文档介绍：第八章直流调速系统&1概述调速方法通常冇机械的、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來实现速度的调节。电气调速冇许多优点,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,在生产机械中广泛采用电气方法调速。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,但是长期以來,直流调速系统一宣占据垄断地位。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,在许多场介正逐渐取代直流调速系统。但是就目前來看,直流调速系统仍然是H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、纺多I、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合,仍然广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,它乂是交流调速系统的基础。因此,我们先着重讨论直流调速系统。&,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: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,属恒转矩调速方法。对于婆求在一定范围内无级平滑调速的系统來说,这种方法戢好。4变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需耍人容量可调直流电源。改变电动机主磁通①。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),从屯机额定转速向上调速,屈恒功率调速方法。—变化时间遇到的时间常数同▲变化遇到的相比要人得多,响应速度较慢,但所需屯源容量小。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,调速平滑性差,机械特性较软;空载时儿乎没什么调速作川;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,仅在冇些起重机、卷扬机及电年等调速性能要求不窩或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不人,往往是和调压调速配合使用,在额定转速以上作小范围的升速。凶此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主,必耍时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起來使丿U。直流电动机电枢绕组中的电流人与定了主磁通e相互作用,产生电磁力和电磁转矩,电枢伏I而转动。直流电动机电磁转矩中的两个可控参量e和'■是互相独立的,可以非常方便地分别调节,这种机理使直流电动机具冇良好的转矩控制特性,从而冇优良的转速调节性能。调节主磁通①一般还是通过调节励磁电压來实现,所以,不管是调压调速,还是调磁调速,都需要可调的直流电源。,其生产工艺对控制性能都冇一定的要求。例如,精密机床要求加工楮度达到儿十微米至儿微米;重型机床的进给机构需要在很宽的范围内调速,最高和最低相差近300倍;容量儿千kW的初轧机轧辘电动机在不到1秒的时间内就得完成从」E转到反转的过程;高速造纸机的抄纸速度达到1000m/min,%。所有这些要求,椰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岀了不同的转速控制耍求,归纳起來有以下三个方面:调速。在一定的最高转速和最低转速范围内,分档(有级)地或者平滑(无级)地调节转速。稳速。以一定的精度在所需转速上稳定地运行,不因各种可能的外來干扰(如负载变化、电网电压波动等)而产生过大的转速波动,以确保产品质量。力n、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;对不宜经受剧烈速度变化的生产机械,则耍求起、制动尽量平稳。以上三个方面有时都须具备,有时只耍求其中-•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,一般规定儿种性能指标,以便衡量一个调速系统的性能。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,乂称静态指标。例如,调速系统稳态运行时调速范围和静差率,位置随动系统的定位粘度和速度跟踪粘度,张力控制系统的稳态张力误差等等。下面我们具体分析调速系统的稳态指标。调速范围D生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nminZ比称为调速范围,用字母D衣示,即Q=也加 ()其中nmax和nmin-般指额定负载时的转速,对于少数负载很轻的机械,例如楮密磨床,也可以用实际负载的转速。在设计调速系统时,通常视nmax为电动机的额定转速nnom。静差率S当系统在某一转速下运行时,负载山理想空载变到额定负载时所对应的转速降落皿・与理想空载转速noZ比,称为静差率s,即5=^=-=^=-xt0l»6% % (