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直流电力拖动系统设计.doc
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直流电力拖动系统设计.doc
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. . . .
前言
直流电动机具有良好的起、制动性能,宜于在大 X 围内平滑调速,在许多需要调速
或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来,高性能交流调速技术开展
很快,交流调速系统正逐步取代直流调速系统。然而,直流拖动控制系统毕竟在理论上
和实践上都比拟成熟,而且从控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的根底。从生
产机械要求控制的物理量来看,电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、X 力
控制系统、多电机同步控制系统等多种类型,各种系统往往都是通过控制转速来实现的,
因此调速系统是最根本的电力拖动控制系统。
. 资料. .. .
第一章 设计任务分析
1.1 课题的内容与要求
某型铣床采用镶齿锯片铣刀,驱动电机采用直流电动机,铣刀最大直径 500mm,
最小直径 100mm,铣刀允许最大切削速率 20m/s,最高切削速度下最大许用切削力
500N,铣刀最大许用切削力矩 500N*M,铣刀卡盘、联动轴和铣刀飞轮矩为 75N*m
2
。
试设计此拖动系统,要求切削速率 1-20m/s 无级可调,设定速度后空载到最大吃刀
深度速度波动小于 10%。铣床工作现场有三相四线制 380V 交流电源,100A 空开保护,
最大电压波动 ,通风良好,环境枯燥,无粉尘,现场无防爆要求。
2
. .
1.2 系统的概述与分析
根据课题的要求该系统对电机的转速控制采用无静差直流调速系统进展控制。无静
差直流调速系统可分为:转速负反应、电压负反应、电流正反应、附加电流正反应的电
压负反应等几种直流调速系统。无静差直流调速系统如图 1.1 所示:
图 1.1
采用比例积分调节器以实现无静差,采用电流截止负反应来限制动态过程的冲击电流 。
TA 为检测电流的交流互感器,经整流后得到电流反应信号 Ui。当电流超过截止电流 Idcl
时,Ui 高于稳压管 VS 的击穿电压,使晶体管 VBT 导通,那么 PI 调节器的输出电压 Uc
接近于零,电力电子变换器 UPE 的输出电压 U d 急剧下降,到达限流的目的。
当电动机电流低于其截止值时,系统构造框图如图 1.2 所示:
图 1.2
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第二章 电力拖动系统的性能指标分析
电力拖动系统拖动的工艺设备总是对电力拖动系统提出一定的性能指标要求,包括
技术性指标、可靠性指标、经济性指标等方面的指标。
技术性指标作为电力拖动系统设计的主要遵循指标,主要包括了电力拖动系统的机
械特性、转速指标及调速性能等方面。这些指标是设计电力拖动系统必须首先予以明确
的。
2.1 机械特性
对于拖动生产设备的电力拖动系统,只有当电动机与负载的机械特性配适宜当,系
统才能正常的运行。所以电力拖动系统的机械特性必须根据负载的转矩特性加以选定、
设计,于是我们必须首先明确拖动对象的转矩特性。
负载的转矩特性,就是负载的机械特性,简称负载特性。根据统计分类一般分类为
三类:
〔1〕恒转矩负载特性
〔2〕恒功率负载特性
〔3〕泵与风机类负载特性
以上三类负载机械特性是从各种实际负载中概括出来的典型化的负载机械特性,实
际负载机械特性可能是以某种典型特性为主的几种典型特性的组合。
如果拖动对象的负载特性没有给出,那么需要通过分析、实验等方法求取,具体方法可
查阅相关文献。
当拖动对象的负载特性确定后,电力拖动系统能够工艺设备正常工作的必要条件和
充分条件是:
1.必要条件:
电动机的机械特性与负载转矩特性有交点,即存在 =
2.充分条件:
在交点处满足 < 。或者说,在交点的转速以上存在 < ,在交
点的转速以下存在 > 。
由此,我们可大致解算出电力拖动系统需要具有的根本参数,包括选用电动机应该具有
的输出转矩、输出功率、最大转速和拖动系统的人为机械特性。
4
. .
2.2 调速特性
任何一台需要控制转速的设备,其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例如,最
高转速与最低转速之间的 X 围,是有级调速还是无级调速,在稳态运行时允许转速波动
的大小,从正转运行变到反转运行的时间间隔,突加或突减负载时允许的转速波动,运
行时停顿时要求的定位精度等等。归纳起来,对于调速系统的转速控制要求有以下三个
方面:
〔1〕调速——在一定的最高转速和最低转速 X 围内,分挡地〔有级〕或平滑地〔无
级〕调节转速。
〔2〕稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行,在各种干扰下不允许有过大的
转速波动,以确保产品质量;
〔3〕加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快,以提高生产率;不宜
经受剧烈速度变化的机械那么要求起,制动尽量平稳。
2.2.1 稳态性能指标
我们给出调速 X 围和静差率的定义,这是电力拖动系统的主要稳态特性指标:
调速 X 围:生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速 X 围,用
字母 D 表示,即
(2-1)
其中 和 一般都是指在电动机额定负载时的最高和最低转速,对于少数负载很
轻的机械,例如,精细磨床,也可以用实际负载时的最高和最低转速。
静差率:当系统在某一转速下运行时,负载由理想空载增加到额定值时所对应的转
速降落 ,与理想空载转速 之比,称作静差率 s,即
(2-2)
显然,静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。它和机械特性的硬度
有关,特性越硬,静差率越小, 转速的稳定度越高。
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