第1章直流调速系统88优秀课件
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特点： 只能弱磁，调 速范围小
(3)变电枢电压调速
特点： 机械特性上下平移、 可 平 滑 地 调 节 转 速 n， 但只能降压调速。是主 要的调速方式。
工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围。
n
nn
Φn Φ2 Φ1 Φ1 Φ2
Φn
U d1 U d2 U d3 U n
0
T en
图1-2 调压和调 磁时的机械特性
Un U d3 U d2 U d1
T
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n
(d)速度检测环节 ：测速机反馈线路
求出(反馈系数) ; 2单Cet位g
Vmin/r
(e)直流电动机环节
直流他励电动机的两个独立的电路：R 一个L是电枢回
+
路，另一个是励磁回路。
Id
n
R
L
+
Id
U E
-
+
Uf
If
U E
n
Te
-
TL
+
Uf
If
-
直流电动机电路图
-
直流电动机电路图
动态关系：
ud
idRs
满足D、 S的 △n?
D nnoms nnom (1 s)
分析：因为 nnom n0nnom ，所以要引入负反馈。
二、系统的组成及静特性
1、系统的组成
(1)原理框图
+
+
RP1
U
n
U n
A
U ct GT
L
+
+
Id
Ud
M
-
-
- Un +
-
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭 环 系 统 原 理 框 图
K e
式中： RRaRnRl
U d为o 电源空载电压； U 为d 电动机电枢电压；E为电 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。
3、直流他励电动机的调速方法
(1)电枢回路串电阻调速
特点： 损耗较大、有级 调速，机械特性 较软。
(2)弱磁调速
第1章直流调速系统 88
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 Rn
直流 电源
+ U d0
+
Ra +
Ud M E
图1-1直流他 励电动机供电
原理图
Rl
2.直流他励电动机转速方程
UdoEIdR ECenKe n
nEU d0IdRU dIdR s
K e K e
GT
~
U
n
L
~
+
-
V
n
Ud
M
图1-4 晶闸管直流调速系统
组
原
成
理
：
：
晶闸管整流器 通过调节触发
可以是单相、 电路的移相电
三相或多相； 压，可改变整
电路形式可以 是半波、全波、
流电压Ud，实
半控、全控等 现平滑调速。
类型；
优点:整 流装置 效率高、 体积小、 成本低、 无噪声。
缺点:可逆 难；过电 压、过电 流能力差； 谐波电流 大。
Ls
ddi dt
E
T TL
JG
dn dt
EKenCen
TKmid Cmid
Id
IdL
JG Cm
dn dt
稳 Ud IdRs E
态 关
EKenCen
系： TKm IdCmId
T TL Id IdL
2、系统的自动调节过程
（1）对给定信号的调节——调速过程：改变 U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
优点: 运行稳定、效率高、静动
态性能好；
缺点: 容量不大
三、开环V-M系统的机械特性
1、系统组成
GT
~ห้องสมุดไป่ตู้
U
n
L
~
+
-
V
n
Ud
M
2.调节原理
图1-4 晶闸管直流调速系统
n 调节 U →n* 改变移相角α→改变
U
→
d
改变。
3.开环系统机械特性
电流连续时：
电流断续时：
晶闸管整流 器可看成是 一个线性的 可控电压源
+(-)
n
放
大
装
If
G
U
M
+
置
-
(+)
组 成 ：
由~M拖动 = G→=G 给 =M供电→直 流励磁发电 机 GE 给 = G 和=M励磁。
原
特
理
点
：
：
调节→U改变→ 设备多、体积大、
转速n变化。改 费用高、效率低、
变方向，n转向 安装维护不便、运
跟着改变。
行有噪声。
2、静止可控整流器--利用静止的可控整流器(如晶闸管 可控整流器)，获得可调的直流电压。（V-M系统）
3、直流斩波器和脉宽调制变换器——用恒定直流电 源或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽 调制变换器产生可变的平均电压。
VT +
强迫关断电路
Us
-
+
VD
M -
u
ton
Us
0 T
Ud
t
（a）原理图
（b) 电压波形
原理：
VT工作于开关状态。VT通时，U加到M；VT断时， U与M断开，M经VD续流，两端电压接近于零。平均 电压可通过改变VT的导通和关断时间来调节，从而 调节M的转速。
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
1-2 单闭环转速负反馈有静差直流调速系统
一、开环存在的问题：
问题的 提出
某一车床的拖动电动机的额定转速 nnom 90r0/min， 要求 nmin10r0/mi，n由开环系统决定的 nnom 80r/min 要求S≤0.1，问开环V-M系统能否满足要求？如不满 足要求，怎么办？
解：要求：D=? 而满足S≤0.1的 D=?
特性很软，呈显 著的非线性，理 想空载转速翘得 很高。
nC 1e (Udo IdR)n0n
其中： n 为转速降， n 越 n 小，机械特性的硬度 n01 越大。nIdR/Ce n n 0 2 取决于电枢回路电阻R n 03 及所加的负载大小。
n04
0
n a1 a2 a3 a4
I ed
Id
图 2-6 开 环 机 械 特 性
(2)各环节介绍
(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)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
机械特性的近似处理方法：
(1)在电流连续段：把特性曲线与纵轴的直线交点 n0作为理想空载转速。
((22另 接段段))在在一用特较断断性陡段连续续的的较续特特延直陡段性长线性的特比线来比直性较来逼较线的显逼近显著近来延断著的断续逼长的情续段近线情段况特断来特下况性续逼性，。下段近。可或，特断以直可性续改接以。段用用改另连或特用一续直性。 一一般可般近可似近的似只的考只虑考连续虑段连。续段。
(3)变电枢电压调速
特点： 机械特性上下平移、 可 平 滑 地 调 节 转 速 n， 但只能降压调速。是主 要的调速方式。
工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围。
n
nn
Φn Φ2 Φ1 Φ1 Φ2
Φn
U d1 U d2 U d3 U n
0
T en
图1-2 调压和调 磁时的机械特性
Un U d3 U d2 U d1
T
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n
(d)速度检测环节 ：测速机反馈线路
求出(反馈系数) ; 2单Cet位g
Vmin/r
(e)直流电动机环节
直流他励电动机的两个独立的电路：R 一个L是电枢回
+
路，另一个是励磁回路。
Id
n
R
L
+
Id
U E
-
+
Uf
If
U E
n
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-
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+
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-
直流电动机电路图
-
直流电动机电路图
动态关系：
ud
idRs
满足D、 S的 △n?
D nnoms nnom (1 s)
分析：因为 nnom n0nnom ，所以要引入负反馈。
二、系统的组成及静特性
1、系统的组成
(1)原理框图
+
+
RP1
U
n
U n
A
U ct GT
L
+
+
Id
Ud
M
-
-
- Un +
-
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭 环 系 统 原 理 框 图
K e
式中： RRaRnRl
U d为o 电源空载电压； U 为d 电动机电枢电压；E为电 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。
3、直流他励电动机的调速方法
(1)电枢回路串电阻调速
特点： 损耗较大、有级 调速，机械特性 较软。
(2)弱磁调速
第1章直流调速系统 88
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 Rn
直流 电源
+ U d0
+
Ra +
Ud M E
图1-1直流他 励电动机供电
原理图
Rl
2.直流他励电动机转速方程
UdoEIdR ECenKe n
nEU d0IdRU dIdR s
K e K e
GT
~
U
n
L
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+
-
V
n
Ud
M
图1-4 晶闸管直流调速系统
组
原
成
理
：
：
晶闸管整流器 通过调节触发
可以是单相、 电路的移相电
三相或多相； 压，可改变整
电路形式可以 是半波、全波、
流电压Ud，实
半控、全控等 现平滑调速。
类型；
优点:整 流装置 效率高、 体积小、 成本低、 无噪声。
缺点:可逆 难；过电 压、过电 流能力差； 谐波电流 大。
Ls
ddi dt
E
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JG
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EKenCen
TKmid Cmid
Id
IdL
JG Cm
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稳 Ud IdRs E
态 关
EKenCen
系： TKm IdCmId
T TL Id IdL
2、系统的自动调节过程
（1）对给定信号的调节——调速过程：改变 U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
优点: 运行稳定、效率高、静动
态性能好；
缺点: 容量不大
三、开环V-M系统的机械特性
1、系统组成
GT
~ห้องสมุดไป่ตู้
U
n
L
~
+
-
V
n
Ud
M
2.调节原理
图1-4 晶闸管直流调速系统
n 调节 U →n* 改变移相角α→改变
U
→
d
改变。
3.开环系统机械特性
电流连续时：
电流断续时：
晶闸管整流 器可看成是 一个线性的 可控电压源
+(-)
n
放
大
装
If
G
U
M
+
置
-
(+)
组 成 ：
由~M拖动 = G→=G 给 =M供电→直 流励磁发电 机 GE 给 = G 和=M励磁。
原
特
理
点
：
：
调节→U改变→ 设备多、体积大、
转速n变化。改 费用高、效率低、
变方向，n转向 安装维护不便、运
跟着改变。
行有噪声。
2、静止可控整流器--利用静止的可控整流器(如晶闸管 可控整流器)，获得可调的直流电压。（V-M系统）
3、直流斩波器和脉宽调制变换器——用恒定直流电 源或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽 调制变换器产生可变的平均电压。
VT +
强迫关断电路
Us
-
+
VD
M -
u
ton
Us
0 T
Ud
t
（a）原理图
（b) 电压波形
原理：
VT工作于开关状态。VT通时，U加到M；VT断时， U与M断开，M经VD续流，两端电压接近于零。平均 电压可通过改变VT的导通和关断时间来调节，从而 调节M的转速。
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
1-2 单闭环转速负反馈有静差直流调速系统
一、开环存在的问题：
问题的 提出
某一车床的拖动电动机的额定转速 nnom 90r0/min， 要求 nmin10r0/mi，n由开环系统决定的 nnom 80r/min 要求S≤0.1，问开环V-M系统能否满足要求？如不满 足要求，怎么办？
解：要求：D=? 而满足S≤0.1的 D=?
特性很软，呈显 著的非线性，理 想空载转速翘得 很高。
nC 1e (Udo IdR)n0n
其中： n 为转速降， n 越 n 小，机械特性的硬度 n01 越大。nIdR/Ce n n 0 2 取决于电枢回路电阻R n 03 及所加的负载大小。
n04
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n a1 a2 a3 a4
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图 2-6 开 环 机 械 特 性
(2)各环节介绍
(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)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
机械特性的近似处理方法：
(1)在电流连续段：把特性曲线与纵轴的直线交点 n0作为理想空载转速。
((22另 接段段))在在一用特较断断性陡段连续续的的较续特特延直陡段性长线性的特比线来比直性较来逼较线的显逼近显著近来延断著的断续逼长的情续段近线情段况特断来特下况性续逼性，。下段近。可或，特断以直可性续改接以。段用用改另连或特用一续直性。 一一般可般近可似近的似只的考只虑考连续虑段连。续段。