开环直流调速控制系统 .docx

精品名师归纳总结一、绪论直流调速是现代电力拖动自动掌握系统中进展较早的技术。在20 世纪 60 岁月，随着晶闸管的显现， 现代电力电子和掌握理论、电脑的结合促进了电力传动掌握技术讨论和应用的富强。晶闸管- 直流电动机调速系统为现代工业供应了高效、高性能的动力。 尽管目前沟通调速的快速进展，沟通调速技术越趋成熟， 以及沟通电动机的经济性和易保护性，使沟通调速广泛受到用户的欢送。但是直流电动机调速系统以其优 良的调速性能仍有宽阔的市场，并且建立在反馈掌握理论基础上的直流调速原理也是沟通调速掌握的基础。现在的直流和沟通调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本掌握原理有其共性。长期以来， 仿真领域的讨论重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为电脑所接受，然后再编制成电脑程序，并在电脑上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 MATLAB供应动态系统仿真工具Simulink，就是众多仿真软件中最强大、最优秀、最简洁使 用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的特别简洁， 而且仿真过程是交互的，因此可以很随便的转变仿真参数，并且立刻可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，仍可以对仿真结果进行分析和可视化。Simulink可以超越抱负的线性模型去探究更为现实的非线性问题的模型，Simulink会使你的电脑成为一个试验室，用它可对各种现实中存在 的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。传统的讨论方法主要有解析法，试验法与仿真试验， 其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。 随着生产技术的进展， 对电气传动在启制动、 正反转以及调速精度、调速范畴、 静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩掌握性能好，从 20 世纪 30 岁月起，就开头使用直流调速系统。它的进展过程是这样的：由最早的旋转变流机组掌握进展为放大机、磁放大器掌握。再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟掌握器实现直流调速。再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM掌握电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用特别广泛。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二、开环直流调速掌握系统组成及原理直流电动机的稳态转速:nUIRCe可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n 转速 r/min 。 U电枢电压 V。I 电枢电流 A。 R电枢回路总电阻 。Ce电动机在额定磁通下的电动势系数。调剂直流电动机转速的方法有：1调剂电枢供电电压。2减弱励磁磁通。3转变电枢回路电阻。自动掌握的直流调速系统往往以变压调速为主。工作条件： 保持励磁=N 。 保持电阻 R = Ra调剂过程：转变电压UNU。 Un。 n0调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移，见图1。图 1 调压调速特性曲线图 2 给出了晶闸管电动机调速系统V M系统的原理图，图中VT 是晶闸管可控整流器，GT是触发器， L 是平波电抗器， M是直流电动机，给定信号Uc 能掌握 GT触发器的触发角度，从而掌握整流器VT 的整流输出电压值，到达掌握电机调速的目的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2晶闸管电动机调速系统电气原理图直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，并通过转变触发器移相掌握信号Uc 调剂晶闸管的掌握角，从而转变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图3 所示。在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一沟通电源，直流电动机励磁由直流电源直接供。图 3直流开环调速系统电气原理任何一台需要掌握转速的设备，其生产工艺对调速性能都有肯定的要求。例如， 最高转速与最低转速之间的范畴， 是有级调速仍是无级调速，在稳态运行时答应转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时答应的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转速掌握的要求有以下三个方面：(1) 调速。在肯定的最高转速和最低转速范畴内，分档的有级或平滑的无级调剂转速。(2) 稳速。 以肯定的精度在所需转速上稳固运行，在各种干扰下不答应有过大的转速波动，以确保产品质量。(3) 加、减速。频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率。不宜经受猛烈速度变化的机械就要求起、制动尽量平稳。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“调速范畴”和“静差率”。这两个可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结指标合称调速系统的稳态性能指标。(1) 调速范畴生产机械要求电动机供应的最高转速和最低转速之比叫做调速范畴，用字母D 表示，即Dnmax nmin其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。(2) 静差率当系统在某一转速下运行时，负载由抱负空载增加到额定值时所对应的转速降落，与抱负空载转速之比，称作静差率 S，即snNn0明显， 静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳固度的。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳固度就越高。然而静差率与机械特性硬度又是有区分的。一般变压调速系统在不同转速下的机械特性是相互平行的，对于同样硬度的特性，抱负空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳固度也就越差。由此可见，调速范畴和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必需同时提才有意义。在调速过程中， 假设额定速降相同，就转速越低时，静差率越大。假如低速时的静差率能满意设计要求，就高速时的静差率就更能满意要求了。因此，调速系统的静差率指标应以最低速进所能到达的数值为准。(3) 直流变压调速系统中调速范畴、静差率和额定速降之间的关系在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速，假设额定负载下的转速降落为，就根据上面分析的结果，该系统的静差率应当是最低速时的静差率，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结snNn0minnNnminnN可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结于是，最低转速为nminnN1nNssnN s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结而调速范畴为Dnmax nminnN nmin可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结将上面的式代入，得DnN s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结nN 1s上式表示变压调速系统的调速范畴、静差率和额定速降之间所应满意的关系。对于同一个调速系统， 值肯定，由上式可见，假如对静差率要求越严，即要求S 值越小时，系统能够答应的调速范畴也越小。三、 数学模型建立与动态结构图假设用单位阶跃函数表示滞后，就晶闸管触发器与整流器的输入输出关系为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U d 0K sU ct1tTs 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结利用拉氏变换的位移定理，可求出晶闸管触发器与整流器的传递函数为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结sW sU d 0 sK e Tss可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U ctss可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于上式中包含指数函数，它使系统成为非最小相位系统，分析和设计都比较麻烦。为了简化，将该指数函数按泰勒 Taylor 级数绽开，就变成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W sK e TssK sK s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结sseTss1Tss122Tss2.13 3Tss3.Ks可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结考虑到很小，因而可忽视高次项，就传递函数便近似成为一阶线性环节。3.2直流电动机数学模型他励直流电动机在额定励磁下的等效电路如图5 所示。图 4 他励直流电动机在额定励磁下的等效电路假定主电路电留恋续，动态电压方程为：Ws s1Tss可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U d 0RI dL dI dE dt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电动机轴上的动力学方程：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结TeTLGD 2 dn375 dt可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：包括电动机空载转矩在内的负载转矩，GD 2 电力拖动装置折算到电动机轴上的飞轮惯量，C30Cme 电动机额定励磁下的转矩系数，GD 2RTm 电力拖动系统机电时间常数。375CeCm在零初始条件下，取拉氏变换，得电压与电流间的传递函数为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结I d sU d 0 sE s1RT1s1电流与电动势间的传递函数为EsI d sRTm sI d sU do s+1/ RI d s-E sT s11RTm sEsa 电压电流间的结构框图b电流电动势间的结构框图U do s+1/ RI d sREs1ns-E sT1s1T smCec 直流电动机的动态结构框图图 5 额定励磁下直流电动机的动态结构框图直流电动机的输入量：施加在电枢上的抱负空载电压Ud0，是掌握量。3.3 V-M开环调速系统的动态结构图V-M 开环调速系统的动态结构图如图6 所示。Udos+UcsKs1/RT1s 1I d sREs1nsTs1T smC-eEs图 6 V-M 开环调速系统的动态结构图四、 电路仿真4.1仿真原理图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4.1直流电动机开环调速系统仿真结构框图4.2 全压启动电动机的转速，转矩和电流的变化情形图 4.2全压启动转速变化情形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4.3全压启动电流变化情形图 4.4全压启动转矩变化情形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.3 全压启动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化情形图 4.5全压启动后加额定负载时电动机的转速变化情形图 4.6全压启动后加额定负载时电动机的电流变化情形可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4.7全压启动后加额定负载时电动机的转矩变化情形五、总结本课程的课程设计是在学习完电力拖动自动掌握系统课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对电力拖动自动掌握系统理论学问的懂得和对这些理论的实际应用才能，提高对实际问题的分析和解决才能，以到达理论学习的目的, 培育应用电脑帮助设计和撰写设计说明书的才能。熟识电力拖动自动掌握系统基本学问及Matlab 仿真软件。我通过这次的锤炼学到了很多的东西,不仅锤炼了自己的摸索才能、运算才能、 绘图才能， 仍锤炼了综合运用学问的才能， 不仅明白电动机如何调速， 而且也会运用运算， 直到如何选用适当的电动机。同时， 我也是在这次课程设计中看到了自己的不足，我仍有很多未知的学问要学，直到学海无涯， 知道了今后需要更加努力，使自我能够不断更加完善。通过这次的课程设计的锤炼，我学到了很多的东西，可以说是收益非浅。学问就是力气，我会不断充实自我，用学问武装自我，做个有用的人！ 六、参考文献1 陈伯时 .电力拖动自动掌握.北京：机械工业出版社，20212 冯信康，杨兴瑶 .电力传动掌握系统原理与应用.北京：水利水电出版社，19853 周德泽 .电气传动掌握系统的设计.北京：机械工业出版社，19894 林瑞光 .电机与拖动基础 .杭州：浙江高校出版社，20075 李华德 .电力拖动掌握系统.北京：电子工业出版社，20066 阎治安，崔新艺，苏少平.电机学 .西安：西安交通高校出版社，20067 孙亮，杨鹏 .自动掌握原理 .北京：北京工业高校出版社，20068 王兆安，黄俊 .电力电子技术 .北京：机械工业出版社，2004可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录一、绪论 .0二、开环直流调速掌握系统组成及原理.12.1 直流电机调压调速原理 .12.2 晶闸管整流器 - 电动机系统组成及原理.12.3 直流电动机开环调速系统仿真的原理.2三、 数学模型建立与动态结构图 .33.1 晶闸管传递函数 .33.2直流电动机数学模型 . .43.3 V-M 开环调速系统的动态结构图 .5四、 电路仿真 .54.1仿真原理图 . .54.2 全压启动电动机的转速，转矩和电流的变化情形.64.3 全压启动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化情形.8五、总结 .9六、参考文献 .9可编辑资料 - - - 欢迎下载