第五章 直流电动机调速控制系统

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

第五章 直流电动机 调速控制系统

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

提纲

第一节 直流调速的基础知识

第二节 反馈控制直流调速系统 第三节 无静差直流调速系统 第四节 直流可逆调速系统简介

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

第一节 直流调速的基础知识直流电动机电动机 交流电动机 电力拖动系统 交流调速系统 直流调速系统

直流电动机优点： 转矩易于控制，具有良好的起制动性能，在相当长的时间内 ，一直在高性能调速领域占有绝对的统治地位。此外，直流调 速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和许多基本结论很容 易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究调速技术 的主流。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而 且从控制角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此， 为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对直流调速的基本理论 做较详细的介绍。

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

直流调速的基础知识在稳定运转时，直流电动机的转速与其它参量的关系 ：

n 式中：

U IR Ke

(5-1)

n ——电机转速(r/min)U I R Ke——电枢电压(V)

——电枢电流(A)——电枢回路总电阻( ) ——励磁磁通(Wb) ——由电机结构决定的结构常数

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

由(5-1)式可知，直流电动机的调速方法有三种：

1. 改变电枢回路电阻R对于要求大范围无级调速的系统 来说，改变电枢回路总电阻的方案难 以实现

2. 改变励磁磁通Ф

改变电动机磁通Ф的方案虽然可以平 滑调速，但调速范围不可能很大

3. 改变电枢外加电压U

调速范围宽、简 单易行、负载适应性 广，是当今直流电动 机调速的主要方法。

调电枢端电压U的方法调速，此时 电动机磁通Ф应为最大值(额定值)且保 持不变，以求得充分发挥电动机的负 载能力。而在额定转速(基速)以上时， 因电枢端电压U已不允许再增加，可采 用减弱磁通Ф的方法使电动机的转速 进一步提高，从而提高整个系统的速 度调节范围

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

一. 可控变流装置1.旋转变流机组结构如图 工作原理： 交流电动机为原动机，工作时 转速基本恒定，由它拖动的直流 发电机G给需要调速的直流电动M 的电枢供电。GE为一台小型直流 发电机，可与交流电动机、直流 发电机同轴相连，也可另设一台 小型交流电动机对其拖动，它提 供一小容量的直流电源供直流发 电机和直流电动机励磁用，所以 又称GE为励磁发电机。旋转变流 机组供电的直流调速系统可简称 为G-M系统。改变G的励磁电流If 的大小时，也就改变了G的输出电 压U,进而改变了直流电动机M的 转速 。

图5-1 旋转变流机组供电的直流调速系统(G-M系统)

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

如果改变If的方向 ，则U的极性和n的方 向都跟着改变，实现 G-M系统的可逆

运行 。 由于能够实现回馈 制动，G-M系统在允 许的转矩范围内可以四 象限运行，其完整的机 械特性如图5-2 。

图5-2 G-M系统的机械特性

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

2. 晶闸管整流

图5-3 晶闸管整流装置供电的直流调速

GT为晶闸管触发装置 ，V为晶闸管整流器， 合起来为一可控直流电 源。可控直流电源给直 流电动机电枢供电组成 直流调速系统。这类直 流调速系统简称V-M系 统

工作原理： 改变GT的输入信号大小，就可改变GT输出脉冲的相位，晶闸管在不同的相位 处开始导通，使整流器输出的电压平均值Ud大小变化，进而改变电动机的转速。 和传统的G-M系统相比，晶闸管可控直流电源的功率放大倍数高出旋转变流机组 两到三个数量级，而系统反应速度也要高出二个数量级以上。

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

3. 直流斩波器

图5-4 斩波器 -电动机系统的原理图和电压波形图

工作原理： 图5-49a中，当VT被触发导通时，电源电压Us加到电动机电枢上；当VT在控 制信号作用下，通过强迫关断电路关断时，电源与电动机电枢断开，电动机经二 极管VD续流，此时，图中A、B两点间电压接近零。若使晶闸管反复通断，就得 到A、B间电压波形如图b。常用的是周期T不变，改变导通时间ton,进而改变输出 直流电压平均值，最终完成转速调节，这种方式称脉冲宽度调制，此时系统简称 PWM调速系统。目前，由于全控型电力电子器件的发展，作为开关用的VT(半 控型)已被取代，线路被优化，性能更优越。

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

二. 转速控制的要求和调速指标调速 稳速 速度变化率

1.调速范围生产机械要求电动机所提供的最高转速与最低转速之比称为调速系统的调速 范围。常用字母D来表示。

nmax D nmin2.静差率

(5-2)

nmin 通常指电动机带上额定负载时的转速值。 这里 nmax 、系统转速的变化主要由负载变化引起，反映负载变化对转速影响的一个指标 被定义为静差率。其定义为：调速系统在额定负载下的转速降落与理想空载转速 之比。静差率用字母S表示：

n0 n1 nnom S n0 n0

(5-3)

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

静差率百分数表示：

S

nnom 100% n0

对一般系统来说，S越小时说明系统转速的相对稳定性越好。而对同一系统 而言，静差率不是定值，电动机工作速度降低时，静差率就会变大。请看图5-5。 给出了系统两条稳定工作特性，对应 于电枢上两个不同的外加电压。对于调压 调速来说，两条特性是平行的，即在负载 相同时，两种情况下转速降落值应是相同 n nom 的，若是额定负载，两者的速降均为 。而根据静差率S的定义，因 n01 n 02 , 显然有S1<S2。

结论：调速系统只要在调速范围的最低 工作转速时满足静差率要求，则其在整个调 速范围内都

会满足静差率要求。

图5-5 不同转速下的静差率

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

3. 调速范围与静差率的关系 静差率和调速范围必须同时考虑才有意义，由各自的 定义式可知：提调速范围时，任何系统的调速范围都可以 很大；而单提静差率，大多数系统也会较容易满足。 对同一个系统 ，有：

nnom S n0nin

nnom (1 S ) nnom nmin n0 min nnom nnom S S

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

由调速范围(对于调压调速

nmax nnom ),

n D max nmin

nnom nmin

将上页的 nmin 表达式代入本式，得nnomS D nnom(1 S )

(5-5)

上式表明，同一系统的调速范围、静差率和额定转速 降落三者之间有密不可分的联系。对静差率值要求越小， 能得到的调速范围也将越小。 Back

机床电气控制技术 齐占庆、王振臣

第二节 反馈控制直流调速系统一. 反馈控制的基本概念

系统的调速范围、静差率、额定负载下的转速降落之间 有确定的关系式： nnomSD nnom(1 S )

其中，调速范围D、静差率S取决于生产加工工艺要求 ，是无法变更的。为使上式成立，只能设法减少额定负载下 的转速降落。 无反馈控制的开环调速系统，额定负载下的转速降落值为： n nom I dnom R Ce

其中，R是电枢回路总电阻，为系统固 …… 此处隐藏：2229字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……