广东 2022 中职 《自动控制技术》 第三章 直流调速系统 课件

第三章 直流调速系统 §3—2 直流调速系统的可控直流电源 §3—1 直流电动机的调速原理 §3—3 晶闸管—直流电动机调速系统的特征 §3—5 电压反馈电流补偿控制的调速系统分析 §3—4 反馈控制闭环调速系统的稳态分析 §3—1 直流电动机的调速原理 由直流电动机的速度公式n=(U-IaRa)/Ke Φ可以看出，直流电动机的调速方法有以下三种：改变电源电压U（简称调压调速）；改变电枢回路电阻Ra（简称串电阻调速）；改变励磁电流以改变主磁通Φ （简称削弱磁场调速）。 第三章 直流调速系统 一、改变电源电压U调速 并励直流电动机用改变电源电压调速的机械特性如图所示。 并励电动机改变电源 电压调速的机械特性 第三章 直流调速系统 这种调速方法的主要特点是: (1)调速范围宽广，可以从低速一直调到额定转速，速度变化平滑，通常称为无级调速。 (2)调速过程中没有附加能量损耗。电压降低后，机械特性硬度不变，故稳定性好。 (3)转速只能调低（低于额定转速），不能调高（因端电压不能超过额定电压）。 (4)所需设备较复杂，成本较高。 第三章 直流调速系统 在晶闸管变流技术采用以前，直流电动机的调压调速一般采用直流他励发电机—直流电动机组来实现，通称G-M系统。工作原理如图所示，三相异步电动机拖动直流他励发电机，由它产生直流电压供给直流电动机，改变发电机的励磁电流，则发电机产生的感应电动势E随之改变，即达到了调压调速的目的。由于G—M系统所需电动机数量多、耗电大，声音及干扰也较大，故已逐渐被淘汰。 发电机—电动机 调速系统原理图 第三章 直流调速系统 二、改变电枢回路电阻调速 该通过在电枢回路中串入调速电阻来实现调速目的，其接线如图所示。但必须注意，调速变阻器可作启动变阻器用，而启动变阻器不能用于调速，因为启动变阻器是按短时工作设计的，如将它用于调速，则很容易损坏。 并励直流电动机电路图 串励直流电动机电路图 第三章 直流调速系统 相应调速方法的特性曲线如图所示。 并励直流电动机机械特性曲线图 串励直流电动机机械特性曲线图 第三章 直流调速系统 该调速方法的特点是： （1）所需设备较简单、成本低，因此在小功率直流电动机中用得较多。 （2）电动机转速只能调低，而且为有级调速。特性曲线较软，即负载变动时，电动机转速变化较大。 （3）在调速电阻上有较大的能量损耗，即经济性能较差。 目前，此种调速方法已逐步被晶闸管可调直流电源调速代替。 第三章 直流调速系统 三、削弱磁场调速 当直流电动机的电源电压及负载转矩不变时，如使主磁通减小，则电动机的转速就相应地增高，故通常称为削弱磁场调速。对并励电动机而言，可在励磁回路中串联附加电阻RPl如图a所示。对串励电动机而言，则可在励磁回路中并联磁场分路电阻RPl，如图b所示。 直流电动机削弱磁场调速图 a)并励电动机中串电阻 b)串励电动机中并电阻 第三章 直流调速系统 这种调速方法的特点是： （1）由于调速是在励磁回路中进行，功率较小，故能量损耗小、控制方便。 （2）可以得到平滑的无级调速，但转速只能从额定转速往上调，不能在额定转速以下进行调速，故往往只作为辅助调速，与前面两种调速方法一起组合使用。 （3）一般来讲削弱磁场调速的调速范围较窄，而且当磁通减少太多时，由于电枢磁场对主磁场的影响加大而使电动机换向困难，火花较大。另外还必须考虑到电枢机械强度的影响。因此，对一般的直流电动机而言，最高转速控制在两倍额定转速的范围内。 第三章 直流调速系统 §3—2 直流调速系统 的可控直流电源 变电压调速是直流调速系统中使用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。常用的可控直流电源包括旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器和脉宽调制变换器。 第三章 直流调速系统 一、旋转变流机组 旋转变流机组是用交流电动机和直流发电机组成的机组，以获得可调的直流电压。如图所示为旋转变流机组和由它供电的直流调速系统原理图。由交流电动机M1拖动直流发电机G，由发电机给需要调速的直流电动机M2供电，调节发电机的励磁电流if即可改变其输出电压Ud，从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统。为了供电给直流电动机励磁绕组，通常专门设置一台直流励磁发电机GE，可装在变流机组同轴上，也可另外单用一台交流电动机拖动。 第三章 直流调速系统 旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统） 第三章 直流调速系统 系统调速性能要求不高时， if可由励磁电源供电，要求较高的闭环调速系统一般都应通过放大装置进行控制。G-M系统的放大装置多采用电机型放大器（如交磁放大机）和磁放大器。需要进一步提高放大系数时还可增设电子放大器作为前级放大。如果改变if的方向，则U的极性和n的转向都跟