低17(2)靜止式可控整流器圖1-1晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）18①V-M系統(tǒng)工作原理晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng)，又稱(chēng)靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），圖中VT是晶閘

7、管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。19②V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)與G-M系統(tǒng)相比較：a.晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門(mén)極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。b.在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。20③V-M系統(tǒng)的問(wèn)題a.由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。b.晶閘管對(duì)過(guò)

8、電壓、過(guò)電流和過(guò)高的dV/dt與di/