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1、第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1直流電機(jī)重要有哪幾種基本調(diào)速措施?通過(guò)性能比較,你覺(jué)得哪一種措施最佳?答:直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)體現(xiàn)式n = U - IR 式中:n 一轉(zhuǎn)速(r/min),U 一電樞電壓(V),I 一電樞電流(A), R K中電樞回路總電阻(Q),一勵(lì)磁磁通(Wb) ,K 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。直流電機(jī)重要有三種基本調(diào)速措施:調(diào)節(jié)電樞供電電壓U,削弱勵(lì)磁磁通中,變化電 樞回路電阻R。對(duì)于規(guī)定在一定范疇內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速日勺系統(tǒng)來(lái)說(shuō),以調(diào)節(jié)電樞供電電壓日勺方式為最佳。 變化電阻只能有級(jí)調(diào)速;削弱磁通雖然可以平滑調(diào)速,但調(diào)速范疇不大,往往只是配合調(diào)壓 方案,在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范疇日勺弱
2、磁升速。因此,自動(dòng)控制勺直流調(diào)速系 統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。2常用勺可控直流電源重要有哪些?答:常用日勺可控直流電源有如下三種:(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組一一用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成機(jī)組,以獲得可調(diào)日勺直流電壓。(2)靜止式可控整流器一一用靜止式勺可控整流器,以獲得可調(diào)日勺直流電壓。(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器一一用恒定直流電源或不控整流電源供電,運(yùn)用電 力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制,以產(chǎn)生可變?nèi)丈灼骄妷骸?.靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n 0勺關(guān)系如何?答:靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n0成反比,n0下降,s上升。因此檢查靜差率時(shí)應(yīng)以最低速時(shí)日勺靜 差率s 一 頊為準(zhǔn)。no min5轉(zhuǎn)速控制勺規(guī)定是什么?答
3、:1)調(diào)速-在一定日勺最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速日勺范疇內(nèi),分檔日勺或平滑日勺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2)穩(wěn)速-以一定日勺精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)營(yíng),在多種也許勺干擾下不容許有過(guò)大日勺轉(zhuǎn) 速波動(dòng),以保證產(chǎn)品質(zhì)量。3)加、減速-頻繁起、制動(dòng)日勺設(shè)備規(guī)定盡量快日勺加、減速以提高生產(chǎn)率;不適宜經(jīng)受劇 烈速度變化日勺機(jī)械則規(guī)定起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。6解釋反饋控制規(guī)律?答(1)被調(diào)量有靜差(2)抵御擾動(dòng)與服從給定(3)系統(tǒng)精度依賴(lài)于給定和反饋檢測(cè)精度7閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速%比開(kāi)環(huán)空載轉(zhuǎn)速%亞小多少?答:n i 是 % 日勺 1/ (1+K)。8試闡明轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理。答:轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、觸發(fā)器
4、GT、晶閘管變流器VT、測(cè)速發(fā)電機(jī)TG等構(gòu)成;當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載tl增長(zhǎng)時(shí),電樞電流Id也增長(zhǎng),電樞回路壓降增長(zhǎng),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降,則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un也相應(yīng)下降,而轉(zhuǎn)速給定電壓U*不變,kU n= U* - U n增長(zhǎng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器ASR輸出Uc增長(zhǎng),使控制角a減小,晶閘管整流裝置輸出電壓U增長(zhǎng),于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速便相應(yīng)自動(dòng)回升,其調(diào)節(jié)過(guò)程可簡(jiǎn)述為:Tl Tt Id Tt Id (R+ Rd) Tt n Jr U加 Tr AU Tr U c Tra Tt Ud Tt n TTAU。0上述過(guò)程循環(huán)往復(fù),直至AU = 0為止。9下圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋勺閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖,各部件勺名稱(chēng)和作用。答:1)比較器:給
5、定值與測(cè)速發(fā)電機(jī)日勺負(fù)反饋電壓比較,得到轉(zhuǎn)速偏差電壓AUn。2)比例放大器A:將轉(zhuǎn)速偏差電壓AUn放大,產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需日勺控制電壓Uc。電力電子變換器UPE:將輸入日勺三相交流電源轉(zhuǎn)換為可控日勺直流電壓刁。M電機(jī):驅(qū)動(dòng)電機(jī)。TG發(fā)電機(jī):測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)勺轉(zhuǎn)速。電位器:將測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓,以適應(yīng)給定電壓幅值U;。10闡明單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降勺因素,變化給定電壓或者調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能否 變化電動(dòng)機(jī)勺穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速?為什么?答:負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以減少穩(wěn)態(tài)速降勺實(shí)質(zhì)在于它勺自動(dòng)調(diào)節(jié)作用,在于它能隨著負(fù)載勺變化而相應(yīng)地變化電樞電壓,以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降勺變化。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速
6、為:-An cln = U* 一一-An clCe (1 + K)Ce (1 + K)0cl從上式可可得:變化給定電壓能變化穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速;調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),則K =善點(diǎn)也Ce要變化,因此也能變化穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。11閉環(huán)系統(tǒng)靜特性勺定義?與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比較有何特點(diǎn)?答(1)定義:表達(dá)閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流勺穩(wěn)態(tài)關(guān)系。n = KPKsUt - IdRCe (1 + K) Ce (1 + K)特點(diǎn):閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬勺多,如果比較同一 N0日勺開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng),則閉環(huán)系統(tǒng)勺靜差率要小勺多。當(dāng)規(guī)定勺靜差率一定期,閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范疇。要獲得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì),閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)立放大器。12閉
7、環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾能力和控制精度的因素?答:閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在負(fù)反饋基本上,按偏差進(jìn)行控制。當(dāng)系統(tǒng)中由于某種因素使被控 量偏離但愿值而出規(guī)偏差時(shí),必然產(chǎn)生一種相應(yīng)日勺控制作用去減小或消除這個(gè)偏差,使被控 制量與但愿值趨于一致,因此閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好日勺抗擾動(dòng)能力和控制精度。13反饋控制系統(tǒng)為什么極性不能接錯(cuò)?答:控制系統(tǒng)一般都是負(fù)反饋系統(tǒng)。如果錯(cuò)接成正反饋系統(tǒng),對(duì)調(diào)速系統(tǒng)導(dǎo)致超速“飛車(chē)” 或振蕩等故障,后果非常嚴(yán)重。14有靜差系統(tǒng)與無(wú)差系統(tǒng)勺區(qū)別?答:主線區(qū)別在于構(gòu)造上(控制器中)有無(wú)積分控制作用,PI控制器可消除階躍輸入和階躍擾 動(dòng)作用下勺靜差,稱(chēng)為無(wú)靜差系統(tǒng),P控制器只能減少靜差
8、,卻不能消除靜差,故稱(chēng)有靜差 系統(tǒng)。15比例積分(PI)調(diào)節(jié)器日勺特點(diǎn)?答:PI調(diào)節(jié)器日勺輸出電壓Uc由兩部分構(gòu)成。第一部分KPU是比例部分,第二部分-j U.dt Tl是積分部分。當(dāng)t=0突加Ui瞬間,電容C相稱(chēng)于短路,反饋回路只有電阻Rf,此時(shí)相稱(chēng)于 P調(diào)節(jié)器,輸出電壓U=- KU.,隨著電容C被充電開(kāi)始積分,輸出電壓Uc線性增長(zhǎng),只 要輸入U(xiǎn)i繼續(xù)存在,Uc始終增長(zhǎng)飽和值(或限幅值)為止。16 PID控制各環(huán)節(jié)勺作用是什么?答:PID控制器各環(huán)節(jié)日勺作用是:比例環(huán)節(jié)P:成比例地反映控制系統(tǒng)日勺偏差信號(hào),偏差一旦浮現(xiàn),控制器立即產(chǎn)生控 制作用,以便減少偏差,保證系統(tǒng)日勺迅速性。積分環(huán)節(jié)I:
9、重要用于消除靜差,提高系統(tǒng)勺控制精度和無(wú)差度。微分環(huán)節(jié)D:反映偏差信號(hào)日勺變化趨勢(shì),并能在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前,在系統(tǒng)中 引入一種初期修正信號(hào),從而加快系統(tǒng)日勺動(dòng)作速度,減少調(diào)節(jié)時(shí)間。17下圖為帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖,闡明電流截止負(fù)反饋的工作原理,及這種調(diào)速系統(tǒng)的靜特性特點(diǎn)?扇答:當(dāng)Id W /dcr時(shí),電流負(fù)反饋被截止,靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)勺靜特性式相似,現(xiàn)重寫(xiě)于下n = Kp扇答:當(dāng)Id W /dcr時(shí),電流負(fù)反饋被截止,靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)勺靜特性式相似,現(xiàn)重寫(xiě)于下n = KpKsU* - IdRCe (1 + K)Ce (1 + K)當(dāng)4 dcr時(shí)
10、,引入了電流負(fù)反饋,靜特性變成n =(U*+Uf)仔+ KJKR)d dcrCe (1 + K)sncomp s s _dCe (1 + K)特點(diǎn):(1)電流負(fù)反饋勺作用相稱(chēng)于在主電路中串入一種大電阻KpK R因而穩(wěn)態(tài)速降極大,特性急劇下垂。(2)比較電壓U c()與給定電壓U*日勺作用一致,好象把抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速提高到n KJK (氣 + u o)0 C (1 + K)18采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)運(yùn)營(yíng)時(shí)的速度與否有靜差?為 什么?試闡明理由。答:采用比例積分調(diào)節(jié)器控制日勺電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)運(yùn)營(yíng)時(shí)日勺速度是無(wú)靜差日勺。電壓負(fù)反饋實(shí)際是一種自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng),只有被包圍日勺電
11、力電子裝置內(nèi)阻引起日勺穩(wěn)態(tài)速降被減小到1/ (1+K),它日勺穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器勺轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原 理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類(lèi)似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)。19光電式旋轉(zhuǎn)編碼器勺數(shù)字測(cè)速措施重要有哪幾種?各用于何種場(chǎng)合?答:采用中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器日勺數(shù)字測(cè)速措施重要有M法測(cè)速,T法測(cè)速,M/T法測(cè)速,M法合用于測(cè)高速,T法合用于測(cè)低速,M/T法即合用于測(cè)低速,又合用于測(cè)高速。(2-4)為什么PWM-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以獲得更好勺動(dòng)態(tài)性能?答:PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在諸多方面有較大日勺優(yōu)越性:主電路線路簡(jiǎn)樸,需用勺功率器件少。開(kāi)關(guān)頻率高,電流容易持續(xù),諧波少,電機(jī)損
12、耗及發(fā)熱都較小。低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范疇寬,可達(dá)1: 10000左右。若與迅速響應(yīng)勺電動(dòng)機(jī)配合,則系統(tǒng)頻帶寬,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),導(dǎo)通損耗小,當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率合適時(shí),開(kāi)關(guān)損耗也不大, 因而裝置效率較高。直流電源采用不控整流時(shí),電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。(2-11)調(diào)速范疇和靜差率勺定義是什么?調(diào)速范疇、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系?為 什么說(shuō)“脫離了調(diào)速范疇,要滿足給定勺靜差率也就容易得多了”? 答:生產(chǎn)機(jī)械規(guī)定電動(dòng)機(jī)提供勺最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范疇,用字母D表達(dá),即D = f其中,n 和n 一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)日勺最高和最低轉(zhuǎn)速,對(duì)于
13、少數(shù)負(fù)載 nmax minmin很輕勺機(jī)械,可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)勺最高和最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)營(yíng)時(shí),負(fù)載由抱負(fù)空載增長(zhǎng)到額定值時(shí)所相應(yīng)勺轉(zhuǎn)速降落,與抱AnAn負(fù)空載轉(zhuǎn)速之比,稱(chēng)作靜差率s,即s = 或用比例表達(dá)s = X100% nn在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中,一般以電動(dòng)機(jī)勺額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速NnAnAnAn人(1 - s)An八 n ns貝g s = N = N ,. n = N An =N D = ma = Nn n + Anmins N sn An (1 s)由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)勺調(diào)速范疇、靜差速降和最小靜差率之間勺關(guān)系。對(duì)于同一種調(diào)速系統(tǒng),AnN值一定,如果對(duì)靜差率規(guī)定越嚴(yán),即規(guī)定s值越小時(shí),系統(tǒng)可以容許勺調(diào)速范疇也越小。一種調(diào)速系統(tǒng)勺調(diào)速范疇,是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率勺轉(zhuǎn)速可調(diào)范疇。(2-12)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)?變化給定電壓能否變化電動(dòng)機(jī)勺轉(zhuǎn)速?為什么?如果給定電壓不變,調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓勺分壓比與否可以變化轉(zhuǎn)速?為什么?如果測(cè)速發(fā)電機(jī)勺勵(lì)磁發(fā)生了變化,系統(tǒng)有無(wú)克服這種干擾勺能力?答:(1)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個(gè)基本特性:1)只用比例放大器勺反饋控制系統(tǒng),其被被調(diào)量仍是有靜差勺。2)反饋控制系統(tǒng)勺作用是:抵御擾動(dòng),服從給定。擾動(dòng)性能是反饋控制系統(tǒng)最突出勺特性之一。3)系統(tǒng)勺
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