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1、自动控制系统论文直流调速系统17引言直流电动机和交流电动机相比,其制造工艺复杂,生产成本高,维修困难,需备有直流电源才能使用。但因直流电动机具有宽广的调速范围,平滑的调速特性，较高的过载能力和较大的起动、制动转矩,因此被广泛地应用于调速性能要求较高的场合。在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合,直流调速系统发挥着极为重要的作用,高精度金属切削机床,大型起重设备、轧钢机、矿井卷扬、城市电车等领域都广泛采用直流电动机拖动。特别是晶闸管—直流电动机拖动系统,具有自动化程度高、控制性能好、起动转矩大,易于实现无级调速等优点而被广泛应用。而且，直流调速系
2、统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此加强对直流调速系统的发展有利于更进一步发展交流调速系统，促进调速系统的进一步完善。晶闸管直流调速系统有可逆调速和不可逆调速两种。不可逆直流调速系统只适用于不要求改变电动机转向或不要求经常改变电动机转向,同时在停车时对快速性又无特殊要求的生产机械,如车床、镗床等。在工业生产中,某些生产机械要求电动机既能频繁正反转又能快速起动、制动,如龙门刨床、可逆轧钢机等,这些生产机械就需要采用可逆直流调速系统。直流电动机的调速方法有三种,即电枢回路串电阻调速、弱磁调速和调压调速。其中弱磁调速
3、和调压调速均可实现无级平滑调速,调压调速的调速范围大,调速性能最好,是应用最为广泛的自动调速方法。采用调压调速的直流调速系统,需要一可控直流电源为直流电动机电枢供电。常见的可控直流电源有三种:旋转变流机组、静止可控整流器和直流斩波器。相应的直流调速系统也有三种:即发电机-电动机调速系统,晶闸管相位控制直流调速系统和直流斩波器调速系统。晶闸管相位控制直流调速系统和发电机-电动机调速系统相比,具有放大倍数大、快速好、效率高、经济性好、体积小、控制方便、运行噪声小等优点;而直流斩波器调速系统和晶闸管相位控制直流调速系统相比,又具有功率器件少、线路简单、调速范
4、围宽、快速响应好、效率和功率因数高等优点,但因受器件容量等因素的限制,目前主要用于中小功率的调速系统。在工业生产上,早期应用的是发电机-电动机调速系统,随着电子技术的发展,晶闸管相位控制直流调速系统获得越来越广泛的应用。17目录1、直流调速概念1．1调速概念……………………………………………………41.2直流调速类型……………………………………………41.3直流调速性能指标………………………………………62、自动控制系统概念2.1开环控制系统……………………………………………92.2闭环控制系统……………………………………………93、晶闸管-电动机直流
5、调速控制系统3.1开环直流调速系统存在的问题………………………..103.2速度负反馈单闭环调速系统的组成及静特性………...113.3单闭环调速系统的动态分析…………………………12 3.4单闭环无静差直流调速系统…………………………123.5单闭环调速系统的限流保护——电流截止负反馈…143.6转速、电流双闭环直流调速系统组成及静特性……154、总结…………………………………………………………165、参考文献……………………………………………………17171、调速概念及直流调速类型1.1调速概念被控对象：电动机被调量：速度调速：为了满足生产机械的要
6、求，人为的改变电机的转速。稳速：把负载变化、电网波动等因素对电机转速的影响，通过调节作用降到最低限度，甚至消除。调速系统要求调速和稳速相结合。速度要求可调，但调至到某一速度运行时，要求速度要稳定。1.2流调速分类机械调速：人为的改变传动比，有级调速（汽车）。n电气调速：改变电机转速。直流电机的转速和其它参数的关系可以表示为：n：电机转速（r/min）；U3U2U1UNIU：电枢供电电压（V）；I：电枢电流（A）；nNR：电枢回路总电阻（Ω）；Φ：励磁磁通（Wb）；n1Ke：由电机结构决定的电动势常数。可改变如下参数调速：n2调节U(降压调速，如图1-1
7、)工作条件：保持励磁F=FN；n3电阻R=Ra调节过程：O改变电压UN®U¯®n¯，n0¯IL调速特性：图1-1随着U¯，转速下降，机械特性曲线平行下移。nn0OTeTL图1-2FNF1F2F3nNn1n2n3调节Φ（弱磁调速，如图1-2）工作条件：保持电压U=UN；电阻R=Ra；调节过程：减小励磁从FN®¯F17®n，n0调速特性：随着¯F，转速上升，机械特性曲线变软。调节R（电枢串电阻调速，如图1-3）工作条件：保持励磁F=FN；电压U=UN；调节过程：增加电阻从Ra®Rn®n¯，n0不变；调速特性：no随着R，转速下降，R0机械特性曲线变软。n1
8、n2n0R1n3R2R3IIL图1-3对于要求在一定范围内平滑调速的系统来说，调压方式最好改变
