直流调速系统原理与故障检修

起 动直到给定转速 ， 让起 动 电流立 即下 降 到工作 电 再
流值 ， 与负载相平衡 而进 入稳定状态 。
图 ３ 双闭环调速 系统起动时的转速和 电流波形
起动过程 中 ， 速度调节器 Ａ Ｒ经历 不饱 和 、 和 、 Ｓ 饱
退饱和三个 阶段 ， 过渡过程也 就分成三段 ， ３中分 别 图
机床电器 ２ １． ０２４
应用 ・ 交流——直流调速系统原理与故障检修
直 流 调 速 系统原 理 与故 障检 修
唐镜 军 （ 威海 职业 学 院 ，６２ ０） ２４ １
摘要： 本文主要 阐述了双闭环调速系统 的目的， 使电动机在整个过程 中 ， 始终保持最大允许 电流值 ， 尽可 能以最大 加速度起动直到给定转速。分析了起动过程的三个阶段 ， 电流上 升段 、 恒流升速阶段 、 转速调节阶段。对这三个阶段电
环调速系统 。
设置双 闭环控 制 的一个 重 要 目的， 就是 要获 得 近
似于理想 的起 动过程 ， 图 ２所示 ， 如 在分析双 闭环调 速 系统 的动态性 能时 ， 首先探讨 它的起动过程 ， 闭环 调 双
速系统突加 给定 电压 由静止状态起 动时 ， 转速 和 电
图 １ 转速 、 电流双 闭环直流调速 系统
５ ～ ６
应用 ・ 交流—— 直流调速系统原理与故障检修
机床电器 ２ １． ０ ２４
Ｕ，大 ， 出很快 达到 限幅值 ） 输
， 强迫 电流 ， 迅 速上
值 ， ｔ～ｔ 时间 内， 在 ： ， ｎ仍继续上 升 ， ， ＝ 时转 速达 到 到峰值 （ ＝ｔ ｔ 时刻 ） 此 后 ， ， 电动 机 开始 在负 载 阻力 的 作用下减 速 ， 因 ｎ 高于给定值 ｎ ， 电枢 电流将会 但 仍 故
以 Ｉ、 Ⅲ标 志 。 Ⅱ、
图 ２ 理想 的起 动过 程
２ ２ １ 电流上 升段 （ 时间 内） ． ． ０一ｔ
突加 给定 电压 后 （ 对应 的速 度 为 ｎ ， 过两 ） 通
２ ２ 双 闭环 调速 系统 分析 ．
个调节器 的控 制 作用 ， 使 、 、 上 升 ， ，≥Ｉ ，都 当 ｆ ，
３ ３ 故 障检 修过 程 ． ａ 首先 检查调 速 电位器 ， 万用 表 的 电阻 挡测 量 ． 用
定 的恒值 ， 即 应略低 于 ， 。为保 证 电流 环 的这种 ｄ
调节作用 ， 在起 动过 程 中电流调节 器是 不能饱 和 的 ， 同 时整流装置的最大输 出电压 也需 留有余 地 ， 即晶闸 管整流装置也工作在不饱和状态 。
以最 大的起动转矩及 加速度 升速 。
电位器旋 钮 的转动 ， 阻值逐渐改 变 ， 初步判 断调速 电位
器正常 ， 加 电 ， 同样 的方法测 量调速 电位 器滑 动触 再 用
２ ２ ３ 转速调 节阶段 （，以后 ） ．． ｔ 在ｔ ｔ ＝ ：时刻 ， 速达 到 给定值 ， ｎ＝Ｕ ， Ｓ 的 转 Ｕ Ａ Ｒ 输入 △Ｕ ＝ ， ０ 但其 速 度 调节 器 Ａ Ｒ的输 出 由于积 分 Ｓ 作用仍 维持在 ｉ 未变 ， 维持 在原 来 的最大 值 值 ，仍 水平 上 ， 电动 机继 续加 速 ， 样必 然 出现超 调 ， 转 故 这 使 速超 过给定值 ， 而使 Ｕ 从 ＜Ｕ 即 △Ｕ ＜ ， Ａ Ｒ输 ， ０使 Ｓ 出值 开 始 下 降 （ 出饱 和状 态 后 ） 故 Ｕ 超 ， ＜Ｕ 、 、 ’ ， 因 ， 仍 大于 负载 ， ， 但 △Ｕ ＜ ， ｉ ０ 导致
作用下 ， 调节电流调节器 Ａ Ｒ 的输 出 ， Ｃ 最终基本 上保持 电流 ， 恒定 （ 电流可能超调 ， 这取 决于 电流调节 器 的结构和参数 ） 因而 ， ， 加速度恒定 ， 转速呈线性 增长 ，
ａ 调 速 电位器 的故 障 ： ． 导致 无论 调 在 多高 转 速 的 位置 ， 真正加到调 节系统 的给定 电压 都是 最大值 ；
受控 制 。 ３ ２ 故 障点 分析 ．
从 电流升到允许 最大值 开 始 ， 到转 速升 到给定 值ｎ 为止 ， 属于 叵流升速阶段 ， 也是起 动过程 中的主要
阶段 。此时 ， 速度调节 器 Ａ Ｒ一直 在饱 和状 态 ， Ｓ 转速 环
相 当于开环状态 ， 电流调节系统在最 大恒值 电流 给定值
路的原理 、 工作状态及变化过程进行分析。对系统产生 的故障 ， 分析产生的原 因及部位 ， 简述了检修步骤与过程 。 关键词 ： 双闭环 ； 转速调节器 ； 转速反馈环 ； 恒流升速 ； 比例积分
中图分类号 ：Ｍ３ １Ｔ ０ ． Ｔ ０ ；Ｍ３７ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ４— ４０ ２ １ ）４— ０ ６— ３ １０ ０ ２ （ ０２ ０ ０５ ０
ｂ 速度调 节器 Ａ Ｒ和 电流 调节器 Ａ Ｒ部分 电路 ． Ｓ Ｃ 的故 障 ： 导致调节 系统输 出 不可 调 ；
如 图 ３中暇 ｎ直 线所示 。同时 ， 电动机 反 电势 Ｅ也线
性增长 ， 因此 ， 和 也基 本上按线性 增长 ， 才能保持
ｃ触发电路 的故 障： ． 导致触发脉冲的控制角不可调 ； ｄ 反馈 回路 的故障 ： 速反馈 电压 或 电流反 ． 使转
电流调 节器 Ａ Ｒ 的工作 状态 分 析 ： 动 瞬 间 ， Ｃ 起 电 路 中有 电感 ， 电流不 能 突变 ， 电流反 馈 电压 在起 动 开始 时为零 ， Ｃ Ａ Ｒ的输入 偏差 电压 为 ： ｉ ｉ 一Ｕ △Ｕ ＝Ｕ 。
＝
略小 于 ，值 ， 电动 机转速 将下 降 ， 到稳定 值 ｎ ， 则 直 这
馈 电压 为零 ， 致 速度 调 节 器 Ａ Ｒ 或 电流 调 节器 导 Ｓ
恒定 ， 由于电流调节器 Ａ Ｒ是 Ｐ 调节器 ， Ｃ Ｉ 要使它的输
出量按线性增长 ， 其输入 偏差 △Ｕ ＝Ｕ 一Ｕ 必须维持 ｉ ｉ ｉ ，
一
Ａ Ｒ的输 出为最大值 （ Ｃ 最大 限幅值 ｉ 或 ） ， 。
时 ， ＝Ｕ，△Ｕ ＝ ， 。 Ｕ ， ０ Ｕ 将不再 变化 ， 比于 的 ｉ 正
值 正好等 于 ， ， △Ｕ ＝ ， Ｕ 、 不 再 变 化 使 值 ｉ ０ 则 Ｕ 就 了， 在这一 阶段之后 ， Ｓ Ａ Ｒ与 Ａ Ｒ都不 饱和 ， Ｃ 同时起 调 节作用 ， 由于转速环 Ａ Ｒ在外 环 ， Ｓ Ｓ Ａ Ｒ处 主导 地位 ， 而
Ａ Ｒ的作用则 是力 图使 ， 尽快地跟 随 Ａ Ｒ的输 出 。 Ｃ Ｓ 的变化 ， 者说 ， 或 电流 内环形成一个 电流随动 系统。
Ｕ ， Ａ Ｒ输 出 电压 迅 速上 升 ， Ｔ、 Ｔ， … 使 Ｃ ， 电
流反馈 电压 ｉ 出现 ， 也 只要 △Ｕ ＝Ｕ 一Ｕ ０ 由于 ｉ ｉ ＞ ，
头与地之 间 的直流 电压 （ 为避免在 测量时 ， 电动机高速
旋转 ， 在加 电之前 ， 调速 系 统 的输 出端 与 触发 电 将 路 之 间断 开 ） 用万用表 的直流 电压 ５ ， ＯＶ挡 ， 黑表 笔接 地， 红表笔 接调速 电位 器滑动触头 ， 在测量 的 同时 调节 电位器 ， 时 ， 此 测得 电压随着 电位器 的转 动在 ０～１ ５Ｖ 之 问变化 。这说 明调 速 电位器 正常 ；
流的过渡过程见 图 ３所示 。
２ 控 制 原 理
２ １ 直流 电机 理想起 动过 程 ． 直流 电机理想起动过程 如图 ２所示 。这个 过程 可
描述如下 。在电动 机最 大允 许过 载 电流条 件下 ， 分 充
发挥其过载能力， 电动机在整个过程中始终保持这 使
个最 大允许 电流值 ， 电动 机 以尽可 能 以最大 加 速度 使
接， 将速度 调节器 的输 出和 电流 反馈 信 号综合 后 作 为
电流调节器 的输入 ， 用 电流调 节器 的输 出作 为 晶 闸 再
管触发装 置 的控制 电压 ， 者去控制 晶闸管 的导通 角 ， 后
从而对 电动机进行调压 调速 。这两种 调速作用 互相 配
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合， 相辅相 成 ， 闭环 反馈 的结 构上看 ， 从 电流调节 环 在 里 面 ， 内环 ， 度调 节环 在外 面为外 环 ， 成 了双 闭 是 速 形
总之 ， 这 个 阶段 中 Ａ Ｒ充 分 发 挥 电 流调 节 作 在 Ｃ
调速 电位 器滑动触 头与地之 间的电阻值 ， 且 ， 测量 并 在 的 同时 ， 节 调速 电位器 （ 转 电位 器旋 钮 ） 看 滑 动 调 旋 ，
触头与地 之 间的电阻值是否改变 ， 通过测量 可知 ， 随着
用 ， 电枢 电流 ， 基 本保 持 在 恒定 水 平 上 ， 电动 机 使 使
正常。
４ 结 束语
由于测速发 电机的故 障 ， 反馈 电压 丢失 ， 导致 而调
速环节认为 电动机转速为零 ， 一直在加 速状态 ， 就 直至 加速到速度调节 器 Ａ Ｒ和 电流调节 器 Ａ Ｒ的输 出为 Ｓ Ｃ
部分 也正常 ， 初步可 以判断故 障在速 度调节 器 Ａ Ｒ和 Ｓ
电流调节器 Ａ Ｒ部分 电路 与反馈 环节 ； Ｃ ｃ 调速环节 Ａ Ｒ、 Ｃ ． Ｓ Ａ Ｒ是 比例 积 分 调 节器 ， 用 采
升 。在 电动机 已经启 动 而未 达 到给定 速 度 以前 ， 由于 Ａ Ｒ是 一个 比例积 分 调节 器 ， Ｓ 只要 △Ｕ ＝Ｕ ≥ 一
０， 输 出 电压 就会 保 持在 限 幅值 （ ） 变 ， 其 Ｕ 不 速度 调 节器不 起作用 ， 当于速度环处 于开环状态 。 相
１ 转速 电流 双 闭环 直流 调 速 系统 组 成
转速 电流双 闭环直 流调 速 系统 主要包 括 ： 速 调 转 节器 Ａ Ｒ、 Ｓ 电流调 节器 Ａ Ｒ、 Ｃ 晶闸管触发 装置 （ 触发 电 路 ） 晶闸管主电路 、 流 电动机 、 速反馈 环 节 、 、 直 转 电流 反馈环节 等 。如 图 １ 所示 。