劳动社直流调速技术第三章

第三章单闭环直流调速系统闭环直流调速系统就是在开环直流调速系统的基础上增加了反馈比较环节，系统为了稳定输出，通常引入负反馈。闭环调速系统的框图第三章单闭环直流调速系统闭环直流调速系统主要有两大类：单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统。单闭环直流调速系统的分类第三章单闭环直流调速系统第三章单闭环直流调速系统第三章单闭环直流调速系统1．掌握单闭环直流调速系统的结构及各组成部分的作用。2．掌握单闭环直流调速系统的工作原理及系统的自动调节原理。第三章单闭环直流调速系统一、闭环系统的组成及各部分的作用系统主要由晶闸管整流装置、直流电动机、转速环节、比较放大电路等组成。转速负反馈直流调速系统电路图第三章单闭环直流调速系统1．转速检测环节检测转速的常用设备有测速发电机和旋转编码器。转速检测设备a)直流测速发电机　b)旋转编码器第三章单闭环直流调速系统2．比较放大电路比较放大电路采用的是由集成运算放大器构成的比例调节器（也称为P调节器）。其输出信号与输入信号成比例关系：—P调节器的比例放大系数第三章单闭环直流调速系统比例调节器a)比例调节器原理图　b)比例调节器输入—输出特性曲线第三章单闭环直流调速系统调节器的输出电压Uc为：两个输入的比例调节器第三章单闭环直流调速系统比例调节器的特性测试（1）实验器材（2）实验步骤（3）实验演示结论比例调节器的输出电压与输入电压成正比，极性相反，增大反馈电阻的阻值，比例放大系数变大。第三章单闭环直流调速系统二、转速负反馈单闭环调速系统的工作原理1．电动机内部自动调节过程①此调节过程主要通过电动机内部电动势E的变化来进行调节；②调节过程是以转速的改变为前提，当负载发生变化时，通过转速的改变，使其达到新的稳定状态。第三章单闭环直流调速系统2．转速负反馈自动调节过程转速负反馈环节自动调节过程第三章单闭环直流调速系统转速负反馈调速系统的调节过程第三章单闭环直流调速系统结论：①转速负反馈自动调节过程依靠偏差电压来进行调节；②这种系统是以存在偏差为前提的，反馈环节只是检测偏差，减小偏差，而不能消除偏差，因此它是有静差调速系统；③经转速负反馈调整稳定后的转速将低于原来的转速。第三章单闭环直流调速系统当负载转矩减小时，闭环系统的自动调节过程又是怎样的？第三章单闭环直流调速系统三、闭环系统的性能分析1．转速负反馈直流调速系统静特性方程（即转速公式）第三章单闭环直流调速系统闭环系统静特性：调速系统开环机械特性：第三章单闭环直流调速系统根据上面的分析，可以得到转速负反馈闭环直流调速系统的静态结构图。转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图第三章单闭环直流调速系统2．开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多在相同的负载扰动下，开环转速降与闭环转速降之间的关系是：*第三章单闭环直流调速系统闭环系统静特性和开环机械特性的关系第三章单闭环直流调速系统（2）如果比较同一开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多如果使系统开环和闭环的理想空载转速相等（即），开环系统的静差率与闭环系统的静差率之间的关系是：第三章单闭环直流调速系统（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围如果电动机的最高转速都是，而对最低速静差率的要求相同，那么开环系统的调速范围与闭环系统的调速范围之间的关系是：第三章单闭环直流调速系统（4）要获得以上三项优势，闭环系统必须设置放大器通过设置比例调节器，调节Kp的大小，使得放大倍数K足够大。第三章单闭环直流调速系统【例3-1】在例2-2中，龙门刨床要求D=20，s<5%，已知Ks=30，α=0.15V·min/r，Ce=0.2V·min/r，应如何采用闭环系统满足此要求?第三章单闭环直流调速系统结论：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，但须增设比较放大电路以及转速检测反馈装置。第三章单闭环直流调速系统3．闭环系统的基本特性（1）由比例调节器构成有静差调速系统，利用偏差进行控制和调节转速（2）转速跟随给定变化，闭环系统能够抑制包围在负反馈环内的前向通道上的所有扰动（3）闭环系统的精度受到给定和反馈检测环节精度的影响第三章单闭环直流调速系统闭环调速系统的给定作用和扰动作用第三章单闭环直流调速系统1．掌握无静差直流调速系统的结构及PI调节器的作用。2．掌握无静差直流调速系统的工作原理及系统的自动调节原理。第三章单闭环直流调速系统一、积分调节器及其特点1．积分调节器积分调节器a)积分调节器原理图　b)阶跃输入时的输出特性第三章单闭环直流调速系统由运算放大器可构成一个积分电路，其输出电压Uo与输入电压Ui的关系为：—称为积分时间常数第三章单闭环直流调速系统2．转速积分控制的特点积分调节器的输入—输出特性a)阶跃输入　b)负载变化时第三章单闭环直流调速系统3．比例调节器与积分调节器的特点比较有静差调速系统突加负载过程积分控制的无静差调速系统突加负载过程第三章单闭环直流调速系统二、比例积分（PI）调节器比例积分调节器第三章单闭环直流调速系统可用运算放大器构成比例积分（PI）调节器，其电路如图所示，输入电压与输出电压的关系是：PI调节器的输出电压由比例和积分两部分叠加而成，输入电压和输出电压极性相反。第三章单闭环直流调速系统比例积分调节器输入—输出特性a）阶跃输入时的输出特性b）负载变化时的输出特性第三章单闭环直流调速系统三、转速负反馈无静差直流调速系统转速负反馈无静差直流调速系统第三章单闭环直流调速系统稳态时，由于，即，故稳态时转速。当负载增大时，电动机的电磁转矩小于负载转矩，电动机的转速下降，转速检测反馈电压小于给定电压，使得ΔUi<0。转速负反馈无静差直流调速系统自动调节过程第三章单闭环直流调速系统负载增加时系统的调节过程第三章单闭环直流调速系统用输出特性代替有静差调速系统中的放大系数Kp，表明是比例积分调节器，构成无静差调速系统。无静差直流调速系统稳态结构图第三章单闭环直流调速系统无静差直流调速系统的静特性第三章单闭环直流调速系统1．掌握电压负反馈直流调速系统的结构。2．掌握电流正反馈的补偿作用。第三章单闭环直流调速系统一、电压负反馈直流调速系统电压负反馈直流调速系统电路图第三章单闭环直流调速系统电压负反馈直流调速系统静态结构图第三章单闭环直流调速系统在电压负反馈系统中，通过改变给定电压Ug调节电动机的转速。当Ug增大时，其调节过程如下：第三章单闭环直流调速系统电压负反馈调速系统的调节过程第三章单闭环直流调速系统当负载减小时，电压负反馈调速系统的自动调节过程又是怎样的？第三章单闭环直流调速系统结论电压负反馈调速系统的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差一些，一般只适用于调速范围D≤10，静差率s≥15%的场合。第三章单闭环直流调速系统二、带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统带电流正反馈补偿的电压负反馈直流调速第三章单闭环直流调速系统带电流正反馈的电压负反馈调速系统的具体调节过程第三章单闭环直流调速系统带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统静态结构图第三章单闭环直流调速系统1．掌握电流截止负反馈的电路结构及作用。2．掌握带电流截止负反馈的单闭环调速系统的结构及原理。第三章单闭环直流调速系统一、引入电流截止负反馈的原因直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，可能会烧坏晶闸管元件和电动机，因而要设法加以限制。若采用电流负反馈，会使系统的机械特性变软。为此，可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超过某个允许值（称为阈值）时才起作用，这就是电流截止负反馈。第三章单闭环直流调速系统二、电流截止负反馈环节电流截止负反馈环节a)利用独立直流电源作比较电压　b)利用稳压管产生比较电压第三章单闭环直流调速系统带电流互感器的电流截止负反馈环节第三章单闭环直流调速系统三、带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统第三章单闭环直流调速系统1．电流截止负反馈的调节原理当电枢电流Id小于临界截止电流Ijz时，电流截止负反馈不起作用。当电枢电流Id大于截止电流Ijz时，电流截止负反馈起调节作用，具体调节过程如下：电流截止负反馈的调节过程第三章单闭环直流调速系统2．带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的特点（1）机械特性的这种两段式静特性常称为下垂特性或挖土机特性。（2）Idm称为堵转电流。电流截止负反馈的挖土机特性第三章单闭环直流调速系统3．电流截止负反馈环节的参数电动机的堵转电流Idm应小于电动机允许的最大电流，一般取Idm=（1.5~2）IN。从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，临界截止电流应大于电动机的额定电流，一般取Ijz≥（1.1~1.2）IN。第三章单闭环直流调速系统在主电路中，有时在整流电路的交流输入侧还串入快速熔断器，以防止电路发生短路。要求较高的场合，还增设过电流继电器，以防止电流截止负反馈环节故障时，把整流电路中的晶闸管元件烧坏。在参数整定时，要求：熔断器熔丝额定电流>过电流继电器动作电流>堵转电流。第三章单闭环直流调速系统四、带电流截止负反馈的无静差直流调速系统实例无静差直流调速系统示例第三章单闭环直流调速系统带电流截止负反馈的无静差直流调速系统的静特性第三章单闭环直流调速系统一、实训目的1.熟悉转速负反馈单闭环直流调速系统的电路结构。2.熟练掌握转速负反馈单闭环直流调速系统的接线。3.掌握转速负反馈单闭环直流调速系统的调试方法。第三章单闭环直流调速系统二、实训内容1.转速负反馈单闭环直流调速系统的主电路接线和控制电路接线。2.转速负反馈单闭环直流调速系统的通电调试。3.求取转速负反馈单闭环直流调速系统的工作机械特性。第三章单闭环直流调速系统三、实训器材实训设备、工具及仪表清单 序号 型号 数量 备注 1 电力电子及电气传动实验台 求是公司的MCL-II型 1台 2 三相可调交流电源 输出0~380V、50Hz三相对称交流电 1个 型号自定 3 三相整流及触发装置、可调电抗器 MCL-33 1套 4 给定电位器、转速调节器、速度变换器 MCL-18 1组 5 可调电容器 MEL-11 1个 6 直流电动机 PN=185W、UN=220V、IN=1．1A、n=1500r/min 1台 7 测速发电机及测功机 MEL-13组件 1组 8 双踪示波器 GOS-620 1台 或型号自定 9 万用表 数字式或指针式 1只 或型号自定 10 电流表、电压表 MEL-06A 各1只 11 一字旋具 1把第三章单闭环直流调速系统四、实训步骤1.转速负反馈单闭环直流调速系统的接线转速负反馈单闭环直流调速系统实验原理图第三章单闭环直流调速系统（1）主电路接线转速负反馈单闭环直流调速系统接线示意图第三章单闭环直流调速系统（2）控制电路接线首先将给定电位器输出电压Ug接到速度调节器ASR的输入端“2”，再将测速发电机检测的转速反馈电压信号经速度变换器接到速度调节器ASR的输入端“1”，通过速度调节器ASR的比较放大，将输出信号接至触发电路移相控制电压Uct端,同时把速度调节器ASR的“5”“6”点短接，构成比例调节器。第三章单闭环直流调速系统2.通电调试（1）触发电路的调试（2）开环直流调速系统的调试（3）控制电路中各部件的调试（4）转速负反馈有静差调速系统的调试第三章单闭环直流调速系统电压Ud、电流Id、转速n的数值变化表 系统参数 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组 变化趋势 开、闭环 电流Id 开环系统 转速n 电压Ud 单闭环有静差系统 转速n 电压Ud第三章单闭环直流调速系统调速系统机械特性曲线a)开环系统机械特性曲线　b)单闭环有静差系统机械特性曲线第三章单闭环直流调速系统3.将闭环机械特性与开环机械特性进行比较，得出结论单闭环机械特性曲线比开环机械特性曲线下倾角度　　　　（大、小），当负载发生变化时，转速波动相比开环时　　　　　　你（大、小）得多，说明转速负反馈起作用。当负载增加时，单闭环调速系统电动机的转速　　　　（先减小后增大基本保持不变、先减小后增大但仍有所降低、升高），说明此系统是　　　　（有静差、无静差）调速系统。第三章单闭环直流调速系统一、实训目的1.熟练掌握转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的接线。2.掌握转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的调试方法。第三章单闭环直流调速系统二、实训内容1.转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的接线。2.转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的通电调试。3.求取转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的工作机械特性。4.与开环调速系统和单闭环有静差调速系统进行比较并得出结论。第三章单闭环直流调速系统三、实训器材实训设备、工具及仪表清单 序号 材料 型号 数量 备注 1 电力电子及电气传动实验台 求是公司的MCL-Ⅱ型 1台 2 三相可调交流电源 输出0~380V、50Hz三相对称交流电 1个 或型号自定 3 三相整流及触发装置、可调电抗器 MCL-33 1套 4 给定电位器、转速调节器、速度变换器 MCL-18 1组 5 可调电容器 MEL-11 2个 6 直流电动机 PN=185W、UN=220V、IN=1.1A、n=1500r/min 1台 7 测速发电机及测功机 MEL-13组件 1组 8 双踪示波器 GOS-620 1台 或型号自定 9 万用表 数字式或指针式 1只 或型号自定 10 电流表、电压表 MEL-06A 各1只 11 一字旋具 1把第三章单闭环直流调速系统四、实训步骤1.无静差直流调速系统的接线无静差直流调速系统实验原理图第三章单闭环直流调速系统（1）主电路接线转速负反馈单闭环直流调速系统接线示意图第三章单闭环直流调速系统（2）控制电路接线转速负反馈单闭环无静差直流调速系统接线图第三章单闭环直流调速系统2.通电调试（1）触发电路的调试（2）开环直流调速系统的调试（3）控制电路中各部件的调试（4）转速负反馈有静差调速系统的调试（5）转速负反馈无静差调速系统的调试第三章单闭环直流调速系统电压Ud、电流Id、转速n的数值变化表 系统参数 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组 变化趋势 有、无静差 电流Id 单闭环有静差系统 转速n 电压Ud 单闭环无静差系统 转速n 电压Ud 第三章单闭环直流调速系统单闭环调速系统机械特性曲线a)单闭环有静差调速系统机械特性曲线　b)单闭环无静差调速系统机械特性曲线第三章单闭环直流调速系统3.与有静差单闭环调速系统的机械特性进行比较无静差调速系统机械特性曲线　　　　　（接近为一条直线、下倾比较明显、上翘），当负载发生变化时，PI调节器起调节作用，电动机的转速　　　　　（先减小后增加基本保持不变、先减小后增大仍有所降低、升高）。第三章单闭环直流调速系统一、实训目的1.认识直流调速柜电压负反馈单闭环系统的各组成部分的结构位置。2.掌握电压负反馈单闭环直流调速系统的安装接线与调试。3.能够对电压负反馈直流调速系统进行简单的故障排除。4.熟悉带电流截止负反馈的调试方法及故障排除。第三章单闭环直流调速系统二、实训器材实训设备、工具及仪表清单 序号 材料 型号或规格 数量 备注 1 直流调速柜 DSC-32型或DSC-5型 1台 2 万用表 数字式或指针式 1只 或型号自定 3 双踪示波器 GOS-620 1台 或型号自定 4 试电笔 1支 5 一字旋具 1把第三章单闭环直流调速系统三、实训步骤1.认识电压负反馈单闭环直流调速柜各组成部分及结构位置电压负反馈单闭环直流调速系统第三章单闭环直流调速系统单闭环控制电路中的调节板和隔离板第三章单闭环直流调速系统（1）认识电压隔离板YGD隔离板YGD实物图第三章单闭环直流调速系统（2）认识调节板TJB调节板（TJB）实物图第三章单闭环直流调速系统调节板TJB面板上各电位器及测试点的作用 电位器 功能 测试点 功能 RP1 正限幅，其整定值为最小整流角 S1 测试电压给定值 RP2 负限幅，其整定值为最小逆变角 S2 测试PI调节器输出值 RP3 截流值大小调整 S3 测试过流值 RP4 过流值大小调整 S4 测试截流值 RP5 过流值设定(在线路板上) S5 空 RP6 给定积分值调整(在线路板上)第三章单闭环直流调速系统（1）主电路接线单闭环直流调速系统的主电路接线方法与开环系统主电路的接线方法相同，参见实训2。（2）控制电路接线调节板的正面视图第三章单闭环直流调速系统3.通电前的检查（1）校对电源相序用示波器（或相序表）校对主电源与同步变压器的相序是否对应。（2）继电控制电路接通电源,按规定顺序操作面板上的按钮，检查继电器工作状态和控制顺序是否正常，此时各控制板均已拆下，不工作。第三章单闭环直流调速系统（3）开机操作顺序如下1）接通标有“控制电路接通”的主令开关QS1,控制回路接触器KM2线圈得电,常开触点闭合,控制回路电源接通。2）接通标有“主电路接通”的主令开关QS2，主回路接触器KM1线圈得电，常开触点闭合，整流变压器T1得电。3）按下“给定回路得电”按钮SB2，给定回路继电器KA线圈得电，常开触点闭合,给定回路电源接通。第三章单闭环直流调速系统（4）停机操作顺序如下1）按下“给定回路断开”按钮，给定电路被切断。2）关断“主电路接通”主令开关QS2，KM1线圈失电，常开触点断开，切断主电路电源。3）关断“控制电路接通”主令开关QS1，KM2线圈失电，常开触点断开，切断控制电路电源。第三章单闭环直流调速系统（5）继电线路检查继电线路检查流程图第三章单闭环直流调速系统4.单闭环直流调速系统的调试（1）对各控制板的调试1）电源板直流电源板调试流程图第三章单闭环直流调速系统电源极输入电压电源板输出电压 线号 相对导线200的电压(V) 227 228 229 230 231 232 测试点(V) 参考电位测试点S4 S1 S2 S3第三章单闭环直流调速系统2）隔离板。首先检查各输入量是否正常，即+15V是否正常，接线是否正确。而后插入电源板和隔离板,此时主电路尚未工作，所以导线44线与45线均无电压。闭合控制电路，若有蜂鸣声，则表示振荡变压器工作正常，2kHz方波已经产生。3）触发板。触发板主要为晶闸管提供双窄脉冲。第三章单闭环直流调速系统5.一般故障的检测与排除（1）隔离板常见故障的检修（2）调节板常见故障*