電機(jī)拖動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-09-04 08:31 本頁面
【正文】 礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切割機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中 得到了廣泛的應(yīng)用。近年來直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以首先應(yīng)該很好的掌握直流 系統(tǒng) 。我們可以首先從單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)來研究。 由于系統(tǒng)需要觀察較多的性能，計(jì)算參數(shù)較多，而 MATLAB 中的 Simulink 實(shí)用工具可直接構(gòu)建其動(dòng)態(tài)模型，省去大量的計(jì)算，通過修改動(dòng)態(tài)模型可完善系統(tǒng)性能。 直流調(diào)速系統(tǒng)概述 從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置伺服系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)等其他多種類型，各種系統(tǒng)往往是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)目前分為交流和直流調(diào)速控制系統(tǒng)，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍廣，靜差率小 、 穩(wěn)定性好并且具有良好的動(dòng)態(tài)性能。因此在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，高性能的調(diào)速系統(tǒng) 幾乎都采用了直流調(diào)速系統(tǒng)。 相比于交流調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上更加成熟。 直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在 20世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的電力電子技術(shù)，使電能可以轉(zhuǎn)換和控制，產(chǎn)生了現(xiàn)代各種高效、節(jié)能的新型電源和交直流調(diào)速裝置，為工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，建筑、辦公、家庭自動(dòng)化控制設(shè)備提供了現(xiàn)代化的高新技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和人們的生活質(zhì)量，因此，人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活發(fā)生了巨大變化。隨著新型電力電子器件的研究和開發(fā)，先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，電力電子和電力傳動(dòng)控制裝置的性能也不斷優(yōu)化和提 高，這一變化的影響將越來 越大 。 單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，其良好的調(diào)速性能、低廉的價(jià)格越來越被大眾接受。3 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器 、 平波電抗器 、 晶閘管整流調(diào)速裝置 、 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 、 閉環(huán)控制系統(tǒng)組成。我們可以通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，非常方便，高效。 2 直流電動(dòng)機(jī)工作原理 如果將直流電壓直接加到線圈上，導(dǎo)體中就有直流電流通過。設(shè)導(dǎo)體中的電流為 i，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到電磁力 f， f=bil，作用于線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩 T則等于 2倍的電磁力乘上力臂，即 2 2DT f bilD?? （ ） 式 （ ） 中， D為電樞外徑。 若電流 i為恒定，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，氣隙磁通密度 b 的方向?yàn)橐徽回?fù)，因此電磁轉(zhuǎn)矩 T將是交變的，一個(gè)周期的平均值為 0，無法使電樞持續(xù)旋轉(zhuǎn)，然而在直流電動(dòng)機(jī)中，電流并非直接接入線圈，而是通過兩個(gè)電刷和換向器再接入線圈，這樣情況就不同了。因?yàn)閮蓚€(gè)電刷靜止不動(dòng)，電流 i總是從正極性電刷流入，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的換向片，由另一個(gè)電刷負(fù)極性電刷流出。故當(dāng)導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)而交替的處于兩個(gè)磁極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，并使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電刷和換向器起到把外部電源流入的直流， 改變成線圈內(nèi)的交流的“逆變”作用。這就是直流電動(dòng)機(jī)的 工作原理。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：主要是要求系統(tǒng)能在最高和最低轉(zhuǎn)速內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，并且在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)能穩(wěn)定運(yùn)行，而在某一 轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，盡量少受負(fù)載變化及電源電壓波動(dòng)的影響。因此穩(wěn)態(tài) 指標(biāo)就是調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍和靜差率。 調(diào)速范圍 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 之比叫做調(diào)速范圍，4 用字母 D表示，即 maxminnD n? （ ） 其中 maxn 和 minn 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。 靜差率 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 nomn? ，與理想空載轉(zhuǎn)速 0n 之比，稱作靜差率 s，即 0nomns n?? （ ） 靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。 調(diào)速范圍和靜差率兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的必須同時(shí)提才有意義。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所提靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對(duì)靜差率的要求， 任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。 調(diào)速的平滑性 相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度叫做調(diào)速的平滑性?？捎闷交禂?shù) 來衡量，它是相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，即 1iinn??? （ ） 越接近于 1，平滑性越好。 在 以下時(shí)，可認(rèn)為轉(zhuǎn)速基本上連續(xù)可調(diào)，級(jí)數(shù)接近無窮多，稱作無級(jí)調(diào)速。5 3 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) VM 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 由晶閘管變流裝置直接給直流電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速 系統(tǒng) ，稱為晶閘管 電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 VM系統(tǒng)。其原理圖如圖 所示。圖中 VT 是晶閘管變流裝置，可以是單向、三相或者更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通
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