电机扩大机自动调速系统的基本环节.pptx

第一节第一节第一节第一节 电机扩大机电机扩大机电机扩大机电机扩大机一、电机扩大机的工作原理一、电机扩大机的工作原理电机扩大机实际上是一种特殊电机扩大机实际上是一种特殊电机扩大机实际上是一种特殊电机扩大机实际上是一种特殊的直流发电机。的直流发电机。的直流发电机。的直流发电机。电机扩大机定子上各绕组的分布电机扩大机定子上各绕组的分布电机扩大机定子上各绕组的分布电机扩大机定子上各绕组的分布1-1-1-1-换换换换向向向向绕绕绕绕组组组组 2-2-2-2-去去去去磁磁磁磁绕绕绕绕组组组组 3-3-3-3-控控控控制制制制绕组绕组绕组绕组 4-4-4-4-补偿绕组补偿绕组补偿绕组补偿绕组 5-5-5-5-交轴助磁绕组交轴助磁绕组交轴助磁绕组交轴助磁绕组换向器有两对电刷：换向器有两对电刷：换向器有两对电刷：换向器有两对电刷：横轴电刷横轴电刷横轴电刷横轴电刷纵轴电刷纵轴电刷纵轴电刷纵轴电刷 （与直流电机不同）（与直流电机不同）（与直流电机不同）（与直流电机不同）工作原理示意图工作原理示意图工作原理示意图工作原理示意图二、电机扩大机的工作特性二、电机扩大机的工作特性1 1 1 1）空载与放大倍数空载与放大倍数空载与放大倍数空载与放大倍数安培放大倍数：安培放大倍数：安培放大倍数：安培放大倍数：安培放大倍数即为空载特安培放大倍数即为空载特安培放大倍数即为空载特安培放大倍数即为空载特性曲线各点的斜率。性曲线各点的斜率。性曲线各点的斜率。性曲线各点的斜率。工程近似计算工程近似计算工程近似计算工程近似计算(线性化线性化线性化线性化)：电压放大倍数：电压放大倍数：电压放大倍数：电压放大倍数：K K K KA A A A 与与与与 K K K KA A A A 的关系：的关系：的关系：的关系：2 2 2 2）外特性与功率放大倍数外特性与功率放大倍数外特性与功率放大倍数外特性与功率放大倍数当电机扩大机的转速和控制绕组电流保持额定值时，扩大当电机扩大机的转速和控制绕组电流保持额定值时，扩大当电机扩大机的转速和控制绕组电流保持额定值时，扩大当电机扩大机的转速和控制绕组电流保持额定值时，扩大机接可变负载机接可变负载机接可变负载机接可变负载RLRLRLRL，其端电压，其端电压，其端电压，其端电压UdUdUdUd与输出电流与输出电流与输出电流与输出电流IdIdIdId的对应变化关的对应变化关的对应变化关的对应变化关系称为电机扩大机的系称为电机扩大机的系称为电机扩大机的系称为电机扩大机的外特性外特性外特性外特性.根据补偿绕组对电抠反应的补偿程度，扩大机外特性可分根据补偿绕组对电抠反应的补偿程度，扩大机外特性可分根据补偿绕组对电抠反应的补偿程度，扩大机外特性可分根据补偿绕组对电抠反应的补偿程度，扩大机外特性可分为三种情况为三种情况为三种情况为三种情况:1 1 1 1全补偿全补偿全补偿全补偿 ：即补偿绕组安匝等于直轴电枢反应安匝。：即补偿绕组安匝等于直轴电枢反应安匝。：即补偿绕组安匝等于直轴电枢反应安匝。：即补偿绕组安匝等于直轴电枢反应安匝。2 2 2 2欠补偿欠补偿欠补偿欠补偿 ：补偿绕组安匝小于直轴电抠反应安匝。：补偿绕组安匝小于直轴电抠反应安匝。：补偿绕组安匝小于直轴电抠反应安匝。：补偿绕组安匝小于直轴电抠反应安匝。3 3 3 3过补偿过补偿过补偿过补偿 ：补偿绕组安匝大于直轴电枢反应安匝。：补偿绕组安匝大于直轴电枢反应安匝。：补偿绕组安匝大于直轴电枢反应安匝。：补偿绕组安匝大于直轴电枢反应安匝。功率放大倍数功率放大倍数功率放大倍数功率放大倍数KKp p:式中式中式中式中 ：P P P PN NN N额定输出功率额定输出功率额定输出功率额定输出功率 P P P PCNCNCNCN为额定负载时为额定负载时为额定负载时为额定负载时控制绕组输人功率控制绕组输人功率控制绕组输人功率控制绕组输人功率其中：其中：其中：其中：3 3 3 3）动态特性动态特性动态特性动态特性电机快速作用决定取决于电机快速作用决定取决于电机快速作用决定取决于电机快速作用决定取决于：控制绕组时间常数：控制绕组时间常数：控制绕组时间常数：控制绕组时间常数 交轴回路时间常数交轴回路时间常数交轴回路时间常数交轴回路时间常数三、电机扩大机的特点、型号、选用原则及使用三、电机扩大机的特点、型号、选用原则及使用 注意事项注意事项1 1 1 1特点特点特点特点 ：电机扩大机具有较多的优点：如具有很高的功率放大倍数、电机扩大机具有较多的优点：如具有很高的功率放大倍数、电机扩大机具有较多的优点：如具有很高的功率放大倍数、电机扩大机具有较多的优点：如具有很高的功率放大倍数、较大的过载能力、较大的过载能力、较大的过载能力、较大的过载能力、较小的时间常数、容易变换输出端的极性、较小的时间常数、容易变换输出端的极性、较小的时间常数、容易变换输出端的极性、较小的时间常数、容易变换输出端的极性、输出电压稳定、抗干扰耐温湿度变化能力强、工作可靠及耐用输出电压稳定、抗干扰耐温湿度变化能力强、工作可靠及耐用输出电压稳定、抗干扰耐温湿度变化能力强、工作可靠及耐用输出电压稳定、抗干扰耐温湿度变化能力强、工作可靠及耐用等。因而在今后若干时间内仍将被采用。等。因而在今后若干时间内仍将被采用。等。因而在今后若干时间内仍将被采用。等。因而在今后若干时间内仍将被采用。2 2 2 2型号型号型号型号 湘潭电机厂生产的有湘潭电机厂生产的有湘潭电机厂生产的有湘潭电机厂生产的有ZKKZKKZKKZKK、ZKGZKGZKGZKG、KYKYKYKY系列系列系列系列等等等等3 3 3 3选用原则选用原则选用原则选用原则 电机扩大机的额定电压、额定电流、额定功率电机扩大机的额定电压、额定电流、额定功率电机扩大机的额定电压、额定电流、额定功率电机扩大机的额定电压、额定电流、额定功率 均应比负载需要的大均应比负载需要的大均应比负载需要的大均应比负载需要的大10101010 20202020。4 4 4 4使用注意事项使用注意事项使用注意事项使用注意事项 1 1 1 1）电刷在换向器上无特殊要求时，出厂时放在几何中性线）电刷在换向器上无特殊要求时，出厂时放在几何中性线）电刷在换向器上无特殊要求时，出厂时放在几何中性线）电刷在换向器上无特殊要求时，出厂时放在几何中性线 上，如果为了加强稳定、避免过励及减小剩磁，可由中上，如果为了加强稳定、避免过励及减小剩磁，可由中上，如果为了加强稳定、避免过励及减小剩磁，可由中上，如果为了加强稳定、避免过励及减小剩磁，可由中 性线顺旋转方向移动，这样就减小了放大倍数。允许电性线顺旋转方向移动，这样就减小了放大倍数。允许电性线顺旋转方向移动，这样就减小了放大倍数。允许电性线顺旋转方向移动，这样就减小了放大倍数。允许电 刷沿旋转方向移动，在端盖上量为刷沿旋转方向移动，在端盖上量为刷沿旋转方向移动，在端盖上量为刷沿旋转方向移动，在端盖上量为2 3mm2 3mm2 3mm2 3mm。2 2 2 2）由于电刷位置的偏移，所以扩大机必须按机上标示的方）由于电刷位置的偏移，所以扩大机必须按机上标示的方）由于电刷位置的偏移，所以扩大机必须按机上标示的方）由于电刷位置的偏移，所以扩大机必须按机上标示的方 向旋转，从交流电动机端看，一般为顺时针旋转方向。向旋转，从交流电动机端看，一般为顺时针旋转方向。向旋转，从交流电动机端看，一般为顺时针旋转方向。向旋转，从交流电动机端看，一般为顺时针旋转方向。3 3 3 3）扩大机的励磁系统，无论在什么情况下，都应避免负载）扩大机的励磁系统，无论在什么情况下，都应避免负载）扩大机的励磁系统，无论在什么情况下，都应避免负载）扩大机的励磁系统，无论在什么情况下，都应避免负载 自励而使扩大机产生过电压。自励而使扩大机产生过电压。自励而使扩大机产生过电压。自励而使扩大机产生过电压。第二节第二节第二节第二节 转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统一、一、A-G-MA-G-M开环系统开环系统（一）、（一）、（一）、（一）、A-G-MA-G-MA-G-MA-G-M开环系统静特性开环系统静特性开环系统静特性开环系统静特性控制绕组中电流为控制绕组中电流为控制绕组中电流为控制绕组中电流为:RPRPRPRP的等效电阻：的等效电阻：的等效电阻：的等效电阻：EAEAEAEA剩磁电动势：剩磁电动势：剩磁电动势：剩磁电动势：发电机的电动势：发电机的电动势：发电机的电动势：发电机的电动势：主回路的电动势平衡方程式：主回路的电动势平衡方程式：主回路的电动势平衡方程式：主回路的电动势平衡方程式：（二）、用框图计算静特性（二）、用框图计算静特性1 1 1 1、静态框图、静态框图、静态框图、静态框图 输入、输出功能框输入、输出功能框输入、输出功能框输入、输出功能框 信号线信号线信号线信号线 相加点相加点相加点相加点 引出点引出点引出点引出点 组成组成组成组成：作用作用作用作用：概略表示系统的基本组成、相互关系及其主要特征概略表示系统的基本组成、相互关系及其主要特征概略表示系统的基本组成、相互关系及其主要特征概略表示系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图的一种简图的一种简图的一种简图 二、二、A-G-MA-G-M转速负反馈自动调遣系统转速负反馈自动调遣系统 图为A-G-M转速负反馈自动调速系统电路图。电动机轴上(或经过传动机构)装上一台永磁式测速发电机TG，测速发电机电动势ETG与转速n成正比。图a中,信号从Us流至n的通道称为前向通道,而信号从n流至 aTG UTG的通道称为反馈通道转速负反馈闭环系统与开环系统相比较,有如下几个特点:1)减小系统放大倍数，增大给定电压。2)减小转速降。3)扩大调速范围4)减小剩磁电压及其引起的爬行。5)减小非线性的影响。6)减小系统参数变化引起输出的变化。7)加快了动态响应速度给定电压和反馈电压分别接在不同控制绕组上，这两个信号电压仅在磁路上发生联系，而在电路上彼此独立，故这种接法为磁差按法。控制绕组为磁差接法时的转速负反馈调速系统静态框图如下所示:此时系统静特性方程式为第三节第三节 电压负反馈和电流正反馈自动调速系统电压负反馈和电流正反馈自动调速系统一、电压负反馈自动调速系统发电机电枢两端并联电阻RV，从中引出反馈电压UV，此即为信号引出点。Rv的选择应 使流进其电流而引起发电机内部压降可略而不计。UV与给定电压Us是反向的，因而构成了电 压负反馈环节。由于是电压反馈，故应选择高阻控制绕组作为CI。图中Rsa是给定回路附加电阻。根据框图，写出电压负反馈调速系统静特性方程：式中，KV为电压负反馈闭环系统开环放大倍数二、电压负反馈及电流正反馈自动调速系统从式可知,电压负反馈电流正反馈系统中,当负荷增加时，正反馈磁动势ICNC亦增加,用以提高发电机电压去补偿因换向绕组及电动机电枢绕组产生的压降。因此电流正反馈是补偿控制而不是反馈控制。具有电压负反馈及电流正反馈系统中发电机外特性如右图曲线l所示.发电机端电压是随负载电流增加而升高的，而电压负反馈系统利用被控量发电机电枢电压的负反馈作用以维持电压近似不变见图曲线2.开环系统发电机电枢电压见图曲线3。从上式可知，系统静特性为平行于x轴的直线，但在实际上，由于系统各元件的参数非线性因此难以实现 n=0，一般都以近似转速负反馈系统计算，即使 说明了一个系统中，电压负反馈系数av越大，电流正反馈系数aI也要增大，这是因为随着负载电流的增大，电流正反馈使发电机电压升高，但电压负反馈的存在却阻碍发电机电压的升高。也就是说，电压负反馈较强的系统必须有强的电流正反馈才能补偿电动机的因负载而造成的转速降，以保证系统具有类似转速负反馈系统的较硬的静特性。第四节第四节 电动势负反馈自动调速系统电动势负反馈自动调速系统 直流电动机的反电动势正比于转速，如果能使其反电动势作为负反馈信号电压，则在磁 通不变时，可维持反电动势近似不变，因而其静特性和转速负反馈系统相似。通常采用一个桥式测速电路来实现电动势负反馈，如图下所示 当电动机静止时，EM0，如果测速桥各桥臂电阻之比为即电桥处于平衡状态，Ucd=0 电动机旋转后，反电动势不为零，因此测速桥的平衡状态被破坏，则 上式证明了Ucd是正比于EM的，可以作为反馈信号引出 电动势负反馈调速系统电路图如上图b所示。图中RCRGC+RMC。根据上述各方程可得电动势负反馈调速系统静态框图，如下图所示从框图可得静特性方程：第五节第五节 具有电流截止负反馈环节的自动调速系统具有电流截止负反馈环节的自动调速系统正常范围内，系统有较硬的静特性如曲线l的ab段称为工作段，而在过载时系统有很软的静特性，如曲线1的bc段称为下垂段。而b点称为转折点、c点 称为堵转点.转折电流Ib值因不同生产机械而异，一股在11.2IN,堵转电流Ic值的选定主要取决于机械及传动电动机容许的过载转矩，一股取1.52IN.这种特性常被应用在挖土机的工作上,所以称为挖土机特性。静态及动态电流的限制常采用电流截止负反馈环节来实现。Ib为主回路转折电流。忽略二极管压降UV时电流截止负反馈导通后的合成磁动势为：电流截止负反馈环节导通后系统静态框图如下图所示。根据上图及电压负反馈电流正反馈系统静特性方程式可得具有单独截流绕组的系统静特性方程由式可得单独截流绕组时系统的转速挖土机特性如下图所示.从上图可得单独截流绕组的挖土机特性的特点是：第六节第六节 稳定环节稳定环节一、阻容稳定 调节阻容稳定环节首先应该注意稳定绕组极性，如果接反了，动态负反馈变成了动态正反馈,则使系统更加不稳定。调节R、C可改变稳定作用的强弱，如果稳定环节外施阶跃电压，则其反馈磁动势如左图所示。二、稳定变压器稳定变压器的负反馈磁动势与下列因素有关：三、桥形稳定环节 桥形稳定环节挠定强弱的调节方法有：1)减小Rl十R2可加强稳定。扩大机电压变化UA时,如果R1+R2较小，则其内阻亦小，因此iCIV就较大，加强了稳定。但减小Rl十R2意味着电能消耗的增大，故一般R1十R2的值选取应使其在扩大机额定电压下流过电流为0.5A左右。2)加大R3可加强稳定。当扩大机电压UA时，则在l端即控制绕组两侧的电压变化为,所以同时增大R2、R3仍然保持电桥平衡，显然l端电压变化值大了，即稳定价用加强了。减小稳定绕组串联附加电阻Rsta,也能加强稳定作用。第七节第七节 电位器的计算与等效电路电位器的计算与等效电路