直流调速系统基本概念.
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
单闭环直流调速系统.
精度高 开环和闭环系统的静差
是 nmax，而对最低速静差率的 要求相同，那么：
率分别为
Dop
nnom s nop (1 s)
Dcl
nnom s ncl(1 s)
scl
ncl , nocl
sop
nop n0 op
则得 Dcl (1 K )Dop
当n0op
n0cl时, 则scl
sop 1 K
（3）当要求的静差率一定 时，闭环系统可以大大提高 调速范围。
un
比较环节 Un Un* Un
电机端电压方程E U d0 Id R
放大器
Uct KpU n
测速反馈环节 U n n
触发和整流装置 U d 0 KsUct 电动机环节 E Cen
静特性方程
从上述六个关系式中消去中间变量，整理后， 即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程 式
n
K
（1）调节电枢供电电压U
（2）减弱励磁磁通
（3）改变电枢回路电阻R
➢调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra
n0
调节过程：
改变电压 UN Un ， n0
调速特性： 转速下降，机械特性曲 O
线平行下移。
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
➢调阻调速
它只与电枢电压Ud和I d电枢U电d阻RRaa有关。由于电枢电阻很 小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲 击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在 电压可调的场合则采用降压起动——在调速系统中如何 处理。
直流调速系统基本概念
2. 比例控制的特点 作用及时、快速、控制作用强，而且Kp值越大，
系统的静特性越好、静差越小。
二、 积分控制与积分调节器
是指系统的输出量与输入量对时间的 积分成正比例的控制，简称I控制。
积分控制
1. 积分( I )调节器
式中 KI——I 调节器的积分常数； ——I调节器的积分时间， =1/KI。
2. 积分控制的特点 可以消除输出量的稳态误差，能实现无静差控制， 这是积分控制的最大优点。
理想空载转速 在给定电压一定时，有: n0 f 转速降
n0 Ce ( 1 K ) 1 K
K GU g
n0 f n0 如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即， 为了获得同开环相同的 理想空载转速 R n n f Ia 闭环给定电压 U g f U g 1 K Ce ( 1 K ) 1 K
范围： M p 10% ~ 35%
超调量
2. 过渡过程时间T
从输入控制（或扰动）作用于系统 开始直到被调量 n 进入（0.05 ～0.02）n2 稳定值区间时为止（并且以后不再越出 这个范围）的一段时间，叫作过渡过程 时间。
3. 振荡次数 N
过渡过程时间 在过渡过程时间内,被调量n在其稳定值 上下摆动的次数，
1稳态uguf不变3稳速ug不变负载变化使uf变化???????????????nuuuuuundkfgf????当负载增加使???????????????nuuuuuundkfgf????当负载减小使当负载发生变化使速度发生变化后系统通过反馈能维持速度基本不变这种状态称为稳速
直流调速系统基本概念
直流调速系统主要性能指标 机电传动控制系统选择调速方案的依据： 生产机械对调速系统提出的调速技术指标 静态指标 调速系统的调速技术指标 动态指标 一、静态技术指标
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。
1-直流调速系统-单闭环
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
在假设忽略各种非线性因素等条件下，系统中各环节
的稳态关系为：
➢ 电压比较器 UnUn *Un
➢ 放大器 ➢ 晶闸管触发整流装置 ➢ 调速系统开环机械特性
➢ 测速发电机
UcKpUn
Ud0KsUc nUd0 IdR
Ce
Unn
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
Ce
转速 n 随触发角 变化， 改变 角，即可得到一簇 平行的机械特性曲线。
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
转速控制基本要求： 1. 调速：在一定的速度范围内分级或无级调速； 2. 稳速：以一定的精度在所需转速上运行，尽量不受
负载变：频繁起动、制动的生产机械要求尽量缩
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
用阶跃函数表示晶闸管整流和触发装置的输入、输出
关系： U d0K sU c(tT s)
做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：
Ud0( s) Uc( s)
KseTss
因 Ts 远小于系统其它环节时间常数，故将其近似为
一阶惯性环节：
Ud0( s) Ks Uc(s) Tss1
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
由动态结构图可以得到系统开环传递函数：
W (s)C e(T ss1)K T (p m K T ss2T m s1)
假设 IdL=0 （不考虑负载变化对稳定性的影响），得
到系统闭环传递函数：
KpKs
Wcl(s)TmTTs
Ce(1K) s3Tm(TTs)s2TmTs s1
ans = 1.1695
>> syms a U2 t
直流调速系统
GT
Ud
Id
-
- Un +
+ RP2
-
n
+ IG
-
U tg
V-M闭环系统原理框图
-
( a ) 给 定 环 节 —— 产 生 控 制 信 号 ： 由 高 精 度 直 流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。 (b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装臵环节（组合体）--功率放大
nnom 1000r/min、 Ra=0.05Ω
晶闸管整流器的内阻
Ks=30 问 题
Rrec=0.13Ω
要求D=20，s≤5%
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
特点：
损耗较大、有级 调速，机械特性 较软。 (2)弱磁调速 特点： 只能弱磁，调 速范围小
工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围 。
n
Φn Φ2 Φ1 Φ1 Φ2 Φn nn Un U d3 U d2 U d1 Ten
图1-2 调压和调 磁时的机械特性
U d1 U d2 U d3 U n
①系统结构图
U n
Un U d0
电动机
U n
放大器
U ct 整流器及
触发装置
n
速度检测
②系统中各环节的稳态输入输出关系如下： 电压比较环节 放大器
* U n U n Un
U ct K P U n
晶闸管整流器及触发装臵 U d 0 K sU ct
直流电机调速系统的设计
直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。
在很多工业领域中，直流电机的转速控制是非常重要的，因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。
本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。
一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。
一般来说，直流电机的转速与电机的电压和负载有关，转速随电压增加而增加，转速随负载增加而减小。
因此，当我们需要调节直流电机的转速时，可以通过改变电机的电压和负载来实现。
二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求：在设计直流电机调速系统之前，首先需要确定系统的设计要求，包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。
这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。
2.选择控制器：根据设计要求，选择适当的控制器。
常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
根据实际情况，选择最合适的控制器来实现转速调节。
3.选择传感器：为了实时监测电机的转速和位置，需要选择合适的传感器来进行测量。
常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。
根据实际需求，选择合适的传感器进行安装和测量。
4.搭建电路：根据控制器的要求，搭建合适的电路来实现控制和测量功能。
通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流，并将测量结果反馈给控制器。
5.调试和测试：在电路搭建完成后，需要进行调试和测试来验证系统的性能。
首先调整控制器的参数，使得系统能够按照设计要求进行转速调节。
然后进行负载试验，测试系统在不同负载下的转速调节性能。
对系统进行调试和测试，可以发现问题并及时解决，确保系统能够正常工作。
6.性能优化：根据测试结果，对系统进行性能优化。
根据实际需求，调整控制器的参数和传感器的位置，改善系统的转速调节性能和响应速度。
优化后的系统将更好地满足设计要求。
三、直流电机调速系统的工程应用总结：本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。
直流电机PWM调速基本原理
直流电机PWM调速基本原理
PWM方式是在大功率开关晶体管的基极上，加上脉冲宽度可调的方波电压，控制开关管的导通时间t，改变占空比，达到控制目的。
图3.3是直流PWM系统原理框图。
这是一个双闭环系统，有电流环和速度环。
在此系统中有两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。
核心部分是脉冲功率放大器和脉宽调制器。
控制部分采用AT89S52（脉宽调制芯片AT89S52具有欠压锁定、故障关闭和软起动等功能,因而在中小功率电源和电机调速等方面应用较广泛。
AT89S52是电压型控制芯片,利用电压反馈的方法控制PWM信号的占空比,整个电路成为双极点系统的控制问题,简化了补偿网络的设计。
）集成控制器产生两路互补的PWM脉冲波形，通过调节这两路波形的宽度来控制H 电路中的GTR通断时间，便能够实现对电机速度的控制。
为了获得良好的动、静态品质，调节器采用PI调节器并对系统进行了校正。
检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，能达到比较理想的检测效果。
图3.3 直流电动机PWM系统原理图。
单闭环直流调速系统
模块一 单闭环直流调速系统
• 项目一 单闭环直流调速系统的概念 和性能指标
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
返回
项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 任务一 直流调速系统的基本概念
• 直流电动机调速系统在电力拖动调速系统中占据很重 要 的 地 位 ， 由 于 直 流 电 动 机 具 有 良好 的 运 行 和 控 制 特 性，并且直流调速系统的理论和实践都很成熟，因此 在 许 多 工 业 领 域 得 到广 泛 的 应 用 ， 如 挖 掘 、 轧 钢 、 造 纸、纺织等诸多领域。
上一页 下一页 返回
项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• ２. 抗 扰 性 能 指 标 • 当控制系统在稳定运行过程中受到电动机负载变化、
电 网 电 压 波 动 等 干 扰 因 素 的 影 响时 ， 会 引 起 输 出 量 的 变 化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。 这 一 恢 复 过 程 就是 系 统 的 抗 扰 过 程 。 一 般 以 系 统 稳 定 运 行 中 突 加 负 载 的 阶 跃 扰 动 后 的 过 渡 过 程 作 为 典 型 的 抗扰 过 程 ， 如 图 １ －４ 所 示 。 • （ １） 动 态 降 落 Δｎ ｍａｘ ％。 系 统 稳 定 运 行 时 ， 突 加 一 个 扰 动 量 后 引 起 的 最 大 转 速 降 落 Δｎ ｍａｘ称 为 动 态 降 落 ， 用 输 出 量 的 原 稳 态 值 ｎ∞１的 百 分 数 来 表 示 。 当 输 出 量 在 动 态 降 落 后 又 恢 复 到新 的 稳 态 值 ｎ∞２时 ， 偏 差 （ ｎ • ∞１－ ｎ∞２） 表 示 系 统 在 该 扰 动 作 用 下 的 稳 态 降 落 ， 一 般 动 态 降 落都 大 于 稳 态 降 落 。
双闭环直流调速系统介绍
电流环的设计：采用PI控制器，实现对电机电流的精确控 制。
双闭环调速系统的参数整定：根据系统特性和实际需求，对 速度环和电流环的参数进行整定，以实现最佳的调速性能。
双闭环直流调速 系统的应用
双闭环调速系统在工业控制中的应用
01 电机控制：用于控制电机 的转速、位置和扭矩等参 数，实现精确控制
04
够抵抗各种干扰和故障，保持正常运行
双闭环调速系统的设计步骤
01
确定系统需求：分 析系统需求，确定 调速系统的性能指
标
02
设计调速系统结构： 选择合适的调速系 统结构，如双闭环
调速系统
03
设计控制器：设计 控制器参数，包括 比例、积分、微分
等参数
05
设计驱动电路：设 计驱动电路，包括 功率放大器和驱动
双闭环调速系统的特点
速度闭环控制：通过速度传
感器检测电机转速，实现速
01
度的精确控制
响应速度快：双闭环调速系
统能够快速响应负载变化， 03
提高系统的动态性能
精度高：双闭环调速系统能
够实现高精度的速度和位置 05
控制，满足各种应用需求
位置闭环控制：通过位置传
02 感器检测电机位置，实现位
置的精确控制
双闭环直流调速系统介 绍
演讲人
目录
01. 双闭环直流调速系统的基本 概念
02. 双闭环直流调速系统的设计 03. 双闭环直流调速系统的应用 04. 双闭环直流调速系统的发展
趋势
双闭环直流调速 系统的基本概念
双闭环调速系统的组成
01
速度环：用于控 制电机转速，实
现速度调节
自动控制技术第三章 直流调速系统
第三章 直流调速系统
与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比， 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的 优越性。由图可见，晶闸管可控整流器的功率 放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶 体三极管来控制，不再像直流电动机那样需要 较大功率放大装置。在控制作用的快速性方面， 变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级， 这将会大大提高系统的动态性能。
直流斩波器的控制方式 b）脉冲频率调制
第三章 直流调速系统
用全控式器件实行开关控制时，多用脉冲宽度调制的控制方式，形成近年来 应用日益广泛的PWM装置—电动机系统，简称PWM调速系统或脉宽调速系统。
直流斩波器的控制方式 c）两点式控制
第三章 直流调速系统
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就足以 获得脉动很小的直流电流，电枢电流容量连续，系统的低速运行平稳，调速范围 较宽，可达1∶10 000左右。又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即 相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电动机相配合，系统可以获得很 宽的频带，因此快速响应性能好。动态抗干扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 因受到器件容量的限制，直流PWM调速系统目前只用于中、小功率的系统。
在静止可控整流方面，离子拖动系统是最早应用的静止变流装置供电的直流 调速系统。它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且还缩短了响应时间，但 汞弧整流器造价较高，维护麻烦，特别是水银如果泄漏，将会污染环境，危害人 体健康。
直流调速系统原理及应用
系统组成与工作原理
系统组成
直流调速系统主要由直流电动机、电源装置、控制器和执行器等组成。
工作原理
通过控制器对电源装置进行控制，改变直流电动机的端电压或电枢电流，从而实 现对电动机转速的调节。控制器根据设定的转速与实际转速的偏差，采用相应的 控制算法对电源装置进行调节，使电动机转速趋近于设定值。
02
粒子群优化算法
通过模拟鸟群觅食行为来寻找最优解。这种方法具有并行 计算和简单易实现的优点，但容易陷入局部最优解。
模拟退火算法
模拟固体退火过程来寻找全局最优解。这种方法可以避免 陷入局部最优解，但需要合适的退火计划和较长的计算时 间。
05
系统设计与实现举例
设计要求与性能指标
调速范围
满足设备在不同工作条件下的 调速需求，通常调速范围应达
• 缺点：需要配合适当的滤波电路以减小电流脉动对电机和电源的影响； 高速时电机特性变硬，输出转矩增大，可能导致电机过载。
04
控制策略及优化方法
传统控制策略简介
转速负反馈控制
通过测量电机转速，并将其与设定值进行比较，产生误差信号来 控制电机转速。这种方法简单有效，但动态响应较慢。
电压负反馈控制
将输出电压作为反馈信号，通过调节输出电压来控制电机转速。这 种方法可以提高系统的稳定性，但调速范围有限。
直流电机原理及特性
直流电机基本结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定子
电刷与换向器
包括主磁极、换向极、机座和端盖等 部分，主要作用是产生磁场和作为电 机的机械支撑。
电刷与换向器一起构成直流电机的电 流换向装置，使电枢绕组中的电流方 向交变，以产生恒定的电磁转矩。
转子
又称电枢，主要由电枢铁心、电枢绕 组、换向器、轴和风扇等组成，是直 流电机中产生感应电动势和电磁转矩 进行能量转换的部件。
直流调速原理
TeN 图1-23 不同转速下的静差率
Te
静差率与机械特性硬度的区别（续）
• 例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%； 在100r/min时同样降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占 100%，这时电动机已经停止转动，转速全部 降落完了。
调压调速特性曲线
I
（2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。
n n0
nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
（3）调磁调速
在干线铁道电力机车、工矿电力机车、 城市有轨和无轨电车和地铁电机车等电力 牵引设备上，常采用直流串励或复励电动 机，由恒压直流电网供电，过去用切换电 枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调 速，在电阻中耗电很大。
1. 直流斩波器的基本结构
u
控制电路
+
+
Us
ton Ud
VT Us
_
VD
M M
_
O
T
a）原理图 b）电压波形图
t
性能比较（续）
理想起动过程波形 如图，这时，起动 电流呈方形波，转 速按线性增长。这 是在最大电流（转 矩）受限制时调速 系统所能获得的最 快的起动过程。
Id
Idm n
IdL
O
t
图2-1 b) 理想的快速起动过程
3. 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动， 关键是要获得一段使电流保持为最大值 Idm的恒流过程。 按照反馈控制规律，采用某个物理量 的负反馈就可以保持该量基本不变，那 么，采用电流负反馈应该能够得到近似 的恒流过程。
直流调速系统
（三）控制装置系统
4. 电气传动控制系统直流连续速度调节： （1）单环控制线路。 （2）双环控制线路。 5. 电气传动控制系统交流调速常用线路： （1）电压/频率比控制。 （2）转差频率控制。 （3）矢量控制。 （4）直接转矩控制。
直流电气传动的发展概况：
1.最早的直流调速系统采用接点控制，通过开关设备切换直 流电动机电枢或磁场回路电阻实现有极调速 优点：方法简单易行 缺点：不能得到较宽的调速范围和平滑的调速特性 目前已经极少采用 2.1930年以后出现电机放大器控制的旋转交流机组供电给直 流机组（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G-M 系统） 缺点：需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机和一些 辅助励磁设备，设备庞大、占地面积大、投资高、维修工 作量大。
（三）控制装置系统
2. 电气传动控制系统按工作原理分： （1） 逻辑控制：通过电气控制装置控制电动机起动，停止，正 反转或有级变速，控制信号来自主令电器或可编程序控制器。 （2） 连续速度调节：与机组或电力电子交流装置配合使用，连 续改变电动机转速。这类系统按控制原则分开环控制，闭环控制 及负荷控制三类。 3. 电气传动控制系统按控制信号的处理方法分： （1）模拟控制。 （2）数字控制。 （3）模拟/数字混合控制。
直流调速系统
直流调速系统的基本概念 单闭环转速负反馈有静差直流调速系统 其它反馈形式在调速系统中的应用 转速负反馈无静差直流调速系统 转速电流双闭环调速系统
可逆调速系统
直流脉宽调速系统
1-1 直流调速系统的基本概念
一、直流调速主要的调速方法
1、直流他励电动机供电原理图
Id
图1-1直流他 励电动机供电 原理图
电枢电动势； R为电枢回路总电阻，n 转速，单位 r/min；Φ为励磁磁通；Ke为电动机结构决定的电动 势系数。
直流调速的工作原理
直流调速的工作原理
直流调速是一种通过改变电机电源电压来实现转速控制的方法。
该方法通过调节电机的电源电压来改变电机的转速，从而实现对电机的调速要求。
直流调速系统由一个直流电动机、一个功率控制器和一个速度反馈回路组成。
功率控制器负责根据输入的转速指令和实际转速信号来计算出电机所需的电压，然后将这个电压通过调节器输出给电机的电源。
在直流调速系统中，电动机通过电枢和励磁线圈两个磁场相互作用来产生转矩。
当电机接受到一定电压时，电动机的转矩和电磁势联动，从而产生转速。
当电机的电源电压增加时，电机的转速也会相应增加。
反之，当电机的电源电压减小时，电机的转速也会下降。
为了实现调速，系统需要通过速度反馈回路来监测电机的实际转速，并将其与设定的转速进行比较。
根据比较的结果，功率控制器会调节输出给电机的电压，使得电机的实际转速逐渐接近设定的转速。
在直流调速系统中，常见的功率控制器有电阻调速、电压调速和电流调速等方法。
通过调节电机的电源电压，可以实现对电机转速的精确控制，满足不同工况下的要求。
同时，直流调速系统还具有响应快、调速范围广和控制精度高等优点，广泛应用于各个领域的工业控制中。
第五章 直流电动机调速控制系统
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
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
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 )
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，为系统固有参数， Idnom是对 应额定负载时的电流，也是固定的。所以，一般开环系统无 法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前 的值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就 可以达到控制电动机转速 n 的 目的。
交流调速系统直流调速简介
《交直流调速系统》上篇《直流调速系统》《交直流调速系统》课程介绍一,课程地性质与地位•《交直流调速系统》主要学习交流电动机与直流电动机地调速方法,调速系统地构成和工作原理。
•所谓调速,就是通过改变电源或电机地参数,对电动机实现变速控制或恒速控制。
•调速在工业生产与生活中地应用实例：升旗电机转速地控制;轧钢电机转速控制;龙门刨床工作台驱动电机地控制等。
调速技术广泛应用于各行各业。
•《交直流调速系统》是对《电路基础》《电机与拖动》《变流技术》《自动控制原理》等课程知识地综合应性应用课程,是电气自动化专业必修地专业课程。
《交直流调速系统》课程介绍三,课程地内容•交直流调速包含交流调速与直流调速两部分内容,交流电动机地调速在《变频器应用技术》中讲授。
本课程主要讲授直流电动机地调速,教学内容如下：章节和内容实训项目第1章：直流调速简介开环调速系统地机械特性测试第2章：单闭环调速系统第3章：双闭环调速系统第4章：可逆调速系统第5章：直流脉宽调速系统单闭环调速系统地静特性测试双闭环调速系统地静特性测试逻辑无环流调速系统地安装与调试 PWM调速系统地安装与调试三,课程地内容•学时分配：•理论48学时;实训16学时,共64学时分配如下：理论教学学时实训教学学时第1章：直流调速系统地概述-4学时开环调速-2学时第2章：单闭环调速系统------6学时第3章：双闭环调速系统-----8学时第4章：可逆调速系统--------12学时第5章：直流脉宽调速系统—8学时单闭环调速-2学时双闭环调速-4学时逻辑无环流调速-4学时 PWM调速-4学时四,教学目标通过本课程地学习,应达到以下教学目标：1. 掌握直流调速地一般方法,基本概念。
2. 掌握五种调速系统地构成和特点。
3. 能在实验室完成五个调速系统地安装与调试。
4. 掌握单闭环,双闭环调速系统地稳态性能指标地计算方法。
五,学习指导本课程是一门综合性应用课程,应用知识较多,但只要学习目标明确,方法得当,学习起来并不难：1. 掌握典型调速系统地构成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Uf Kfn
(2) 静特性 U d C e n I a R U d K 2U k U k K p ( U g U f ) U K n f f
K 2Uk Ce n I a R
K 2 K p ( U g U f ) Ce n Ia R
整流电路：变交流 电压为直流电压， 输出电压大小由触 发电路输出脉冲信 号所决定，整流电 路的输出为直流电 动机电枢的外加电 压；
直流电动机：系 统的控制对象。
给定电位器： 调节Rg的位置可 改变给定电压Ug 的大小 。
转 换 元 件： 将 测 速 发电机的转速转换成 电压信号以便与给定 电压进行比较。
直流调速系统基本概念
直流调速系统主要性能指标 机电传动控制系统选择调速方案的依据： 生产机械对调速系统提出的调速技术指标 静态指标 调速系统的调速技术指标 动态指标 一、静态技术指标
1. 静差度S： 静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。
速度稳定性指标
n0 ne ne ne n0 ne 静态速降 n0 n0 当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差 度S小于一定数值。 S
任务： 调节速度； 扩大调速范围，减小静态误差。
1 单闭环直流调速系统 一、有静差调速系统 单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统属有静差的自动调节系 统，简称有静差调速系统； （一）转速负反馈调速系统 1. 基本组成
放大器：将外加电 压和反馈信号经转换后 的电压之差进行放大。
触发电路：将放大器放大后 的电压信号变为脉冲型号去控 制整流电路的输出大小。
3. 静特性分析 目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。 静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。 (1) 各环节输入输出的关系 电动机电路 Ud K en I a R Ce n I a R 式中: R Rx Ra 电枢回路的总电阻；
Rx Ra
超调量
ne max ne max ne min n02 ne
二、动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种 稳定速度运转（启动、制动过程仅 是特例而已），由于有电磁惯性和 机械惯性，过程不能瞬时完成，而 需要一段时间，即要经过一段过渡 过程，或称动态过程。 1. 最大超调量 n n2 M p max 100% n2
3. 振荡次数 N
过渡过程时间 在过渡过程时间内,被调量n在其稳定值 上下摆动的次数，
如图所示是三种不同调速系统被调பைடு நூலகம்从x1改变为x2时的变化情况。
系 统 1 2 超调 量 0 大 过渡过程 时间T 长 长 振荡次 数 无 多 性能 不好 不好
3
小
短
中
好
晶闸管－电动机直流传动控制系统 分类： 按结构的不同： 单闭环直流调速系统 双闭环直流调速系统 可逆系统 按静态误差的不同： 无静差直流调速系统 有静差直流调速系统
测速发电机：与直流电动机 M 同轴相连，即两者的速度相 同，测速发电机用来测量电动 机的速度，称检测元件；
由系统的结构分析可知： 系统的调速方法是改变外加电压调速； 系统的反馈信号是被控制对象n本身; 反馈电压和给定电压的极性相反，即: U U g U f 该系统又称转速负反馈调速系统。 2. 工作原理 (1) 稳态（ Ug、Uf 不变） U U g U f 不变 U k不变 不变 U d 不变 n 不变 当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。
当负载增加使n U f U U g U f U k U d n 当负载减小使n U f U U g U f U k U d n
当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这 种状态称为稳速。
可控整流电源的等效内阻； 电动机的电枢电阻。
可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为K2，则：U d K 2U k
放大器电路 U k K P U K p ( U g Ucf ) 设放大器的放大倍数为KP，则： 反馈电路 速度反馈信号电压与转速n成正比，设放大系数为Kf，则：
(2) 调速（Uf不变，改变Ug的大小） U g U U g U f U k U d n
U g U U g U f U k U d n 改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速.
(3) 稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化 )
电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高 ; 在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他
转速时必能满足要求。
2. 调速范围D 在额定负载下，允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提 下所能达到的最低转速之比称为调速范围 。 n D e max ne min 3. 调速的平滑性 调速的平滑性，通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。
超调量太大，达不到生产工艺上的要求； 超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不 利于生产率的提高等
范围： M p 10% ~ 35%
超调量
2. 过渡过程时间T
从输入控制（或扰动）作用于系统 开始直到被调量 n 进入（0.05 ～0.02）n2 稳定值区间时为止（并且以后不再越出 这个范围）的一段时间，叫作过渡过程 时间。
调速
无级调速 有级调速
以改变直流电动机电枢外加电压调速为例，说明调速范围D与静差度S之间 的关系 ：
D
ne max n S e max ne ne ( 1 S ) n02 1 n 02 最高速度由系统中所使用电动机的额定转速 决定； 静差度S和调速范围D由生产机械的要求决定； 当上述三个参数确定后，则要求静态速降是 一个定值。