交直流调速
交直流调速实验报告
交直流调速实验报告一、实验目的通过实验掌握交直流调速的原理和方法，了解调速装置的控制原理和运行特性。
二、实验原理三、实验仪器和材料1.可控硅整流装置2.直流电动机3.变频器4.示波器5.接线板及电源线6.实验台四、实验步骤1.将可控硅整流装置、直流电动机和变频器依次连接。
2.将电源线插入电源插座，打开电源开关。
3.使用示波器测量可控硅的触发脉冲信号。
4.调节变频器的频率和输出电压，观察直流电动机的转速变化。
5.记录不同频率和电压下的转速和触发脉冲信号。
五、实验结果和讨论在实验中，我们分别记录了不同频率和电压下直流电动机的转速和可控硅的触发脉冲信号。
通过分析实验数据，我们可以得出以下结论：1.频率对直流电动机的转速有较大影响。
在实验中，当频率较小时，转速相对较低；频率较高时，转速较高。
2.电压对直流电动机的转速也有一定影响。
当电压较低时，转速相对较低；电压较高时，转速较高。
3.可控硅的触发脉冲宽度对转速有直接影响。
脉冲宽度越大，转速越高；脉冲宽度越小，转速越低。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解交直流调速的原理和方法。
同时，我们学会了如何使用可控硅整流装置和变频器进行调速，并通过实验数据分析得出结论。
这对于我们今后的工程实践具有重要的指导意义。
七、存在问题和改进措施在本次实验中1.实验数据的采集和处理方法还不够准确和科学。
2.实验过程中，设备操作和接线方面可能还存在一定的不规范之处。
为了进一步提高实验的准确性和可靠性，我们可以采取以下改进措施：1.在实验中增加数据采集的次数，提高实验的重复性。
2.在实验之前提前做好设备检查，确保设备状态良好。
3.学习更多相关理论知识，加深对实验原理的理解。
学习_高级维修技师交直流调速系统
对于异步电动机，转子转速总是低于旋转磁场的转 速，即同步转速，因为如果两者相同，则转子导体和旋 转磁场间相对静止，转子就不会切割磁力线，导体的感 应电动势为零，因而就不会产生电磁转矩。
18
同步转速与转差率
异步电动机的定子通以三相交变的电流后，定子将
交直流调速系统
1、什么是调速及调速系统
将调节电动机转速，以适应生产要求的 过程就称之为调速；
用于完成这一功能的自动控制系统就被 称为是调速系统。
电动机是用来拖动某种生产机械的动力 设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。 比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件 表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求 电机低速运行；而在对工件进行精加工时， 为了要缩短工加时间，提高产品的成本效 益，因此加工时要求电机高速运行。
需要调速，但对调速性能要求不高的生产机械， 也属于一般性能调速
高性能的交流调速系统和伺服系统
矢量控制技术、直接转矩控制
特大容量、极高转速的交流调速
厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖 动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调 速为宜。
变极
异步电动机调速
变频
n
(1
S )n1
60 1 p
带电压负反馈和电流正反馈的 调速系统
电加量流了使正一系反个统馈与的的给输作定出用电也在压产于同生给极了系性一统的个的增Ufi输量分入，量偏可，差以这电有个压效输地Δ入U补增i增 偿转电速压降负，反从馈而调减速少系了统系因统电的枢静电差阻，压扩降大了IdR调a引速起范的围。
谢谢!
三、电压负反馈直流调速系统
反馈信号Ufn：取自电动机电枢两端的电 压， Ufn=γUd（γ为电压反馈系数）
第五章-交流调压调速系统和串级调速系统
Te U
2 1
交直流调速系统
•最大转矩公式 将（5-1）对s求导，并令dTe/ds=0，可求出 对应于最大转矩时的静差率和最大转矩
sm
' R2 2 2 R1 1 ( Ll1 L'l 2 ) 2
2 3npU1
（5-2）
Te max
R R 2 2 ( L L' ) 2 21 1 1 1 l1 l2
交直流调速系统
5、1
交流调速系统的分类
变极 有级调速 变频
1、异步电动机交流调速方式
调压
60 f1 n (1 S )n1 (1 S ) p
串电阻
电磁转差离合器
串级 根据转速公式可归纳出三类调速方法（原始的分类方法）：
变极对数p的调速、变电源频率f1调速及变转差率s调速。
交直流调速系统
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类）分为三类： （1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能 而被消耗掉。 特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步 电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。 （2）转差功率回馈型调速系统——转差功率的少部分被消 耗掉，大部分通过变流装臵回馈给电网或者转化为机械能予 以利用。 特点：效率高。串级调速属该类系统。
交直流调速系统
5.3 绕线式异步电动机串级调速系统
引言
转差功率的利用 众所周知，作为异步电动机，必然有转差 功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的 转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼 型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做 到。
交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
交直流调速系统
交直流调速系统简介交直流调速系统是一种广泛应用于电机调速的控制系统。
它通过控制电机输入的电压或电流，实现对电机输出转速的精确控制。
交直流调速系统在工业领域中的应用非常广泛，可以用于机械设备、电梯、风机、泵站等各种场合。
原理交直流调速系统的基本原理是采用电力电子技术，将交流电转换为直流电，并通过控制器对直流电进行调节，再将调节后的直流电供给电机，从而实现对电机的转速控制。
交直流调速系统的核心部件是变频器，它通过改变电压或频率的大小，控制电机的转速。
变频器通常由整流器、滤波器、逆变器和控制器组成。
•整流器：将交流电转换为直流电，通过整流和滤波过程，将交流电的波形变换为平滑的直流电。
•逆变器：将调节后的直流电转换成交流电，逆变器可以改变输出的频率和电压大小，从而实现对电机转速的控制。
•控制器：控制系统的大脑，接收输入的控制信号，根据设定的转速要求对逆变器进行控制。
优势交直流调速系统相比传统的电阻调速和磁阻调速有以下几个优势：1.节能高效：交直流调速系统可以根据负载的需求调节电机的转速，避免了不必要的能耗，提高了能源利用效率。
2.转速范围广：通过控制器的精确调节，交直流调速系统可以实现广范围的转速调节，满足不同应用场景的需求。
3.控制精度高：交直流调速系统具有良好的转速控制性能，可实现对电机的精确控制，提高生产过程的稳定性和产品质量。
4.可靠性强：交直流调速系统采用先进的电力电子技术，具有较高的可靠性和抗干扰能力，可以适应恶劣的工作环境。
5.维护成本低：交直流调速系统的维护成本相对较低，设备运行稳定可靠，减少了维修和更换的频率。
应用领域交直流调速系统广泛应用于各个领域，特别适用于以下场合：1.机械设备：交直流调速系统可以应用于各种机械设备的转速调节，如印刷机、纺织机、切割机等。
2.电梯：交直流调速系统可以实现电梯的平稳起动和停止，提高电梯运行的安全性和舒适性。
3.风机：交直流调速系统可以应用于风机的转速调节，根据风量需求自动调节风机的运行速度，降低能耗。
交直流调速系统课程总结
交直流调速系统课程总结交直流调速系统课程主要研究和探讨了电力拖动系统中，如何通过控制交流电机和直流电机的转速来满足各种负载需求的技术与方法。
1.直流调速系统：-直流电动机的基本工作原理及特性分析，包括机械特性和电气特性。
-直流调速系统的构成，包括电动机、电源、控制器（如电枢回路电阻调速、晶闸管相控整流器调速）以及检测反馈装置等组成部分。
-晶闸管相控整流器的工作原理及其对直流电机调速的影响，包括调压调速、弱磁调速等方式。
-直流调速系统的静动态性能分析，包括稳态和动态响应特性。
2.交流调速系统：-交流异步电动机和同步电动机的工作原理和基本特性。
-V/f控制、矢量控制等交流调速技术原理，以及SPWM逆变器的工作原理和实现方式。
-变频调速系统的组成和工作过程，包括变频器、电动机、传感器和控制器等部分。
-交流调速系统的性能分析，包括稳态精度、动态响应速度、调速范围等关键指标。
-现代交流调速技术，如直接转矩控制（DTC）、无速度传感器控制等高级控制策略。
3.调速系统的实际应用与设计：-考虑到不同工业场合对调速性能的不同要求，学习如何根据负载特性选择合适的调速方案，并进行调速系统的设计计算和参数优化。
-掌握各类调速系统在故障诊断、保护措施及节能等方面的设计要点。
4.实验与实践环节：-通过实验操作了解和验证理论知识，熟悉直流调速器、交流变频器的操作使用。
-分析并解决实验过程中遇到的实际问题，锻炼动手能力和工程实践能力。
交直流调速系统课程不仅使学生掌握了电机调速的基础理论知识，还培养了他们针对实际工程问题进行分析、设计和调试的能力，对于提升电气自动化及相关领域人才的专业素养具有重要意义。
《交直流调速系统》第六章交流电动机调速及变频原理
交直流调速系统：交流电 动机调速及变频原理
交直流调速系统是当今工业领域中应用最广泛的电机调速方式之一。本文将 介绍其工作原理、控制方式、实验结果以及应用领域。
交直流调速系统简介
工作原理
交直流调速系统将交流电网变频后的电能， 通过调整输出电压的频率和振幅，实现对交 流电动机转速的精确控制。
应用领域
广泛应用于各种机械传动、液力传动和水泵 等控制系统中。
交流电动机调速系统的应用领域
自动化系统中的应用
在各种自动化生产设备中被 广泛应用，如印刷机、纺织 机、机床等清
电力系统的应用
在电力和水泵工业中，它们 通常被用于驱动变速风扇、 汽轮机、输电水泵和空气压 缩机。
船舶和铁路设备的 应用
在船舶和铁路设备中，变频 系统被用于调节主推进电机 和发动机。
总结和展望
优点
能够提高电机的转速调节精度、降低噪声和 振动，操作简便、维护方便。
未来发展
随着电力电子技术的发展和应用，交直流调 速技术将显示出更加优异稳定的特性。
交流电动机调速原理介绍
异步电动机
在交流电路中，由于线圈电势 产生了磁通量，被感应到的铝 制转子上涡流的作用下形成了 磁通量，进而激起了电势和转 矩。
压，并将其送入交流电机中。
3
控制电路
接收电机转速及其加速度反馈信息， 将这些反馈信息与控制策略融合，进 而实现对交流电机调速控制。
交流电动机调速控制方式
1 恒转矩调速
2 恒功率调速
保持电机输出转矩不变的状态下，改变电 机输出的转速。
在电机输出功率不变的情况下，改变电机 转速。
3 恒流调速
4 联合控制
同步电动机
自带一定数目的永磁体，并且 同步转子上的感应电流同步于 定子电流，从而使交流电动机 实现了较好的调速性能。
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
交直流调速系统第一章 直流调速简介(第三版)
Id
－－负载电流引起的转速降
机械特性曲线
k Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。
KeN
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。
•特性硬，调速精度高， 最常用。
调压调速
3. 调速的平滑性： 调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
2020/4/14
解： 得
2020/4/14
•电压降低，n0减小
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。
串电阻调速
•特性软，调速精度低， 一般不采用。
•理想空载转速n0不变。
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
2020/4/14
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系 Nhomakorabeas nN ， n0 min
则
n0 min
nN s
D
snN
1 snN
D nN
nN
nmin n0 min nN
nN
nN s
nN
snN
1 s nN
2020/4/14
绪论交直流调速系统
变频调速
矢量控制
基于磁场定向控制，通过控制电机的 输入电流，实现电机的转矩和转速的 解耦控制。
通过改变电源的频率来实现调速，是 目前应用最广泛的交流调速方式。
直流调速系统的基本原理
改变电枢电压调速
01
通过改变电机的输入电压，调节电机的输入电流，实现电机的
转速调节。
改变电枢电阻调速
02
通过在电机的电枢回路中串入不同的电阻，调节电机的输入电
在某些应用场景中，同时使用交流和直流电机进行驱动，如电动 汽车等。
能量回馈
在制动或下坡时，将机械能转化为电能回馈给电网或储能装置。
自适应控制
根据电机参数和运行状态的变化，自适应地调整控制策略，提高 系统性能。
04 交直流调速系统的性能指标
CHAPTER
交流调速系统的性能指标
调速范围
交流调速系统的调速范围通常是指电机 在额定转速以下可调速的范围，以百分
交直流调速系统主要由控制器、功率驱动器和电动机三部分组成，其中控制器是核心部分， 负责接收输入信号并输出控制指令。
交直流调速系统的调速方式主要有两种：一种是改变电动机的输入电压，通过调节电压的大 小来改变电动机的转速；另一种是改变电动机的输入电流，通过调节电流的大小来改变电动 机的转速。
交直流调速系统的应用场景
较高，节能效果较好。
03
控制精度与动态响应
直流电机控制精度高，动态响应快，适用于高精度、高动态响应的场合；
而交流电机控制精度相对较低，动态响应较慢，适用于对精度和动态响
应要求不高的场合。
03 交直流调速系统的控制方法
CHAPTER
交流调速系统的控制方法
转差功率不变控制
通过改变电机转差率来调节速 度，保持转差功率不变，如滑
绪论交直流调速系统
交直流调速系统
▪ 晶闸管供电旳直流调速系统，其功率放大倍数在一万倍以上， 比机组高近一千倍，比水银整流器高几十倍。
▪ 迅速响应特性，机组是秒级，晶闸管是毫秒级。
交直流调速系统
第1 讲
绪论
引言：有关调速系统
交直流调速系统
0.1自动控制系统旳构成体系
自动控制系统分为
生产过程自动控制系统 电力拖动自动控制系统
以生产过程参数T、P、Q-等变量为被控量，以“自 动化仪表”为执行机构。
以生产机构旳速度、位 置-----等变量为被控量， 以“电动机”为执行机构。
交直流调速系统
0.2电力拖动自动控制系统旳分类
▪ 1、调速系统：以控制电机速度为目旳
▪ 2、随动系统：以控制电机转角为目旳
▪ 3、程序控制系统：以计交流还是直流，系统又分
为直流和交流系统。
交直流调速系统
0.3工业上常用旳交直流调速系统
1、速度控制系统：即调速控制系统，如发动机旳 转速调整
任何一台需要转速控制旳设备，其生产工艺 对控制性能均有一定旳规定。 例如，高速造纸机旳抄纸速度到达1000m/min， 规定稳速误差不不小于0.01%。
▪ 所有生产机械对调速系统提出旳规定，调速系 统应按一定旳技术指标即静态（稳态）指标和 动态指标来执行。
交直流调速系统
▪ 静态指标： 调速范围 静差率
上述系统旳基础都是速度控制系统。
交直流调速系统
交通系统 钢铁生产
交直流调速系统
1、什么是调速及调速系统
▪ 电动机是用来拖动某种生产机械旳动力 设备，因此需要根据工艺规定调整其转 速。调整电动机转速，以适应生产规定 旳过程就称之为调速。
交直流调速控制系统教学设计 (2)
交直流调速控制系统教学设计一、教学目标本教学设计旨在使学生掌握交直流调速控制系统的基本原理、特点及其在工业自动化中的应用；了解各类调速控制器的结构、性能与选型方法；掌握感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速方法及应用。
二、教学内容1. 交直流调速控制系统基本概念和原理1.交直流调速控制系统的基本构成和概念2.交直流调速控制系统的工作原理及特点2. 调速控制器的结构和特点1.调速控制器的分类及性能指标2.调速控制器的基本结构和原理3.调速控制器的选型方法3. 电动机调速控制方法1.感应电动机的调速方法及应用2.永磁同步电动机的调速方法及应用3.直流电动机的调速方法及应用4. 实验操作1.交直流调速控制系统的基本操作2.感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速实验三、教学方法1.理论讲授2.实验操作四、教学评价1.各章节学习笔记2.实验报告及操作记录3.期末考试五、教学进度安排章节教学内容时间第一章交直流调速控制系统基本概念和原理2学时第二章调速控制器的结构和特点4学时第三章电动机调速控制方法6学时第四章实验操作8学时总计20学时六、教学资源准备1.PPT课件2.实验器材和材料3.相关教材和参考资料七、教学考核标准1.期末考试成绩占60%2.学习笔记和实验报告占30%3.上机操作成绩占10%八、总结本教学设计旨在使学生熟悉交直流调速控制系统的基本原理和工作原理，了解调速控制器的结构、性能与选型方法，掌握感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速方法及应用，通过实验操作巩固理论知识，提高学生动手实践能力。
此外，通过学习笔记和实验报告等形式，加强学生对所学内容的掌握和理解。
交直流调速知识点总结
交直流调速知识点总结一、交直流调速概述交直流调速是指通过调节电机的电压、电流、频率等参数来实现电机的转速调节。
电机调速的目的是根据工艺需要，调节电机的转速，以满足不同的工作要求。
在工业生产中，电机调速是非常常见的一种操作，不同的场景需要不同的调速方式和调速原理。
二、交直流调速的主要原理1. 直流电机调速原理直流电机调速主要通过改变电机的电压和电流来实现。
常见的直流电机调速方法有电阻调速、串联励磁调速、分段励磁调速、变压器调速和外加电压调速等。
其中，电阻调速是通过改变电机的电阻来改变电机的转矩，从而实现调速。
而串联励磁调速是通过改变电机励磁电流的大小来改变电机的转矩和转速。
2. 交流电机调速原理交流电机调速主要通过改变电机的供电频率和电压来实现。
常见的交流电机调速方法有电压调制调速、变频调速和双频调速等。
其中，电压调制调速是通过改变电压的大小和形状来控制电机的转速，而变频调速则是通过改变电源的频率来控制电机的转速。
三、交直流调速的常见控制方式1. 直流电机调速控制方式直流电机调速的常见控制方式有开环控制和闭环控制两种。
开环控制通常使用电阻、变压器、电阻箱等来实现调速；而闭环控制则是通过反馈回路来实现，常见的控制器有PID控制器和PLC控制器等。
2. 交流电机调速控制方式交流电机调速的常见控制方式有电压调制控制和变频控制两种。
其中，电压调制控制是通过调节电网电压来控制电机的转速，而变频控制则是通过改变电源的频率来控制电机的转速。
四、交直流调速的应用场景1. 直流电机调速应用场景直流电机调速在工业生产中应用广泛，常见的应用场景有卷扬机、起重机、风机、泵等。
由于直流电机转速调节范围宽，转速稳定，故在需要频繁调速和精确控制转速的场景中应用较多。
2. 交流电机调速应用场景交流电机调速在工业生产中也有着广泛的应用，常见的应用场景有风机、水泵、离心机、输送机等。
由于交流电机调速系统成本低、效率高，故在需要大功率和长时间连续运转的场景中应用广泛。
交直流调速系统
2、静止式可控整流器（V-M系统）
图1-3 晶闸管-直流调速系统（V-M系统）
u2 ua d1
ub uc
一、电阻负载（α=00）
t1 t2 t3 t4 t5 t6
wt
d2
VT1VT3VT5 d1
ud
T ia
id
wt
a
n
负 b c载
ud
iVT1
wt
VT4VT6VT2 d2
uVT1
wt
直流电机调速系统的基本结构
2.1、开环V-M调速系统原理图
+E1
GT
U
* n
~
Ld
V
U do
Ia
- Ea M n
Load
给定部件
放大变换部件
执行部件 被控对象
控制 给 指令 定 生成 量 部件
触发 装置
可控整流
滤波
主电路 (平波电抗器)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直流 电动机
负载 (工作机械)
稳态结构图
U
* n
IaR
Ks
Ud0
Ea
1
n
Ce
例：某电源—电动机直流调速系统，已知电机的额定
以上公式表明：直流电动机的调速方法有 三种。
（1）调节电枢供电电压Ud
改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电 压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这 种方法最好。
工作条件：
保持励磁 F = FN ；保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN Ud n ， n0
减小励磁 FN F n ， n0
交直流调速系统1.第一章 直流调速简介
说明： (1)静差率越小，转速降越小， 系统的抗干扰能力越强。 (2)静差率与硬度 联系：同一机械特性，硬度越硬，s越小； 区别：不同机械特性，硬度相同，s不等。 系统静差率描述方式： s=10%，或s≤10%
(3)调系统的静差率指最低转速对应机械特性曲线的静差率。
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(5)将以上测得的几组数对，在Id-n体系中描出对应的点，作一条直 线，使多数点落在直线上或靠近直线。该线就是电动机在电枢电压 为Ud0时的开环机械特性曲线。
3。机械特性的测试方法
怎样来改变电机的电枢电流呢？ 实际生产中，电机的电枢电流又称负载电流，是由电机所带负载的 轻重决定的，增大负载，电流增大，反之，减小负载，电流减小。 在实验室中，常用直流发电机和负载电阻作为电动机的模拟负 载，即直流电动机驱动一台直流发电机，直流发电机的输出电压加 在一可调电阻上。电动机转速一定的情况下，直流发电机的输出电 压不变，发电机输出功率就是可调电阻上消耗的功率：
三、直流调速系统的发展
直流调速系统是通过改变电动机电枢电压的大小来实现调速的，根 据获得可调电枢电压的方法不同，将直流调速系统的发展分为3个阶段：
（1）直流发电机-电动机调速系统（简称G-M调速系统） （2）晶闸管整流装置-电动机调速系统（简称V-M调速系统） （3）直流脉宽调速系统（简称PWM调速系统） （一）G-M调速系统 2.工作原理分析 1.G-M调速系统原理图 3.缺点：
(4)静差率与调速范围的关系
D
nN nN s ， 则 n 0min n0 min s
snN 1 s nN
nN nN D nmin n0 min nN nN nN s snN 1 s nN nN
交直流调速课件
一、静态转矩的折算
先考虑简单的两轴系统，假如要把工作机构的转矩TL' 算到电动机轴上，其静态转矩的等效原则是：系统的传 送功率不变。 TL'ωL=TLω
TL 系统的等效负载 TL L j
TL
若考虑传动效率由电动机带动工作机构，
功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动 机构承担，即电动机发出的功率比生产机械消耗 的功率大。根据功率不变原则，应有 TL TL TL'ωL=TLωηc TL c L jLc
技术进步与发展的四个特征
（1）全控型电力电子器件取代半控型器件， 变换技术由相位控制转变成脉宽调制； （2）模拟电子控制让位于计算机数字控制； （3）交流运动控制系统取代直流运动控制系 统； （4）计算机仿真与辅助设计逐步溶入运动控 制系统的性能分析与设计中。
1 电力拖动系统的动力学基础 1.1 电力拖动的动力学
绪论
1 交直流调速控制系统组成及其相关学科
+ 控制器 功率放大与 变换装置 信号处理 传感器 电动机及负载
控制对象为电动机，从电动机类型上看可分为直流电 动机、交流异步电动机和交流同步电动机，从用途上 看可分为用于调速系统的驱动电动机和用于伺服系统 的伺服电动机。电动机是调速控制系统的执行机构
功率放大与变换装置
nmax nN D nmin nmin
其中nmin 和nmax 都指电机额定负载时的转速 2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 nN ，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ， 即 n n n
s
N
n0
100%
0
N
交直流调速系统剖析
《交直流调速系统》课程剖析一、前言随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展，交流和直流调速技术日新月异。
交直流调速是企业实现自动化和智能化控制十分重要科技基础,对企业产品质量的提高,降低生产成本,增强企业市场竞争力起着关键性的作用.可调速的高性能交流拖动在工业上的应用越来越广。
二、课程剖析1、本课程的性质和目标交直流调速系统是机械设计制造及其自动化专业机电系统智能控制方向学生限定选修的一门专业课。
本课程的内容由电机与拖动基础、控制电机、直流调速系统和交流调速系统等四部分组成。
通过这些内容的学习，使学生获得有关交直流电机的基本工作原理与运行特性、常用的几种控制及驱动方法、直流调速系统和交流调速系统的组成等知识，掌握分析系统的方法、改善系统性能的途径，并培养正确选用各种电机以及选用驱动控制电路、完成电机驱动控制的能力。
2、本课程教学目标：培养学生（一）、课程的教学基本要求1．掌握直流电动机、交流异步电动机的基本工作原理以及它们的运行特性，学会它们起动、制动和调速的方法，了解它们在不同的工作状态下机械特性的变化。
2．掌握单相异步电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、同步电动机、步进电动机及直流无刷电动机的工作原理和特性，了解它们的驱动方法，学会如何选用控制电动机及其相应的控制驱动电路。
3．了解电力拖动系统过渡过程曲线的变化规律，掌握过渡时间的计算，学会拖动系统过渡过程的分析方法。
4．了解直流调速系统的发展，掌握系统常用的一些反馈元件及其检测原理，学会双闭环直流调速系统的组成以及脉宽调制的方法。
5．掌握交流异步电动机变频调速的原理和方法，了解各种变频器及其应用，学会分析常用变频调速系统的组成和工作原理的方法。
（二）、教学方法和教学形式建议教学形式建议包括电视录像授课，自学及面授辅导等形式，其中，电视授课以讲授重点、难点和应用实例分析为主。
（三）、本课程与相关课程的关系在学习本课程之前，学生应具有电机原理、电力电子变流技术、机电控制工程基础及工业用微型计算机等方面的知识。
交直流调速方案优缺点浅析
交直流调速方案优缺点浅析发布日期：2011-09-1660-100万吨棒材生产机组传动控制系统交直流调速方案优缺点浅析随着国民经济的日益发展及国家“十二五”规划的要求，市场对螺纹钢、圆钢等的需求越来越多，近几年国内各企业拟建或在建的60-100万吨/年棒材机组有数十条，其中18机架主轧机电机及控制方案的选型对整条机组的造价及日后的机组产量、质量、产品精度及运行的综合成本至关重要，先对目前国内外流行的直流调速和交流变频调速系统的优缺点做一个简单的概述及分析，不足之处请给予批评指教：一、直流调速方案：1、直流电机及控制系统的优缺点：◇调速性能好、调速范围广，易于平滑调节◇起动、制动转矩大，易于快速起动、停车◇过载能力强、能承受较频繁的冲击负荷◇线路简单、控制方便、◇电控系统总体造价（包括直流电机及其配套的直流调速装置）相对较低，设计、制造、调试周期短◇国内外控制方案成熟、工程应用广泛鉴于以上优点，加之晶闸管技术的高速发展，在冶金工业领域、特别是对速度控制要求迅速、准确调整的带钢冷连轧机组等一些高性能的电气传动系统中，晶闸管整流供电的直流传动系统一直被长期、广泛地采用，以满足和实现工艺对电机的调速性能要求。
虽然直流传动有以上诸多优点，但仍有不足之处，主要表现在：◆由于采用相控整流技术，在晶闸管换向时会产生谐波，污染电网，须对谐波进行治理◆在低速启动时，因为晶闸管导通角α，导致功率因数较低，无功分量较大，须对功率因数进行补偿◆与同容量、转速的交流电机相比，直流电机的造价高、体积大、重量重、转动惯量大◆日常维护量大，须定期检查、更换炭刷，整流子表面保养◆由于换向的限制，在结构发展上欲制造大容量、高电压及高转速的直流电机工艺上比较困难。
现阶段直流电机单机容量最大只能达到11000kw左右，电压也只能做到1200V左右，这样一些大容量的不得不做成双电机、三电机甚至四电机结构，直接影响了直流电机的广泛应用，发展交流变频势在必行2、西门子/ABB等国外原装产品与DB系列扩容全数字直流控制器在控制精度及造价方面的比较鉴于直流电机的以上优缺点，目前国内还是有许多厂家（特别是一些民营企业和一些中小型国企）在新建项目时，为了节省投资、压缩工期，还是选择主传动系统采用直流方案（特别是单台功率≥600-800KW）据初步统计，目前已经建成的棒材机组有近60% 采用的是直流方案（因为一般情况下此类机组初轧、预精轧、精轧电机功率均在900-1300KW），目前国内大部分厂家选择的直流控制器为西门子公司的6RA70系列（60%左右）、ABB公司的DCS600系列（25%左右）和其他的一些国外品牌。
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交直流调速系统课程设计目录一、课程设计的目的 (2)二、课程设计的要求 (2)三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计） (3)（一）、连轧机原理 (3)（二）、基本参数 (3)(1)、电动机参数 (3)（三）、设计指标 (4)（四）设计要求 (4)四、晶闸管整流主电路的设计与选择 (4)（一）、整流变压器的计算与选择 (4)（1）、整流变压器的电压 (5)（2）、整流变压器的电流 (5)（3）、整流变压器的容量 (5)（二）、整流元件的计算与选择 (5)（1）、整流元件的额定电压Ukn (6)（2）、整流元件的额定电流IT (6)（三）、电抗器的计算与选择 (6)（1）、实际应串入的平波电抗器LK（mH） (6)（四）、保护元件的计算与选择 (6)（1）、交流侧阻容过压保护 (6)（2）、交流侧压敏电阻过压保护 (7)（3）、晶闸管元件过压保护 (8)（4）、晶闸管装置的过流保护 (8)（五）、晶闸管直流调速系统主电路原理图 (8)五、晶闸管双闭环直流调速系统的设计与选择 (9)（一）、晶闸管双闭环直流调速系统的原理 (10)（二）、给定积分器单元(GJ)电路电路设计及分析 (11)（三）、速度调节器单元(ASR) 及电路设计及分析 (12)（四）、电流调节器单元(ACR) 及电路设计及分析 (13)（五）、速度变换器（SB）及电路设计及分析 (13)（六）、触发输入及保护单元及电路设计及分析 (14)（七）、直流调速系统整体分析 (17)六、晶闸管转速电流双闭环直流调速系统调试 (18)（一）、线路原理 (18)（二）、调试内容及步骤 (19)（三）、系统调试注意事项 (21)七、体会与建议............................................................................................. 错误！未定义书签。
一、课程设计的目的课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。
因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的。
①通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程方面的基本只是、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。
②通过课程设计，让学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，达到提高学生基本素质之目的。
③通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。
④通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好的基础。
二、课程设计的要求①根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。
②要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。
③要求会查阅有关参考资料和手册等。
④要求学会选择有关元件和参数。
⑤要求学会绘制有关电气系统图和编制元件细节。
⑥要求学会编写设计说明书。
三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计）（一）、连轧机原理在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，而连轧则是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法。
其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制最终形成一定的断面形状。
其轧制原理和过程如图3-1所示。
连续轧制的基本条件是物质流量的不变性，即S1v1=S2v2…=S nvn=常数，这里S1…S n和v1…v n分别为被轧金属的横断面积和线速度。
而连轧机的电气传动则应在保证物质流量恒定的前提下承受咬钢和轧制时的冲击性负载，实现机架的各部分控制和协调控制。
每个机架的上下轧锟公用一台电动机实行集中拖动，不同机架采用不同电动机实行部分传动，各机架轧锟之间的速度则按物质流量恒定原理用速度链实现协调控制物质流量不变的要求应在稳态和过渡过程中都得到满足，因此，必须对过渡过程实践和超调量都提出相应的限制。
连轧机的完整控制包括许多方面，本课题只考虑轧锟拖动的基本控制即调速问题，并以十机架轧机为例，至于张力卷取问题等将不涉及。
（二）、基本参数考虑到课程设计的实践有限，本课题直接给出各部分电动机的额定参数作为设计条件，不再提及诸如轧制力、轧制转矩、轧锟直径等概念和参数，以便简化设计计算。
(1)、电动机参数以十机架为准，每个机架对应一台电动机，由此形成10个部分，各部分电动机参数集中列表3-1中，其中P n(kW)为额定功率、U n(V)为额定电压、I n（A）为额定电流、n n[(r/min)]为额定转速、R a(Ω)为电动机内阻、GD²a(N²m²)为电动机飞轮力矩、P为极对数。
I fn(A)为额定励磁电流。
表3-1 各部分电动机额定参数机架序号电动机型号Pn/Kw Un/V In/A na/(r/min) Ra/ΩIfn/A Gda²/N²m²P/对1 Z2-92 67 230 291 1450 0.2 4.98 68.6 12 Z2-91 48 230 209 1450 0.3 3.77 58.02 13 Z2-82 35 230 152 1450 0.4 2.67 31.36 14 Z2-81 26 230 113 1450 0.5 2.765 27.44 15 Z2-72 19 230 82.55 1450 0.7 3.05 11.76 16 Z2-71 14 230 61 1450 0.8 2.17 9.8 17 Z2-62 11 230 47.8 1450 0.9 0.956 6.39 18 Z2-61 8.5 230 37 1450 1 1.14 5.49 19 Z2-52 6 230 26.1 1450 1.1 1.11 3.92 110 Z2-51 4.2 230 18.25 1450 1.2 1.045 3.43 1（三）、设计指标①稳态指标：无静差。
②动态指标：电流超调量﹠i≤5%；启动到额定转速时的转速超调量﹠n≤5%（按退饱和式计算）（四）设计要求①要求以转速、电流双闭环形式作为系统的控制方案。
②要求主电路采用三相全桥整流形式。
③要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。
④要求触发脉冲有故障封锁能力。
⑤要求对1号机架拖动系统设置给定积分器，其他机架拖动系统设置给定速度链，以实现速度协调控制。
四、晶闸管整流主电路的设计与选择（一）、整流变压器的计算与选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流电压与电网电压往往不一致；因此，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干涉，要求它们相互隔离，故通常均要配用整流变压器。
（1）、整流变压器的电压整流变压器的一次侧直接与电网相连，当一次侧绕组Y接时，一次侧相电压U1等于电网相电压；当一次侧绕组△接时，一次侧相电压U1等于电网线电压。
整流变压器的二次侧相电压U2与整流电路形式、电动机额定电压Un、晶闸管装置压降、最小控制角αmin及电网电压波动系数∈有关，可按下式近似计算。
U2=K z U n/∈AB式中，K z为安全系数，一般取为1.05～1.10左右。
（2）、整流变压器的电流整流变压器的二次侧相电流I2和一次侧的相电流I1与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流I n有关，可别计算如下I2=K2I nI1=K1U2I n/U1（3）、整流变压器的容量整流变压器的二次侧容量S2、一次侧容量S1和平均计算容量S可分别计算如下S2=m2U2I2S1=m1U1I1S=(S1+S2)/2式中，m1、m2分别为一次侧与二次侧绕组的相数。
以上各式中未定系数均列于表4-1中。
表4-1 整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数单相全孔桥三相可靠半波三相全控桥三相半控桥A=U do/U20.9 1.17 2.34 2.34B=U d/U do cosαmin cosαmin cosαmin(1+cosαmin)/2 K2=I2/I n 1 0.577 0.816 0.816K1=I1/I n 1 0.472 0.816 0.816 （二）、整流元件的计算与选择正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保护可靠运行的前提下降低成本。
选择整流元件主要是合理选择它的额定电压U kn和额定电流（通过平均电流）I T,它们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角α的大小等因素有关。
一般按α=0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。
（1）、整流元件的额定电压U kn整流元件的额定电压U kn与元件实际承受的最大峰值电压U m有关，即U kn=（2～3）U m（2）、整流元件的额定电流I T整流元件的额定电流I T与最大负载电流I m有关，即I T=(1.5～2.0) K fb I m式中，K fb为计算系数，参见表4-2；1.5～2.0为安全系数表4-2 整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数负载形式单相桥式三相半波三相半控桥K fb电阻负载0.5 0.374 0.368K fb电感负载0.45 0.367 0.367 （三）、电抗器的计算与选择为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通过需要在直流侧串联常有空气隙的贴心电抗器，其主要参数为额定电流I n和电感量I K.（1）、实际应串入的平波电抗器L K（mH）L K=max(L m,L1)-L a-2L B式中max取其中的最大值。
（四）、保护元件的计算与选择（1）、交流侧阻容过压保护①交流侧过压保护电容（单位为uF）的计算公式C≥2i0%S//U2²式中 S————整流变压器的平均计算容量，V²A；i0%—————变压器励磁电流百分数，对于10～560kV²A的三相变压器，一般去i0%=4～10.电容C（单位为uF）的交流耐压应大于或等于1.5U c,U c是阻容两端正常工作的交流电压有效值。
②交流侧过压保护电阻的计算公式R≥(6.9 U2²/S)√￣(u k%/ i0%)式中，u k%为变压器的短路比，对于10～1000kV²A的变压器，对应u k%=5～10。
电阻功率P可在下式范围内选取（2～3）（2πf）²K1(CR)CU2²＜P R＜（1～2）[（2πf）²K1(CR)+K2]CU2²式中 R、C——为上述范围内阻容计算值；f、U——电源频率（Hz）和变压器二次侧相电压（V）；2～3和1～2——安全系数；K1——计算系数，对于单相K1=1；对于三相K1=3；K2——计算系数，对于单相K2=200；对于三相半波：阻容△接法K2=450；阻容Y接法K2=150；对于三相桥式：阻容△接法K2=900；阻容Y接法K2=300。