机床电气控制第8讲(第四章)

下午1时51分第八讲电气调速系统陈光胜教师邮箱:[e-mail]、学生邮箱:[e-mail]:shlgjxxy下午1时51分§1概述§2直流电动机的调速控制§3交流电动机的调速控制电气调速系统下午1时51分电气调速概述1调速的意义提高产品质量提高工作效率节约能源2机床调速的方法机械有级或无级机械电气结合有级或无级电气无级调速系统3电气无级调速特点调速范围宽稳定性好控制灵活远程控制一、调速的基本概念下午1时51分调速：调速即速度调节，是指在电力系统中人为改变电动机的转速，以满足机械在不同工况下的转速要求。nTT3T2T3n1n2n3转速A1：负载特性A2A3转矩机械特性电动机调速图开环调速系统结构下午1时51分稳速：使电动机的转速始终不受外界干扰，始终能精确地保持在给定数值上，即速度稳定。给定转速信号转换电源部分电动机机械负载反馈控制电压电源电压电机转速闭环调速系统结构下午1时51分二、电动机无级调速的类型•按电源种类可分为直流和交流两大类。直流调速系统通常有以下几类：(1)直流发电机—直流电动机(G—M)系统(2)交磁放大机—直流电动机(SKK—M)系统(3)晶闸管—直流电动机(SCR—M)系统(4)脉宽调制—直流电动机(PWM)系统下午1时51分电机的转矩T、转速n功率P的关系通式为式中Km——与电机结构及特性有关常数。恒功率调速特性恒转矩调速特性下午1时51分三、调速的性能指标1.调速范围（D）在额定负载下，电动机能提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比，与机械特性的调速软硬度有关。即：minmaxnnD下午1时51分2.调速的平滑性调速的平滑性亦称公比，它是用某一个转速ni与能够调到的最临近的转速ni-1之比来评价的。以字母φ表示。即：1iinn下午1时51分3.静差度（S）•静差度即速度的稳定度。电动机在某一转速下运行时，机械负载由理想空载变到额定负载所产生的转速降落△ne，与理想空载转速n0之比，即是衡量转速随负载变动的静态指标。静差度S表示：•式中ne——额定负载下的实际转速。00nnnSe0nne下午1时51分机械特性软硬度•电机机械特性：力矩大小发生变化的时，转速受到影响的特性。机械特性软：转速变化量大机械特性硬：转速变化量小图4-6转速与S的关系下午1时51分4.调速的经济性•调速的经济性指标，一般是根据设备费用、能源损耗、运行及维护费用多少来综合评价的。下午1时51分四直流电动机的调速控制小型直流电动机直流电动机剖开原理图下午1时51分RdIdIdFUdEdΦ1、直流电机的机械特性分析下午1时51分1、直流电机的机械特性分析他励直流电动机有以下方程：Ud=Ed+IdRdEd=CeΦnT=CtΦIdUd——电动机的电枢电压Ed——电动机反电动势T——电动机的电磁转矩Ce——电动机的电势常数Ct——电动机的转矩常数Φ——主磁极的磁通Id——电枢电流Rd——电枢绕组电阻UdEdIdUlIlMRd（1）基本方程下午1时51分（2）直流电机的机械特性方程直流电动机的机械特性方程n0——理想空载转速Kt——机械特性斜率△n—转速降落002ddteetURnTnKTnnCCC下午1时51分2直流电机调速方法1）.改变电枢电路外串电阻RRdIdIdFUdEdΦnnTKnTCCRCUntteded002RdIdIdFUdEdΦ增大Rd下午1时51分缺点:电阻愈大则机械特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大,实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。增大Rd下午1时51分2）﹒改变电动机电枢供电电压URdIdIdFUdEdΦnnTKnTCCRCUntteded002增大Ud下午1时51分•特点：（1）电压连续变化，转速可平滑无级调节；（2）调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大。（3）适合于对恒转矩负载进行调速；（4）调节电枢电压可用来启动电机。增大Ud下午1时51分3）﹒改变电动机主磁通ΦnnTKnTCCRCUntteded002RdIdIdFUdEdΦ增大Φ下午1时51分3）.改变电动机主磁通Φ•特点：（1）可以平滑无级调速；（2）调速特性较软；（3）减小Φ，不影响启动电流；（4）启动性能减弱；（5）适合应用于恒功率调速场合。下午1时51分3）﹒改变电动机主磁通ΦeddedtededCIRCUTCCRCUn2增大Φ增大Φn1可见：nT1恒功率调节下午1时51分3直流电动机的功率驱动功率器件:晶闸管、晶体管三相零式电路调速原理1）晶闸管功率驱动下午1时51分2）晶体管放电大路下午1时51分1.转速负反馈晶闸管调速系统(SCR-M)•(1)转速负反馈ＳＣＲ-M系统的组成和工作原理图4-13转速负反馈调速系统4、有静差及无静差的调速控制有静差的调速控制下午1时51分•2、带有PI调节器的自动调速系统•PI调节器在系统中起维持转速不变的作用，亦称速度调节器。给定电压Ug与转速反馈电压Ucf之差作为调节器的输入电压ΔU1，输入等效电路与图4-23a)相同。调节器的输出ΔU2=Uk送入触发电路，控制整流输出电压Udα，从而调节转速n。•可见PI调节器中比例调节器的作用是缩短调节过程，积分调节器的作用是最终消除下午1时51分偏差，带有PI调节器的调速系统是一个无静差调速系统，在要求更高的场合，可采用两个PI调节器组成双闭环系统，此外在调速系统中应用的还有比例——积分——微分(PID)调节器等调速环节。图4-24带PI调节器的转速负反馈系统下午1时51分•5、直流电动机的PWM调速原理•晶体管有两种工作状态：放大状态和开关状态。•实现晶体管脉冲调速的方式主要有以下几种：•(1)脉冲宽度调制(PWM)调速•(2)脉冲频率调制调速•(3)混合调制调速•一个固定的直流电压U经开关K的控制作用下午1时51分来改变加到电动机电枢上的电压。假定开关K的开闭周期(即序列脉冲周期)为T，每次闭合的时间为τ，则电机电枢两端的平均电压为图4-25脉冲调速原理a)线路图b)波形图