直流调速复习题

直流调速复习题
直流调速复习题

一、填空

1、对于转速控制系统转速控制的基本要求主要有三个方面,即、和。

2、调速系统的静态性能指标包括和。

3、闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而相应的改变。

4、自动调速系统的电流检测装置包括和。

5、为了满足某些生产机械要求系统的加、减速度能够按照一定的规律变化,可以采用

作为速度调节器的输入信号装置。

6、转速电流双闭环调速系统中,按照饱和与不饱和设计,则设计成不饱和状态。

7、晶闸管-电动机系统的可逆线路有两种方式,即可逆线路和可逆线路。

8、闭环系统的开环放大倍数为K,开环系统带额定负载时的速降为Δn,则闭环系统带额定负载时的速降为。

9、调速系统的调速范围是指:在最速时,仍能满足所提静差率要求的转速可调范围。

10、两个具有同样硬度机械特性的系统,理想空载转速低的,静差率、转速的相对稳定度。

11、带有P放大器的闭环控制系统本质上是的系统,其放大倍数,只能减小稳态速差;若要消除稳态速差,系统需采用调节器。

12、对于转速、电流双闭环系统,为抑制转速超调,可以在ASR上引人。

13、转速、电流双闭环系统出现电网电压波动时,起主要调节作用,出现负载扰动时,起主要调节作用。

14、由两组晶闸管装置所组成的可逆线路产生的环流,可以分为和两大类。

15、同上若要消除直流环流,当正组晶闸管处于状态时,反组晶闸管处于状态,而且输出的与大小相等,方向相抵。

16、有环流可逆调速系统的制动过程包括和。

17、简单的不可逆PWM变换器中,直流电源电压为Us,PWM波的占空比为ρ,则电动机得到的平均端电压为。

二、简答题

1、对于转速单闭环调速系统,改变给定电压能否改变电动机的转速?为什么?如果测速发电机的励磁出现了变化,系统有无克服这种扰动的能力?

2、如果转速单闭环调速系统的转速反馈线切断,电动机还能否调速?如果在电动机运行中,转速反馈线突然断了,会发生什么现象?

3、为什么说绝对的“无静差”调速系统是不存在的?

4、转速、电流双闭环系统的起动过程分为哪几个阶段?画出各阶段n、I d波形,并说明ASR、ACR在各阶段分别处于何状态。

5、两组晶闸管装置反并联的可逆线路中有哪几种环流?各有哪些益处与害处?

6、三相桥式反并联的可逆线路中,需要设置几个环流电抗器?为什么?若可逆线路采用交叉式连接,需要设置几个环流电抗器?为什么?

7、逻辑无环流可逆调速系统切换的条件是什么?为什么必须设置封锁延时和开放延时?

三、分析计算题

1、P46/2

2、P46/7

3、P46/8

4、双闭环调速系统中已知数据如下:

电动机:U nom=220V,I nom=20A,n nom=1000r/min,R=1Ω。

设U nm=U im=U ctm=10V,电枢回路最大电流I m=40A,K s=40,ASR和ACR均采用PI 调节器。

试画出调速系统的稳态结构图,并计算:

(1)转速反馈系数α。

(2)电流反馈系数β。

(3)当电动机在最高转速发生堵转时的U do、U i、U i和U ct值。

直流调速系统设计与调试

《综合实验1》设计说明书 题目直流调速系统设计与调试 系部自动化系 专业自动化 班级自动化092班 学号 09423002 09423004 09423013 09423022 姓名裴玉柱刘勇薛尚刘鲲鹏 指导老师刘艳于美荣 日期2012年11月23日-2012年12月06日

直流调速系统设计与调试 (3) 1 技术要求: (3) 2 硬件系统设计 (4) 2.1 驱动电路: (4) 2.2 控制电路: (4) 3 直流调速系统参数和环节特性的测定: (5) 3.1 电枢回路总电阻R的测定 (5) 3.2 电枢回路电感L的测定 (6) 3.4 直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 的测定 (7) 3.4 主电路电磁时间常数Td的测定 (8) 3.5 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 (8) 3.6 系统机电时间常数TM的测定 (8) 3.7 晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定 (9) 4 直流调速系统设计 (9) 5 系统调试与分析 (10) 5.1双闭环系统的调试 (10) 5.2 系统的分析 (14) 7 参考文献: (14)

直流调速系统设计与调试 1 技术要求: (1)设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构; (2)设计出触发系统和功率放大电路; (3)采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流内环控制。 (4)器件选择:晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗选择、晶闸管保护设计 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备,上端和交流电源连接,下端和直流电动机连接,直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源,一路输入给直流电机砺磁(定子),一路输入给直流电机电枢(转子),直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流,调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况,必要时修正电枢电压输出,以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有下列3种方式:1、改变电枢电压;2、改变激磁绕组电压;3、改变电枢回路电阻。最常用的是调压调速系统,即1(改变电枢电压).一种模块式直流电机调速器,集电源、控制、驱动电路于一体,采用立体结构布局,控制电路采用微功耗元件,用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换,电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻,可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机,可具有调速器所应有的一切功能。一种模块式直流电机调速器,集电源、控制、驱动电路于一体,采用立体结构布局,控制电路采用微功耗元件,用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换,电路的比例常数、积分常数和微分常数用pid适配器调整。该调速器体积小、重量轻,可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机,可具有调速器所应有的一切功能 现代工业自动化的高速发展也给直流电机的控制与调速提供了大范围的应用与更新:如远程信号传输,远距离调速,高温环境的遥控调速与控制,手动自动集成等。

直流电机的调速方法

第八章直流调速系统 8.1 概述 调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种,仅就机械与电气调速方法而言,也可采用电气与机械配合的方法点,如可简化机械变速机构,提高传动效率,操作简单,易于获得无极调速,便于实现远距离控制和自动控制,因此,在生产机由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性,尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易,但是长位。当然,近年来,随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展,交流调速系统发展很快,在许多场合正逐渐取代直流调速仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门,如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需泛采用直流调速系统。而且,直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟,从控制技术的角度来看,它又是交流调速系统的基础 8.1.1直流电机的调速方法 根据第三章直流电机的基本原理,由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知,直流电动机的调速方法有三种: (1)调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速的系统来说,这种方法最好。变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。 (2)改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速),从电机额定转时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小。 (3)改变电枢回路电阻。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大量电能。 改变电阻调速缺点很多,目前很少采用,仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动和调压调速配合使用,在额定转速以上作小围的升速。因此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主,必要时把调压调速直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作用,产生电磁力和电磁转矩,电枢因而转动。直流电动机电磁转矩中的常方便地分别调节,这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性,从而有优良的转速调节性能。调节主磁通一般还是通过调节速,还是调磁调速,都需要可调的直流电源。 8.1.3 调速系统性能指标 任何一台需要转速控制的设备,其生产工艺对控制性能都有一定的要求。例如,精密机床要求加工精度达到几十微米至几的围调速,最高和最低相差近300倍;容量几千kW的初轧机轧辊电动机在不到1秒的时间就得完成从正转到反转的过程;高速造速误差小于0.01%。所有这些要求,都可以转化成运动控制系统的稳态和动态指标,作为设计系统时的依据。 转速控制要求 各种生产机械对调速系统提出了不同的转速控制要求,归纳起来有以下三个方面: (1)调速。在一定的最高转速和最低转速围,分档(有级)地或者平滑(无级)地调节转速。 (2)稳速。以一定的精度在所需转速上稳定地运行,不因各种可能的外来干扰(如负载变化、电网电压波动等)而产生(3)加、减速控制。对频繁起、制动的设备要求尽快地加、减速,缩短起、制动时间,以提高生产率;对不宜经受剧烈速量平稳。 以上三个方面有时都须具备,有时只要求其中一项或两项,其中有些方面之间可能还是相互矛盾的。为了定量地分析问题个调速系统的性能。 稳态指标 运动控制系统稳定运行时的性能指标称为稳态指标,又称静态指标。例如,调速系统稳态运行时调速围和静差率,位置随控制系统的稳态力误差等等。下面我们具体分析调速系统的稳态指标。 (1)调速围D 生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速围,用字母D表示,即

直流调速系统设计实训报告

实训报告课程名称:专业实训 专业:自动化班级:103031学号:10303104姓名:徐红颖指导教师:王艳秋成绩: 完成日期:2014 年1月9 日

任务书

1 单闭环直流调速系统 对于单闭环直流调速系统来说,转速是输出量,一般我们引入的是转速负反馈构成闭环调速系统。转速负反馈系统是在电动机上安装一台测速电机TG,引出和输出量转速成正比的负反馈电压Un,和转速给定电压Ua*进行比较,得到偏差电压ΔUa,经过放大器A,产生驱动或触发装置的控制电压Uct,与控制电动机的转速,组成了反馈控制的闭环调速系统。在单闭环系统中,转速单闭环使用较多。而一般采用的比例调节器的调速系统还是有静差,为了消除静差,可用积分调节器替代比例调节器。 反馈控制系统的规律是如果要想维持系统中的某个物理量基本不变,就要引用该量的负反馈信号去与恒量给定相比较,组成一个闭环系统。对于调速系统来说,如果想提高静态指标,就得提高静特性硬度,也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变化,最有效和最直接的方法就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。 1.1 主电路设计 直流调速系统电路的组成主要由主电路和控制电路两大部分组成,知道了电路组成的两大部分后,就应该确定主电路的接线方式和系统的控制方案。整流变压器由变压部分和整流部分组成,其变压部分将电网电压降压并变成稳定的交流电,整流部分将变压后的交流电整流为恒定40V的直流电压供给直流电动机的励磁回路,整流变压器变压后的交流电两端另接一个单相桥式全控整流电路,输出的可调直流电加在直流电动机的电枢回路。保护环节采用的是过电压保护的一种--阻容吸收,将其并联在整流变压器二次侧起到保护电路的作用。 主电路的设计需要准备的资料: 1 单相整流模块:MZKD-ZL-50 了解其功能,技术参数,电路内部结构,外部接法,控制线管脚接法,安装说明2电机参数:直流电机,额定电压24V,额定电流6A,励磁电压24V,最大允许电流50A,了解电机不同的接线形式,重点掌握电机他激(并激)方式的接线方法。 3 电机转速测量的检测器:光电编码器(E6B2-C)

PWM直流调速系统设计解析

目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)

前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能,已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展,脉宽调制(PWM)调速技术已成为直流电机常用的调速方法,具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路,可方便地实现直流电机的四象限运行,包括正转、正转制动、反转、反转制动,已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手,建立了双闭环直流调速系统的数学模型,并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理,对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算,利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真,通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上,本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统,详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试,表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠,具有较好的静态和动态性能,达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计,综合运用科学理论知识,提高工程意识和实践技能,使学生获得控制技术工程的基本训练,培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计,进行系统总体方案的设计、论证和选择;系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为: n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压,I为电枢电流,R为电枢电路总电阻,φ为每极磁通量,K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少,大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步,改变电枢电压可通过多种途径实现,其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U,从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器,其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制,以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间,实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理:电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电

《直流调速技术》试卷30

《直流调速技术》试卷3 一、填空题(每空2分,共32分) 1.晶闸管—电动机控制系统按控制方法不同分为:开环直流调速系统、单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统 2.调压调速是直流调速系统用的主要调速方法。 3.对自动控制系统的性能要求主要有三个方面:稳定性,准确性,快速性 4.转速负反馈闭环直流调速系统硬件结构比开环直流调速系统多了以下部分:转速反馈环节,比较放大环节。 5.转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、时间最优控制和转速超调 6.采用比例调节器控制的直流调速系统是有静差调速系统,采用比例积分(积分)调节器控制的直流调速系统是无静差调速系统。 7.在双闭环直流调速系统中,电流调节器主要是对电网电压波动起调解作用;而转速调节器主要是对负载扰动起抗扰调节作用。 二、选择题(每小题3分,共24分) 1.带有比例调节器的单闭环直流调速系统,如果转速的反馈值与给定值相等,则调节器的输出为 ( A) A、零; B、大于零的定值 C、小于零的定值; D、保持原先的值不变 2.带有比例积分调节器的单闭环直流调速系统,如果转速的反馈值与给定值相等,则调节器的输出为(D)A、零; B、大于零的定值 C、小于零的定值; D、保持原先的值不变 3.转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是( C ) A.ACR B.AVR C.ASR D.ATR 4.下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中,错误的是(B) A.只用比例放大器的反馈控制系统,其被调量仍是有静差的 B.反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C.反馈控制系统的作用是:抵抗扰动、服从给定 D.系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 5.限止电流冲击的最简单方法是采用(B) A.转速微分负反馈 B.电流截止负反馈 C.电压负反馈 D.带电流正反馈的电压负反馈 6.双闭环调速系统在稳定运行时,控制电压Uct的大小取决于(C)。 A、Idl B、n C、n和Idl D、α和β 7.在速度负反馈单闭环调速系统中,当下列(C)参数变化时系统无调节能力。 A.放大器的放大倍数K p B.负载变化 C.转速反馈系数 D.供电电网电压 8.当理想空载转速n0相同时,开环放大倍数为9,闭环系统的静差率与开环下的静差率之比为(D)。 A 1 B 0 C 10 D 1/10 三、判断题(每小题2分,共12分)

直流调速系统设计

直流调速系统设计 电气工程学院)摘要: 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点,所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统,二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率,但是不够理想。实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统,一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环,转速环(ASR)作为控制系统的外环,以此来提高系统的动态和静态性能。本文是按照工程设计的方法来设计转速和电流调节器的。使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。电流环应以跟随性能为主,即应选用典型Ⅰ型系统,而转速环以抗扰性能为主,即应选用典型Ⅱ型系统为主。关键词:直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器1 设计任务及要求1、1设计任务设计V-M双闭环直流可逆调速系统1、1、1技术数据:?直流电动机:额定电枢电压=400V,额定功率1、 9kW,额定电枢电流=6、9A,额定转速=855r/min,电动机电动势系数Ce=0、1925Vmin/r,允许过载倍数λ=1、5;?晶闸管装置放大系数:Ks=40;整流装置平均滞后时间常数=0、00167s,? 电枢回路总电阻:R=

11、67Ω;?电枢回路电感110mH,电力拖动系统机电时间常数Tm=0、075s;?电枢电流反馈系数:β=0、121V/A (≈10V/1、5),电流滤波时间常数=0、002s;?转速反馈系数α=0、01 V、min/r(≈10V/);转速滤波时间常数=0、01s;1、2设计要求:(1) 根据试凑法设计电流调节器和转速调节器参数进行仿真,电流超调量≤5%;实现转速无静差,空载起动到额定转速时的转速超调量≤5%;(2) 试利用Matlab仿真软件中的Simulink或Simulink中的Power system模块进行仿真,在Matlab仿真软件中构建仿真模型;(3) 用Plot函数绘制理想空载启动到设定转速500r/min下电机启动过程,转速达到设定值后经过20s给定反向信号=-10V时正反转启动过程中转速、电枢电流波形。(4) 对仿真波形及结果进行分析。2 V-M双闭环调速系统的设计改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。尽管电枢反接需要较大容量的晶闸管装置,但是它反向过程快,由于晶闸管的单向导电性,需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路,电动机正转时,由正组晶闸管装置VF供电;反转时,由反组晶闸管装置VR供电。如图1所示两组晶闸管分别由两套触发装置控制,可以做到互不干扰,都能灵活地控制电动机的可逆运行,所以本设计采用两组晶闸管反并联的方式。并且采用三相

直流调速

一、什么是直流调速器? 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备, 由于直流电动机具有低转速大力矩的特点,是交流电动机无法取代的, 因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器,具有广阔的应用天地。 二、什么场合下要选择使用直流调速器? 下列场合需要使用直流调速器: 1.需要较宽的调速范围。 2. 需要较快的动态响应过程。 3. 加、减速时需要自动平滑的过渡过程。 4. 需要低速运转时力矩大。 5. 需要较好的挖土机特性,能将过载电流自动限止在设定电流上。 以上五点也是直流调速器的应用特点。 三、直流调速器应用: 直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。 四、直流调速器工作原理简单介绍:

直流调速器就是调节直流电动机速度的设备,上端和交流电源连接,下端和直流电动机连接,直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源,一路输入给直流电机砺磁(定子),一路输入给直流电机电枢(转子),直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流,调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况,必要时修正电枢电压输出,以此来再次调节电机的转速。 五、直流电机的调速方案一般有下列3种方式: 1、改变电枢电压; 2、改变激磁绕组电压; 3、改变电枢回路电阻。 最常用的是调压调速系统,即1(改变电枢电压). 六、一种模块式直流电机调速器,集电源、控制、驱动电路于一体, 采用立体结构布局,控制电路采用微功耗元件,用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换,电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID 适配器调整。该调速器体积小、重量轻,可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机,可具有调速器所应有的一切功能。 如何将交流电转换成直流电? 需要以下步骤: 1整流--即把交流调整成直流,换句话就是使交流的正玄波调整到的X轴上方。但是现在还只是脉冲的。主要元件是二极管。整流方式: 全波整流(桥式整流,

H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)

燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称: H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院(系):电气工程学院 年级专业: 学号: 学生: 指导教师: 日期: 2014年6月3日

目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)

前言 随着交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高,如要求快速起制动、突加负载动态速降时,单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中,只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中,在电机最大电流受限的条件下,充分利用电机的允许过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳定转速后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突跳,为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程,按照反馈控制规律,电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈,而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端,到达稳态转速后,又希望只要转速负反馈,不要电流负反馈发挥主作用,因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果: 设计一个双闭环可逆直流调速系统,实现电流超调量小于等于5%;转速超调量小于等于5%;过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工:参数计算: 仿真: 电路设计: 电路焊接: PPT答辩: 摘要

#直流电机调速系统分析与设计

第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联,作为并励发电机来说,是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电;作为并励电动机来说,励磁绕组和电枢共用同一电源,从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后,导体 cd转到 N极下,导体ab转到S极下时,由于直流电源供给的电流方向不变,仍从电刷 A流入,经导体cd 、ab 后,从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左,导体ab 受力方向是从左向右,产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此,电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由导体 ab和cd 流入,使线圈边只要处于N 极下,其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向,而在S 极下时,总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向,从而形成一种方向不变的转矩,使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成,把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用: 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im --电流给定电压的最大值,即限制了最大电流; τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm --Uc的最大值,即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强。 3、微分环节:能反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太 大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。

《直流调速技术》试卷20

《直流调速技术》试卷2(带答案) 一、填空题(每空2分,共32分) 1.直流电动机有三种调速方法:降压调速、弱磁调速、电枢串电阻调速 2.用直流电动机作为原动机的传动方式称为直流调速,用交流电动机作为原动机的传动方式称为交流调速。 3.开环直流调速系统硬件结构主要包括主电路和控制电路,主要分为五个主要部分分别是:晶闸管可控整流电路,直流电动机,给定电位器,晶闸管触发电路,继电保护电路 3.PI调节器的双重作用是指:一是比例部分加快动态进程;二是积分部分最终消除偏差、 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、时间最优控制和转速超调 6.V-M系统中,采用三相整流电路,为抑制电流脉动,可采用的主要措施是设置平波电抗器 二、选择题(每小题3分,共24分) 1.静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,则静差率(A)A.越小B.越大 C.不变D.不确定 2.控制系统能够正常运行的首要条件是( B ) A.抗扰性B.稳定性 C.快速性 D.准确性 3.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括( D ) A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段 4.速度单闭环系统中,不能抑制(D)的扰动。A 调节器放大倍数 B 电网电压波动 C 负载 D 测速机励磁电流 5.限止电流冲击的最简单方法是采用(B) A.转速微分负反馈 B.电流截止负反馈 C.电压负反馈 D.带电流正反馈的电压负反馈 6.无静差调速系统中,调节器一般采用(C)调节器。 A.P调节器 B. PD调节器 C . PI调节器 D.PID调节器 7.在速度负反馈单闭环调速系统中,当下列(C)参数变化时系统无调节能力。 A.放大器的放大倍数K p B.负载变化 C.转速反馈系数 D.供电电网电压 8.当理想空载转速n0相同时,开环放大倍数为9,闭环系统的静差率与开环下的静差率之比为(D)。 A 1 B 0 C 10 D 1/10 三、判断题(每小题2分,共12分) 1、直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。(√) 2、闭环系统电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系,即静特性,它在形式上与开环机械特性相似,但本质上却有很大的不同。(√) 3、带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。(╳) 4、双闭环可逆系统中,电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。(╳) 5、双闭环调速系统在起动过程中,速度调节器总是处于饱和状态。(╳)

直流调速系统知识点

142.斩波器调速系统 143.生产机械对调速装置的要求 144.调速范围 145.静差率 146有转速负反馈闭环直流调速系统的组成147.转速反馈 148.转速微分负反馈 149.转速反馈系数 150.电流反馈系数 151.直流电动机静态模型 152.无静差系统 153.有静差系统 154.静特性 155.静特性方程 156.静特性曲线 157.转速降落 158.最大转速 159.额定转速 160.理想空载转速 161.开环放大倍数 162.闭环放大倍数 163.数字调节器 164.可控直流电源静态放大倍数和静态模型164.直流电动机调速原理 166.G-M调速系统 167.有转速反馈直流调速系统静特性 168.有转速反馈直流调速系统静态结构图 169.开环调速系统与闭环调速系统的不同 170.转速负反馈闭环系统静态参试计算 171.晶闸管装置供电转速负反馈单闭环系统的调试

172.电流截止负反馈 173.电流截止负反馈环节 174.电流截止负反馈系统的静态结构图175.带电流截止负反馈闭环系统的静特性176.电流截止环节参数的计算 177.电压负反馈 178.电压负反馈环节 179.电压负反馈闭环系统的静态结构图180.电压负反馈系统的静特性 181.电压负反馈系统静参数计算 182.电流补偿控制 183.电流补偿控制的作用 184.电流补偿控制与转速反馈控制的不同185.前向通道 186.前向通道放大倍数 187.检测反馈元件 188.滤波元件 189.反馈通道 190.反馈通道放大倍数 191.开环前馈补偿 192.给定信号 193.给定元件 194.转速给定信号 195.电流给定信号 196.数字斜波给定 197.扰动信号 198.负载扰动 199.电源电压扰动 200.不可预见扰动 201.跟随性能

PWM直流调速系统设计

PWM ft流脉宽调速系统设计 1 PWM调速系统的主要问题 1.1什么是PWM 脉冲宽度调制(PWM),是英文“ Pulse Width Modulation ”的缩写,简称脉 宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅 极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变, 这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数 字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点?由于当今科学技术的发展已经没有了 学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM 控制技术发展的主要方向之一。 1.2 PWM的优越性 自从全控型电力电子器件问世以后,就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关 控制方式,形成了脉宽调制变换器一直流电动机调速系统,简称直流脉宽调速系 统,或直流PWM S速系统。与V-M系统相比,PWM S统在很多方面有较大的优越性:1)主电路线路简单,需用的功率器件少。 2)开怪频率咼,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。 3)低速性能好,稳速精度高,调速围宽,可达 1 : 10000左右。 4)若与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强。 5)功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当的时候,开关损耗也不大,因而装置效率较高 6)直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。 由于有上述优点,直流PWM S速系统的应用日益广泛,特别是在中、小容量 的高动态性能系统中,已经完全取代了V-M系统。 1.3 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压

电动机调速方法

一、直流电动机调速 直流电动机是指将直流电送到直流,把直流电动机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机--电动机系统(F-D),这种方法只有在由专用的发电机供电时才有可能。 另一种是可控硅--电动机系统(SCR-D)。 直流电动机的调速还比较方便,可以通过调节电枢供电电压,电枢中串联电阻,激磁回路串联电阻来实现。 可见直流电动机调速有三种方法,而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言,可以相当满意,但因其结构夏杂,惯量大,维护麻烦,不适宜在恶劣环境中运行,不易实现大容量化、高压化、高速化,而且价格昂贵。 二、交流电动机调速 交流电动机刚好相反。电动机结构简单、惯量小、维护方便,可在恶劣环境中运行,容易实现大容量化,高压化、高速化,而且价格低廉。 从节能的角度看,交流电动机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是:调速时基本保持额定转差,不增加转差损耗,或可以将转差动率回馈至电网。低效调速装置的特点是:调速时改变转差,增加转差损耗。 (一)具体的交流调速装置有: 高效调速方法包括: 改变极对数调速——鼠笼式电机 变频调速——鼠笼式电机 串级调速——绕线式电机 换向器电机调速——同步电机 低效调速方法包括: 定子调压调速——鼠笼式电机 电磁滑差离合器调速——鼠笼式电机 转子串电阻调速——绕线式电机 (二)各种调速装置的特点: (1)改变极对数调速 优点: ①无附加转差损耗,效率高; ②控制电路简单,易维修,价格低; ③与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。转自电气自动化技术网 缺点: 有级调速,不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制,通常只能实现2~3种极对数的有级调速,调速范围相当有限。 (2)变频调速 优点: ①无附加转差损耗,效率高,调速范围宽; ②对于低负载运行时间较长,或起、停较频繁的场合,可以达到节电和保护电机的目的。 缺点:技术较复杂,价格较高。 (3)换向器电机调速 优点:

转速﹑电流双闭环直流调速系统

双闭环控制的直流调速系统简介 1.1V—M系统简介 晶闸管—电动机调速系统(简称V—M系统),其简单原理图如图1。图中VT是晶闸管的可控整流器,它可以是单相、三相或更多相数,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.由于晶闸管的单向导电性,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/dt和di/dt都十分敏感,其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。 因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件,而且在选择元件时还应有足够的余量。 图1 V—M系统 1.2转速控制的要求和调速指标 任何一台需要控制转速的设备,其生产工艺对调速性能都有一定的要求。归纳起来,对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面: 1)调速——在一定的最高转速和最低转速范围内,分档地(有级)或平滑地(无级)调节转速; 2)稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行,在各种干扰下不允许有过大的转速波动,以确保产品质量; 3)加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快,以提高生产率;不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起﹑制动尽量平稳。

1.3 直流调速系统的性能指标 根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求,一般可以概括为静态和动态调速指标。静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速,并且要求在不同转速下工作时,速度稳定;动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳,并且具有良好的抗扰动能力。抗扰动性是指系统稳定在 某一转速上运行时,应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响[1,6]。 一、静态性能指标 1).调速范围 生产机械要求电动机在额定负载运行时,提供的最高转速m ax n 与最低转速m in n 之比,称为调速范围,用符号D 表示 m in m ax n n D = (2—2) 2).静差率 静差率是用来表示负载转矩变化时,转速变化的程度,用系数s 来表示。具体是指电动机稳定工作时,在一条机械特性线上,电动机的负载由理想空载增加到额定值时,对应的转速降落 ed n ?与理想空载转速 n 之比,用百分数表示为 %100%1000 00?-=??= n n n n n s ed ed (2—3) 显然,机械特性硬度越大,机械特性硬度越大,ed n ?越小,静差率就越小,转速 的稳定度就越高。 然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。两条相互平行的直线性机械特性的静差率是不同的。对于图2—1中的线1和线2,它们有相同的转速降落1ed n ?=2 ed n ?, 但由于 01 02n n <,因此12s s >。这表明平行机械特性低速时静差率较大,转速的相对 稳定性就越差。在1000r/min 时降落10r/min ,只占1%;在100r/min 时也降落10r/min ,就占10%;如果 n 只有10r/min ,再降落10r/min 时,电动机就停止转动,转速全都 降落完了。 由图2—1可见,对一个调速系统来说,如果能满足最低转速运行的静差率s ,那么,其它转速的静差率也必然都能满足。

直流调速系统的发展状况

直流调速系统的发展状况 宋畅 s2******* 摘要 直流调速系统目前已被广泛应用于自动控制要求较高的产品之中,直流调速系统相应速度快,超调量小,系统稳定性好,并具有很强的抗干扰性。简单介绍直流调速的基本原理详细回顾直流调速的发展过程。 关键词 直流调速系统 发展状况 在现代化的工业生产过程中,几乎无处不使用电力传动装置,生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的传动系统,可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,易于在大范围内平滑调速,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁地无级快速启动与制动和反转,能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求,至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用,到目前为止是调速系统的主要形式。 1. 直流调速系统简介 最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向流电动机电枢供电,通过改变电枢回路中的电阻实现调速。这种方法简单易行,设备制造方便,价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽围内平滑调速,所以目前极少采用。30年代末,出现了发电机一电动机(也称为旋转变流组),配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件,可获得优良的调速性能。如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等,特别是当电动机减速时,可以通过发电机非常容易地将电动机轴的飞轮惯量反馈给电网,这样,一方面可得到平滑的制动特性;另一方面又可减少能量的损耗,提高效率。但发电机一电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备,因而体积大、费用高、效率低、安装需有地基、运行有噪声、维修困难等【1】。 20世纪70年代,由于采用电力电子变换器的高效交流变频调速开发成功,结构简单、成本低廉,工作可靠、维护方便、效率高的交流笼型电机进入了可调速领域,从而直流调速被交流调速所替代[4]。 2.直流调速系统原理 直流电动机具有良好的起、制动性能,易于在大范围平滑调速,在金属切削机床、轧钢机、矿井卷扬机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能电力拖动中得到了广泛应用[3]。 直流电机的转速表达式: U IR n K Φ-= (1) 式中,U 为直流电动机电枢两端的电压,I 通过电枢的电流,R 式电枢回路的电阻,Φ为励磁磁通,K e 是励磁常数。 2、直流调速的发展过程 下文述及的是当今正在使用和不断发展的直流电机的主流调速方法—晶闸管电动机调速系统。 2.1开环晶闸管电动机系统 原理如图1所示。速度指令电位器发出的指令,经过脉冲触发生成电路产生晶闸管整流器的调相信号,改变直流电机电枢端电压,达到调节电机速度的目的。优点是结构简单,缺点是不能同时满足调速范围和静差率的要求,机械特性软,调速范围窄。应用于静差率要求不高的无级调速场合。

(完整word版)直流调速系统研究背景意义及国内外现状

直流调速系统研究背景意义及国内外现状 1 研究的背景及意义 2 直流调速系统国内外研究现状 1 研究的背景及意义电气传动技术以电动机控制为控制对象,以微电子装置为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电机种类的不同分为直流电动机传动(简称直流传动)、交流电动机传动(简称交流传动)、步进电机传动(简称步进传动)、伺服电动机传动(简称伺服传动)等等。众所周知,与交流调速系统相比,由于直流调速系统的调速精度高,调速范围广,变流装置控制简单,长期以来在调速传动中占统治地位。在要求调速性能较高的场合,一般都采用直流电气传动。目前,通过对电动机的控制,将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。三十多年来,直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时,控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用,使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展,走向成熟化、完善化、系列化、标准化,在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步,应用相当普遍,尤其是全数字直流系统的出现,更提高了直流调速系统的精度及可靠性。所以,今后一个阶段在调速要求较高的场合,如轧钢厂、海上钻井平台等,直流调速仍然处于主要地位。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成,由于模拟器件有其固有的缺点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展,直流传动系统已经广泛使用微机,实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作,控制手段灵活方便,抗干扰能力强。所以,全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线全数字化控制系统,能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行交换,实现生产过程的自动化分级控制。所以,直流传动控制采用微机实现全数字化,使直流调速系统进入一个崭新的阶段。 2 直流调速系统国内外研究现状电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器,电力电机技术的迅猛发展,促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今,已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET,第三代复合场控器件-IGBT、MCT等,如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。每一代的电力电子元件也未停顿, 多年来其结构、工艺不断改进,性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争,新的应用不断出现。同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。早期直流传动的控制器由模拟分??????器件构成,由于模拟器件有其固有的缺点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。20世纪70年代以来,利用单片机作为控制器开始在电机控制系统中被广泛使用,如A T89C51等。在单片机控制系统中,单片机作为系统控制的核心,主要用来完成一些算法,同时还要处理一些输入/输出、显示任务等, 单片机的使用使电动机控制系统的性能得到了很大提高。微机,出现于20 世纪70 年代,随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展,微机的性能越来越高,价格越来越便宜。此外,电力电子的发展,使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制电机,完成各种新颖的、高性能的控制策略,使电机的各种潜在能力得到充分的发挥,使电机的性能更符合使用要求,还可以制造出各种便于控制的新型电机,使电机出现新的面貌。比较简单的电机微

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