单闭环直流调速系统 - 课程设计

目录

第一章 概述·······································2 第二章 调速控制系统的性能指标·····················3 2.1 直流电动机工作原理·······················4 2.2 电动机调速指标···························4 2.3 直流电动机的调速·························5 2.4 直流电机的机械特性·······················5 第三章 单闭环直流电动机系统·······················6 3.1 V-M系统简介······························6 3.2 闭环调速系统的组成及静特性···············7 3.3反馈控制规律·····························8 3.4 主要部件·································9 3.5 稳定条件································11 3.6 稳态抗扰误差分析························12 第四章 单闭环直流调速系统的设计及仿真············14 4.1 参数设计································14 4.2 参数计算及MATLAB仿真···················15 第五章 总

结·······································24 参考文献

第一章 概述

电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。

单闭环直流电机调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、电动机-发动机、闭环控制系统等组成，我们可以通过改变晶闸管的控制角来调节转速，本文就单闭环直流调速系统的设计及仿真做以下介绍。

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第二章 调速控制系统的性能指标

2.1 直流电动机工作原理

一、直流电机的构成

(1)定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； (2)转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴； (3)气隙

二、直流电机的励磁方式

按励磁方式的不同，直流电机可分为他励、并励、串励和复励电动机四种。直流电动机中，在电磁转矩的作用下，电机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的生产方向旋转时，电机向负载输出机械功率。 2.2 电动机调速指标

稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而且在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速范围和静差率。

动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力。 （1）调速范围：生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速Nmax与最低转速Nmin之比称为调速范围，用D表示。即 D=Nmax

Nmin

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（2）静差率：调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增加到规定负载时，所对应的转速降落?n与理想转速n0 之比，用s表示，即 s=

?nn0?100%=

n0?n?100% n0（3）调速方向:指调速后转速比原来的高还是低，有上调和下调之分。

（4）调速的平滑性：它由一定调速范围内能得到的转速级数来说明。调速可分为有级调速和无级调速。 2.3 直流电动机的调速

本文以他励直流电动机为例来说明直流电机的调速，他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，在励磁电压Uf的作用下，励磁绕组中通过励磁电流

If，从而产生磁通?。在电枢电压Ua的作用下，电枢绕组中

通过电枢电流Ia。 他励直流电动机的转速公式：

n=

ECE?=U?IR

CE? 式中U为他励电动机的电枢电压；I为电枢电流；E为电枢电动势；R为电枢回路的总电阻；n为电机的转速；?为励磁磁通；CE为由电机结构决定的电动势系数。

他励电机的调速方式有三种：电枢回路串电阻的变电阻调速、改变电枢电压的变电压调速、减小气隙磁通量的弱磁调速。在实际应用中，我们通常采用变电压调速。 2.4 直流电机的机械特性

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他励直流电动机中转速和转矩之间的关系为

n=UaCE??RaT?n0??n?n0??T CECT?2UaCE?式中n0为电动机的理想空载转速，其值为n0?

?是机械特性的斜率，?n是转速差。他励直流电机的固有特性曲线如图所示：

第三章 单闭环直流电动机系统 3.1 Ｖ－Ｍ系统简介

晶闸管－电动机调速系统（简称V-M系统），其简单原理图如下：

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