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例題1-1某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速"N=1O0Or/min,額定速降4nN=105r/min,當(dāng)要求靜差率sW30%時(shí),其調(diào)速范圍D為多大?如果要求靜差率sW20%則調(diào)速范圍D是多少?如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10,所能滿(mǎn)足的靜差率是多少?解:要求s<30%時(shí),調(diào)速范圍為D=nNS= 1000X0.3 =4.08An(1-s) 105x(1-0.3)N若要求s<20%,則調(diào)速范圍為D=嚶=1000x0.2 =2.38An(1-s) 105x(1-0.2)N若調(diào)速范圍達(dá)到10,則靜差率為s= n—= 匹=0.512=51.2%n+DAn1000+10x105NN例題1-2某直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下:額定功率PN=60kW,額定電壓MN=220V,額定電流ZdN=305A,額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min,采用V-M系統(tǒng),主電路總電阻尺=0?18Q,電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)Ce=0?2V?min/r。如果要求調(diào)速范圍D=20,靜差率sW5%,則采用開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能否滿(mǎn)足?若要滿(mǎn)足這個(gè)要求,系統(tǒng)的額定速降4nN最多允許多少?解: 當(dāng)電流連續(xù)時(shí),V-M系統(tǒng)的額定速降為IR305x0.18An=dN= =275r/minNC0.2e開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為An 275s= n = =0.216=21.6%nn+An1000+275NN在額定轉(zhuǎn)速時(shí)已不能滿(mǎn)足s<5%的要求。如要求D=20,s<5%,則要求ns1000x0.05An= n < =2.63r/minN D(1-s)20x(1-0.05)例題2-1直流電動(dòng)機(jī):額定電壓U=220V,額定電流I=55A,額定轉(zhuǎn)速n=1000r/min,N dN N電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)C=0.192V-min/r,晶閘管裝置放大系數(shù)K=44,T=0.00167s,e s s電樞回路總電阻R=1.0Q,時(shí)間常數(shù)T=0.00167s ,T=0.075s,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)lma=0.01158V -min/r在采用比例調(diào)節(jié)器時(shí),為了達(dá)到D=10,s<5%的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo),試計(jì)算比例調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。(2)用伯德圖判別系統(tǒng)是否穩(wěn)定。(3)利用伯德圖設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器。能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。解:(1)額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為

ns1000x0.05An= n < =5.26r/minclD(1-s) 10x(1-0.05)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為AnopIR55x1.0開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為Anopn= =285.7r/minC 0.1925eAn 285.7閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K=—-1' -1=54.3-1=53.3An 5.26cl閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是KW(s)=(Ts+1)(TTs2+Ts+1)s ml m55.3(0.0167s+1)(0.001275s2+0.075s+1)55.3(0.049s+1)(0.026s+1)(0.0167s+1)其中三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為11111 1W== =20.4s-1,w== =38.5s-1,w= = =600s-11T0.049 2T 0.0263T0.016712320lgK=20lg55.3=34.9dB圖2-1采用比例調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖采用PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為K(ts+1)W(s)= p1ts(0.049s+1)(0.026s+1)(0.0167s+1)1按頻段特征的要求(1)和(3),希望-20dB/dec的頻帶寬度要寬,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采T1=T1用 的方法,把-20dB/dec的頻帶往低頻段延伸,同時(shí)改善了低頻段的斜率。Kt=T11=0.049s,W(s)t=T11=0.049s,0.049s(0.026s+1)(0.0167s+1)按頻段特性的要求(1)和(3):選擇砂,使得wc處的頻率斜率是-20dB/dec,同時(shí)使該斜率的寬度足夠?qū)?;在本題中,要使o<丄=38.5s-1。cT2現(xiàn)取K=0.5568,使得o=30s-1。開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)成為pc0.5568 11.36W(s)= =-0.049s(0.026s+1)(0.0167s+1)s(0.026s+1)(0.0167s+1)相角裕度y相角裕度y和增益裕度GM都已變成較大的正值,有足夠的穩(wěn)定裕度圖2-2閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器校正ts+1 0.5568(0.049s+1)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為WPI(s)=Kt二 這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果不PI pts 0.049s1是唯一的,截止頻率已降到o=30s-1,相角裕度Y和增益裕度GM都已變成較大的正值,c有足夠的穩(wěn)定裕度,但快速性被壓低了許多。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)來(lái)選擇合適的PI參數(shù)。表2-6校正成典型I型系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器選擇和參數(shù)配合控制對(duì)象KK2Ts+1KKK2(Ts+1)(Ts+1)122s(Ts+1)2(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1)1 2 3T1、T2>T32(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1)1 2 3T>>T,T1 2 3調(diào)節(jié)器K(ts+1)—Pi_1 ts1KsKp(ts+1)(ts+1)12tsK(ts+1)—Pi_1 ts1參數(shù)配合t二T11t=T,t=T1122T=T,11T=T+T工 2 3表2-7校正成典型II型系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器選擇和參數(shù)配合控制對(duì)象KKKKK2(Ts+1)(Ts+1)12T>>T122s(Ts+1)(Ts+1)12T,T相近122s(Ts+1)(Ts+1)12T,T都很小122(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1)1 2 3T>>T、T1 2 32s(Ts+1)調(diào)節(jié)器K(ts+1)—Pi_1 Ts1KGs+1)(Ts+1)(Ts+1)KGs+1)K(Ts+1)12Tspi 1Ts1pi 1Ts1pi 1Ts1參數(shù)配合t=hT1t=hT12認(rèn)為:11t=hT(或hT)112t=T(或T)221t二h(T+T)112t=h(T+T)1 2 3認(rèn)為:11Ts+1Ts11Ts+1 Ts112.4.4設(shè)計(jì)舉例某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路,基本數(shù)據(jù)如下:直流電動(dòng)機(jī):額定電壓U=220V,額定電流I=136A,額定轉(zhuǎn)速NdNn=1460r/min,電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)C=0.132V-min/r,允許過(guò)載倍數(shù)九=1.5;Ne晶閘管裝置放大系數(shù):K=40;電樞回路總電阻:R=0.5。;時(shí)間常數(shù):sT=0.03s,Tm二0-18S;電流反饋系數(shù):P=0.05V/A (?10V/1.51);lN轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):a=0.007Vmin/r(?10V/n)。設(shè)計(jì)要求:N靜態(tài)指標(biāo):無(wú)靜差動(dòng)態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量7.<5%;i空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。7<10%n1.電流環(huán)的設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)■整流裝置滯后時(shí)間常數(shù):三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s?!鲭娏鳛V波時(shí)間常數(shù):Toi=2ms=0.002s?!鲭娏鳝h(huán)小時(shí)間常數(shù)之和:按小時(shí)間常數(shù)近似處理,TLi=Ts+Toi=0.0037s。選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,7 <5%i■要保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器?!鲭娏鳝h(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的,用PI型電流調(diào)節(jié)器。計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)

■電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù):T=0.03s要求°i'5%:K人i二0.5。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益:K廣嚴(yán)=冊(cè)=135.1■電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù):T=0.03sEi■ACR的比例系數(shù)④校驗(yàn)近似條件KtR135.1x■ACR的比例系數(shù)④校驗(yàn)近似條件Ii= =1.013K卩 40x0.05電流環(huán)截止頻率:ci=K電流環(huán)截止頻率:ci=K=135.1s-1I滿(mǎn)足晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:113T 3113T 3x0.0017s=196.1s-1>oci3x\:W^滿(mǎn)足電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:13x\:W^滿(mǎn)足電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:1x L_3 0.0017x0.002=180.8s-1>oci滿(mǎn)足忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件:=40.82s-1<oci⑤計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-48,電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-48,圖2-48轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)R°=40k0R=KR=1.013x40=40.52k0取40kQii0,取0?取0?75pFC=—」= F=0.75x10-6F=0.75卩FiR40x103iCoi4TCoi4T4x0.002 4=—R40x1030F=0.2x10-6F=0.2rF取0?2pF2.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1KI:已取KITSi=0.5,則1=2T=2x0.0037=0.0074sK 工iI轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù):Ton=0.01son轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù):按小時(shí)間常數(shù)近似處理1T= +T=0.0074+0.01=0.0174sLnK onI選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求,選用PI調(diào)節(jié)器,計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按抗擾性能都較好的原則,取歸5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為t=hT=5x0.0174=0.087n 工n轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益:

K= = =396.4n 2h2T2 2x52x0.01742為nASR的比例系數(shù)為:11.7(h+1)PCT6x0.05x0.132x0.1811.7K= em= n2haRT 2x5x0.007x0.5x0.0174工n檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為二34.5二34.5=也=Kt=396.4x0.087cn①Nncn1滿(mǎn)足電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件:1 K 1I135.11= =63.7s—1>?3T 3 0.0037i滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:1K 1135.1L= =38.7sj>?3T 3 0.01on計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-50,調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程

圖2-50ASR圖2-50ASR飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程取470kQR=KR=11.7x40=468取470kQnn0t0.087C=—= F=0.185x10-6F=0.185pF取o2uFnR470x103 ,取0?2PFn取1pF,4取1pF,C= o^= F=1x10-6F=1pFonR40x1030⑥校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)z=0,由表2-5査得h345678910C /Cmaxb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%t/

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