交流直流调速1159页全书电子教案完整版课件

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1、当系统处于稳态时,近似认为速度反馈系数为nUUnfnV/(r/min)0 *NnnU分压系数的DC测速发电机负载电阻不能过小,否则负载电流过大会引起测速发电机电枢反应过大,影响测量精度,同时增加电阻容量。测速发电机的负载电流一般为其额定电流的20%。00 00 0211 NC RRR 21 RR 21 RR 2071 npnuniarnnctu 0 dul U2(4)测速发电机,ZYS231/110永磁体,额定数据:1W,110V,21A,1900r/min (5)生产机械要求:D=10,S=05 lU2解:根据系统的静态参数计算如下:(1)为了满足静态调速指标,电机在额定负载下的静态速度降为

2、:min/7) 01 (1 确定系统的开环放大系数k,其中all cln 1)1(nncleeclcrikkrin,all due to min)/(V1 015001. RNIRUCNNANE 7.301 71 03.0116k(3)根据测速发电机参数ncrrrnunfn 211 rvcnmin DC稳压电源为15V,最大转速时给定电压为10V,对应的电机转速为额定转速 在晶闸管整流器移相控制电压从07V起变化,晶闸管整流器电压从0230V起变化,整流变压器Y/Y接法,二次线电压=230V (2)V-M系统,主回路总电阻R=3的情况下,与电机转速表的硬轴连接。例2的图5所示的速度闭环系统是

3、已知的。(1)DC电机额定参数:= 22kW,= =1,= 1500 r/min opopoponnns 0 clop n 00 clclnnskssopcl 1k 11(3)系统调速范围大大增加。如果电机的最大速度都是,且开环和闭环系统要求的静态误差率相同,则调速范围分别为,代入公式(4)。get(6)nn)1(snsndopnop)1(sndclnclopcldkd)1(为了充分显示上述优点,关键是提高闭环系统的放大倍数k,要设置检测反馈装置和足够放大倍数的调节器。这样,闭环系统可以获得比开环系统硬得多的静态特性。DEOPICRN 1(KCRINEDCLKNOPCL 1k 11(2)系统静

4、态误差率降低,稳态速度精度高。空载转速相同时,开环系统和闭环系统的静态误差率为:当,(5)闭环中的静态误差率降低到开环的两倍。因此,可以看出闭环系统比开环系统具有以下优点:(1)静态速度降小,特性硬。在相同的负荷下,两个系统的速度下降就是它们之间的关系。(4)在相同负载下,闭环速度降减小到开环速度降的两倍,闭环的静态特性硬度大大提高。fnU0dU在闭环系统中,每增加(或减少)一次负载,整流电压就相应增加(或减少)一次,机械特性也随之改变,这样就可以将许多开环特性中的一个对应的工作点(A,B,C,D)连接起来,形成闭环系统的静态特性。通过比较放大,提高了晶体门极管整流器件的输出电压,使系统工作在

5、新的机械特性下,转速相应上升。闭环系统中有转速反馈信号。当转速稍微下降时,反馈电压就会反映在开环系统中。当负载电流增大时,支点电路的电压降会增大,静态速度降会增大,电机转速会降低,clldeensnnikcrkcukkn 0 *)1()1(cln cln的上述两个表达式形式相似,但本质不同。图4将它们与opodeenspeednninccukkcriun 0 * 0 OPN 0 OPN的闭环静态特性进行了比较。对于闭环稳态快速下降,比较开环系统机械特性和闭环系统的静态特性,断开速度反馈回路,使上述系统开环机械特性的平方方程如式(2)所示,这是理想的开环空载特性;利用叠加原理对开环系统的静态降速

6、PKSK(r/PKSK(r/min)/VaxRRRLixRRRaR,系统的静态特性方程可以得到为)1()1(/1/1/11 * kcrickuckkk crickkuckuned NESSPEPESPENSPDN开环放大倍数前向链路乘积vs扰动开环放大倍数前向通道乘积对给定eSpCKKK1公式,闭环系统的开环放大系数根据上式调用。得到如图3所示的系统静态结构图。系统各环节输入输出的静态关系如下:电压比较环节:比例放大器:晶闸管整流器及触发装置:速度检测环节:V-M系统的开环机械特性:nnnuuuf * ntukupctsduku 0 nckncrrrrunnf 211 fed criund 0

7、以上类型中,是调速器(放大器)的放大系数;是晶闸管整流器和触发装置的电压放大系数;为速度反馈系数;是电枢电路的总电阻;为整流器内阻+电抗器电阻;对于忽略DC电源的电机电枢电阻和工作在电流连续段的电位器内阻系统,利用FNU * fnU * nununctu 2单闭环调速系统的稳态特性、稳态特性和稳态结构图、静态特性和稳态结构图对系统的静态特性进行分析,并作出如下假设:各典型环节的输入输出是线性的。解决方法:s3时,调速范围3。5) 3.01 (1153.01430) 1 (SNSNDNN1430NN115NN2。0s当要求s=2时,最小空载转速为r/min,最小运行转速为r/min。此时调速范围

8、只有5752.0115 minsnnno minminminn 1. minnnn 1单闭环调速系统有静态误差。根据自动控制原理,为了满足调速系统的性能指标,在开环系统的基础上,通过测速发电机TG引入速度反馈,形成单闭环调速系统。将反馈信号与给定的电压信号进行比较,得到差值电压,通过放大器控制电机转速,从而形成速度负反馈调速系统。其控制原理图如图2所示。调速系统的额定转速为r/min,额定转速降为r/min,要求静态误差率s3时,要求允许的调速范围。当要求静态误差率时,找到最低运行速度但开环调速系统的速度范围不大。通过改变参考电压,可以改变触发脉冲的控制角度,从而改变DC电机的电枢电压,达到

改变电机转速的目的。ncnkeee 2 sin)26 sin(222 eecucendi电流断续时,机械特性的两个特性:理想空载转速增加,电机的机械特性明显变软。2单闭环DC调速系统的组成和特点。单闭环DC调速系统的组成及特点当生产机械对调速性能要求不高时,可采用开环调速系统。图1示出了(11)clettulid cos 226 2t 0 Didi 2 sin)26 sin(222 UE)的框图。从上式可知,确定时,给不同的值,得到对应的N和,然后得到电流间歇时的机械特性,在如图10所示的瞬间触发。电路电压平衡方程:(9)解上述微分方程给出:2T1 VTDTDTDILETUD SIN 222

(10)当考虑初始条件时,导通角后,又降到零。因为R小,所以电流小时可以忽略)Cossin(1 dsmeimunkdi(2)V-M机械特性当电流不连续时,可以用图9(b)中的电路进行分析,改变控制角,可以得到一簇平行的直线,如图10中的实线所示,虚线为假设电流连续时的延长线。将式(7)代入式(6)可以得到:(8)由式(8)可知,当控制角不变时,转速n与电流0dU成线性关系,当电流连续时,v. M为交流电源一周整流电压波头数。图中的整流器用理想空载值表示,其中内阻压降、元件压降和泄漏压降被移为负载压降的一部分,可以得到图9(b)所示的等效电路图。(1)电流连续时V-M系统的机械特性。以三相零整流

电路为例,如图9(a)所示,表1列出了不同整流电压的峰值、波头数和平均整流电压值。同时,脉动电流也产生脉动转矩,对传动机械不利。一般可以采用增加相数来减少谐波分量的方法。嘟嘟嘟嘟整流电路有不同的形式,晶闸管整流电路每个周期的波头数也不同,但始终是一个有限值,m = 2,3,6,12等。这使得交流侧电流中含有较多的谐波成分,对电网的运行是不利的。这将导致机械特性改变。下面讨论两种不同情况的机械特性。电流断续时,还与导通角有关。在零周期期间,它等于电机反电动势E,它是每相电压波形的一部分。当电流连续时,整流电压的瞬时值仅由角度决定。当电机的负载电流足够大时,整流电流波形是连续的,如图7所示。当电感

较小时,负载较轻时,电流是间歇性的。如图8所示,由于晶闸管整流器相位控制的特点,V-M系统的主电路必须串联一个电感足够大的电抗器。在图1中,VT是晶闸管控制的转换器(单相、三相或多相)。通过调节触发器GT的控制电压来改变触发脉冲的相位,从而改变变换器的输出电压。DC电机开环调速系统和DC电机实现平滑调速的特性V-M系统由主电路和控制电路组成。其原理如图6所示:ft%5%2振荡次数N:振荡次数是被调节量在恢复时间内稳态值的振荡次数。它代表系统的稳定性和抗扰动能力%maxcmaxc1c2c21cc%maxn恢复时间:从阶跃扰动到被调节变量进入远离稳态值的or区域所需的时间。突然施加额定负载扰动时调

速系统的动态降落称为动态下降。一般动态着陆大于稳态着陆(即静态误差)。动态着陆后输出逐渐恢复,达到新的稳态值。()是系统在扰动下的稳态着陆和动态着陆:当系统稳定运行时,某一值的突然扰动引起的速度的最大着陆值称为动态着陆,用输出占原稳态值的百分比来表示st%5%2(2)抗干扰性能指标一般以系统稳定运行中突然负载阶跃扰动后的动态过程为基础,并由此定义抗干扰性能指标。如图5所示,实际系统一般在阶跃响应曲线的稳态值附近,取(或)的范围作为允许误差带。响应曲线达到并不再超过误差带所需的最短时间被定义为调整时间,如图4所示。原则上,从给定阶跃变化到输出完全稳定的时间是%100%maxccc调整时间:调整时

间也称为过渡时间。它衡量的是系统整个调节过程中超调量越小,相对稳定性越好,即动态响应相对稳定。rtc超调:在典型的阶跃响应过程中,输出超出稳态值的最大偏差与稳态值的比值,用百分比表示,称为超调。超调反映了系统的相对稳定性。以下性能指标包括以下几项:上升时间:在典型的阶跃响应跟随过程中,输出首次从零上升到稳态值的时间称为上升时间,表示动态响应的快速性,如图4所示。(1)跟随性能指标通常以输出零点初始值和给定信号阶跃变化下的过渡过程为典型跟随过程,即阶跃响应NNnssnnnD)1 (minmaxNn例1 DC电机调速系统,电机额定转速,额定转速降,要求:(1)允许。(2)当最小允许转速为500r/

min时,s和d分别是多少?解:(1)调速范围min/1430 rnn min/125 rnn 3.0s 9.4125)3.01(3.01430)1(nnnsnd(2)以最低速度运行时,其理想空载转速为静态差速范围min/min min 0 nnn 2.min 0 nn min max NND动态调速指标动态性能指标包括跟随性能和抗干扰性能% %100 最低转速为snsnsnnnnNNNN)1 (min0min调速范围与静态误差率应满足以下关系:从上式可以看出,当一个调速系统的机械特性硬度()一定时,对静态误差率的要求越高,即静态误差率越小,允许的调速范围就越小,如图3所示。 A点的静态错误率是1%,b。

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