直流电机不可逆控制系统(2)

目录

摘要………………………………………………………………………………6 第1章 控制系统的概述………………………………………………………7 1.1转速控制调速指标与要求………………………………………………7 1.2 转速负反馈直流调速系统结构…………………………………………8 1.3电压负反馈直流调速系统………………………………………………9 1.4 VM晶闸管-电动机调速系统……………………………………………10 第2章 总体方案的论证比较…………………………………………………12 2.1 总体方案的设计…………………………………………………………12 2.2 主电路方案的论证比较…………………………………………………14 2.2.1 PWM调压调速方案…………………………………………………14 2.2.2 使用晶闸管可控整流装置调速……………………………………15 第3章 单闭环直流调速系统启动过程 ………………………………………18 第4章 主电路设计 ……………………………………………………………19

4.1主电路工作设备选择 …………………………………………………19 第5章 控制电路设计 …………………………………………………………21 第6章 调试 ……………………………………………………………………24 总结与体会 ………………………………………………………………………26 参考文献 …………………………………………………………………………27 附 录………………………………………………………………………………28

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摘要

摘要：为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，采用单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统静差，可采用积分调节器代替比例调节器。

本次设计中进行了计算，主要设备调试，关于主电路设计和控制电路设计是基础部分，对晶闸管和电机的调试是非常重要的部分。

关键词：稳态性能 ；稳定性；开环；闭环负反馈；静差

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第1章 控制系统概述

1.1 转速控制调速指标与要求

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。

为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做 “调速范围”和“静差率”。这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速载下的转速降落为时的静差率，即

作为最高转速，若额定负

，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速

，于是，最低转速为

，而调

速范围为，将上式的式代入，得，表示变压调速系统的

调速范围、静差率和额定速降之间所满足的关系。

晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压

就可以改变电动机的转

速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大校场有波动，但是，为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速范围D=20~30，静差率s≤5%。又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属

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的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速范围D=3~10时，保证静差率s≤0.2%~0.5%。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。

任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对消速性能都有一定的要求。例如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载使得允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转速控制的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，分档地或平滑地调节转速。2）稳速。以一定的精度再说需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动。3）加、减速。自动设备要求加、减速尽量快，以提高生产效率，不易经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。

1.2 转速负反馈直流调速系统结构

与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压

，与给定电压

相比较后，得到转速偏差电压

，经过放大器A，

产生电力电子变换器UPE所需的控制电压，用以控制电动机的转速。这就组

成了反馈控制的闭环直流调速系统。晶闸管装置常用于特大容量系统。其原理框图如图1所示。

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图1 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图

根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被挑梁出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。转速降落正是由负载引起的装束偏差，显然，闭环调速系统应该能够大大减少转速降落。

1.3电压负反馈直流调速系统

被调量的负反馈是闭环控制系统的基本反馈形式，对调速系统来说，就是要用转速负反馈。但是，要实现转速负反馈必须有转速检测装置，例如前述的测速发电机，以及数字测速用的光电编码盘、电磁脉冲测速器等等，其安装和维护都比较麻烦，常常是系统装置中可靠性的薄弱环节，因此，对于调速指标要求不高的系统来说，可以用更方便的电压反馈形式来代替测速反馈。电压负反馈系统的稳态性能比带同样放大器的转速反馈系统要差些。在实际系统中，为了尽量减小静态速降，电压负反馈信号的引出线应尽量靠近电动机电枢两端。

在电动机转速不很低时，电枢电阻压降比电枢端电压要小得多，因此可以认为，直流电动机的反电动势与端电压近似相等，或者说，电机转速语段电压成正比。在这种情况下，采用电压负反馈就能基本上代替转速负反馈的作用了，

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