晶闸管-直流电动机单闭环调速系统

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1、题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统第一章绪论直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，已满足工作机械的要求。从机械特性上看就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和负载机械特性的的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。直流调速系统的控制方式包括，开环控制-按给定值操纵，开环控制—按干扰补偿，闭环控制系统—按偏差调节，复合控制系统。本文着重对晶闸管电动机调速系统的开环工作机械特性，单闭环有静差和无静差工作的系统静特性，双

2、闭环机械特性和该系统闭环控制特性进行试验研究。并应用MATLAB软件对系统模型进行了仿真研究。关键词：直流电机调速；开环；单闭环；双闭环；MATLAB仿真第二章晶闸管直流调速系统开环特性2.1直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时

3、间ts和震荡次数N三个指标来衡量，图2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机系统（造纸机），则不允许有超调量。调整时间ts反映了系统的快速性。例如，连轧机ts为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。振荡次数也反映了系统的稳定性。例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨与轧机则允许振荡1次

4、，而造纸机不允许有振荡。图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。一般用最大动态速降Δnmax，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。由于最大动态速降与扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。振荡次数N同样代表系统的稳定性与抗扰动能力图2.2突加负载时的动态响应曲线2.2晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图2.3V-M系

5、统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。由半控整流电路构成的V-M系统只允许单象限运行（图2.3a），全控整流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图2.3b）。必须进行四象限运行时（图2.3c），只好采用正、反两组全控整流电路，所用变流设备要增加一倍。最后，谐波与无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。当系统处于深调速状态，即在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低

6、，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，这就是所谓的“电力公害”。在这种情况下，必须添置无功补偿和谐波滤波装置。2.3晶闸管开环直流调速系统与开环机械特性图2.4晶闸管直流调速系统电气原理图图2.5闸管触发与整流装置动态结构图晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本系统中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调电压，以实现直流电动机的调速。系

7、统原理如图2.4。1，系统的组成及调节原理系统的组成图如2.5，调节→改变移相角α→改变Ud→n改变2，触发脉冲的相位控制调节触发装置GT输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。如果把整流装置内阻移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理想空载瞬时值ud0和平均值Ud0来表示，瞬时电压平衡方程：（式2.2）式中E为电动机反电动势；id为整流电流瞬时值；L为主电路总电感；R主电路等效电阻；第三章转速负反馈单闭环直流调速系统3.1转速

8、负反馈单闭环直流调速系统的问题的提出晶闸管-电动机开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，可以找到一些用途。但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小常有波动，但是，为了保证工件的加工精度和加工后