直流调速系统原理及应用 ppt课件
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直流电机调速控制ppt课件
光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 p半pt精导选体版变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网
④反馈信号用光电耦合电路取样。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原
理 上网
ppt精选版
22
⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
ppt精选版
8
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技 师 高级技师） 半导体变流技 术 电力电子技术 自动控制原 理 电机与变压器 上网
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23
⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
参考教材 电子技术基础 上网
场效应管增强型N-MOS
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24
⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速
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④反馈信号用光电耦合电路取样。
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理 上网
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22
⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
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8
这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技 师 高级技师） 半导体变流技 术 电力电子技术 自动控制原 理 电机与变压器 上网
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23
⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
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场效应管增强型N-MOS
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24
⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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17
2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速
无静差直流调速系统PPT课件
Uc
1
t
0 Undt
如果是Un 阶跃函数，则 Uc 按线性规律增长， 每一时刻 Uc 的大小和 Un 与横轴所包围的面 积成正比，如下图 a 所示。
.
6
输入和输出动态过程
a) 阶跃输入 b) 一般输入
由上图 b 可见，在动态过程中，当 Un 变化时，只要其极性不变，即只
要仍是 Un* Un ，积分调节器的输出 Uc 便一直增长；只有达到 Un* = Un ，
b) PI调节器输出动态过程
图1-39 PI调节器输出特性曲线
– 突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突变，相当于两端瞬
间短路，在运算放大器反馈回路中只剩下电阻R1，电路等效于一
个放大系数为 Kpi 的比例调节器，在输出端立即呈现电压 Kpi Uin ，
实现快速控制，发挥了比例控制. 的长处。
18
如图所示，在同样的阶跃输入作用之 下，比例调节器的输出可以立即响应， 而积分调节器的输出却只能逐渐地变。
.
14
• 两种调节器特性比较
Uin Uex
Uin Uex
Uexm
Uex Uin
Uex
Uin
O
t
Oτ
t
a) P调节器
b) I调节器
两种调节器I/O特性曲线
.
15
那么，如果既要稳态精度高，又要动 态响应快，该怎么办呢？只要把比例和 积分两种控制结合起来就行了，这便是 比例积分控制。
态过程。假设输入偏差电压Un的波形如图所示， 则输出波形中比例部分①和 Un 成正比，积分部分 ②是 Un 的积分曲线，而PI调节器的输出电压 Uc 是这两部分之和①+②。可见， Uc既具有快速响应 性能，又足以消除调速系统的静差。除此以外，比
《直流电机调速》课件
直流电机调速的分类
直流电机调速可以分为线性调速和PWM调速两种方式。线性调速是通过改变电 机的输入电压或电流来实现调速的，而PWM调速则是通过改变电机输入电压的 占空比来实现调速的。
PWM调速具有更高的调速精度和更小的电机发热量，因此在许多应用中得到了 广泛的应用。
02
直流电机调速的方法
改变电枢电压调速
总结词
通过改变电枢两端的电压，可以调节直流电机的转速。
详细描述
当电枢两端电压增加时，电机转速相应增加；反之，当电压减小时，电机转速 相应降低。这种方法调速范围广，但需要可调直流电源，控制电路相对复杂。
改变励磁电流调速
总结词
通过改变励磁绕组的电流，可以调节 直流电机的磁场强度，进而调节电机 转速。
详细描述
02
直流电机调速是一种常见的电机 调速方式，具有调速范围广、调 速线性度好、动态响应快等优点 。
直流电机调速的原理
直流电机调速的原理基于直流电机的电磁转矩与电枢电流成 正比的特性。通过改变电枢电流的大小，可以改变电机的输 出转矩，从而调节电机的转速。
另外，直流电机还具有电枢反电动势，它与电枢电流的大小 成正比。改变电机的输入电压或电流，可以改变电机的输入 功率，进一步调节电机的转速。
控制复杂度较高
直流电机调速系统的控制算法相对复 杂，需要专业的技术人员进行维护和 调试。
05
直流电机调速的发展趋势
高性能直流电机调速系统的研究
总结词
随着工业自动化水平的提高，对直流电机调 速系统的性能要求也越来越高，高性能直流 电机调速系统的研究成为重要的发展趋势。
详细描述
为了满足高精度、高动态响应的调速需求， 研究者们不断探索新的控制算法和优化策略 ，以提高直流电机调速系统的调节精度、稳 定性和动态响应能力。
《直流调速控制系统》课件
分，通过接收控制器的控制信号实现转速的调节。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
第一讲 单闭环直流调速系统(共70张PPT)
结论1：
一个调速系统的调速范围，是指在最低 速时还能满足所需静差率的转速可调范围 。
例题3-1 某直流调速系统电动机额定转 速为1430，额定速降 nN = 115r/min， 当要求静差率30%时，允许多大的调速 范围？如果要求静差率20%，那么调速 范围是多少？如果希望调速范围到达10 ，所能满足的静差率是多少？
Un ，与给定电压 U*n 相比较后，得到转速 目前，组成UPE的电力电子器件有如下几种选择方案：
增加电阻 Ra R
TL
n Un
Un
偏差电压 根据直流电机转速方程 Un ，经过放大器 A，产生电力
采用积分调节器，当转速在稳态时到达与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。
系统设计举例与参电数计算子〔二〕变换器UPE的控制电压Uc ，用以控制
电动机转速 n。
UPE的组成
图中，UPE是由电力电子器件组成的变 换器，其输入接三组〔或单相〕交流电源 ，输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。
~u
AC DC
UUdd00
Uc
UPE的组成〔续〕
目前，组成UPE的电力电子器件有如 下几种选择方案： 对于中、小容量系统，多采用由IGBT或PMOSFET组成的PWM变换器； 对于较大容量的系统，可采用其他电力电 子开关器件，如GTO、IGCT等； 对于特大容量的系统，那么常用晶闸管触 发与整流装置。
采用开环调速能否满足？假设要满足这个 要求，系统的额定速降最多能有多少？
解 当电流连续时，V-M系统的额定速降为
nNIC de R N30 0 .2 0.5 1r8 /m i2 n7 r/m 5 in
开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
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
单片机控制直流电机调速课件
电机调速应用实例
机器人控制
电机调速应用于机器人的运动控制，提高机 器人的精度和速度。
工业设备
电机调速应用于各种工业设备，提高生产效 率和质量。
电动车驱动
电机调速应用于电动车的驱动控制，实现高 效能耗和长续航里程。
风力发电
电机调速应用于风力发电装置，优化风能的 利用效率。
总结
1 单片机控制直流电
机调速是一种常见 的应用
单片机控制直流电机调速 课件
本课件将介绍单片机控制直流电机调速的原理和应用。通过详细讲解控制系 统搭建和调速实现方法，以及PID调节算法的应用，帮助您深入理解电机调速。
直流电机调速原理
1 电压控制
改变电机供电电压以控制转速。
2 电流控制
调整电机驱动电流以改变负载对转速的影 响。
3 脉宽调制
4 反馈调节
2
脉宽调制方法
通过改变脉冲宽度来调节电机的平均电压。
3
PID调节方法
结合比例、积分和微分控制来实现精确的电机调速。
PID调节算法在电机控制中的应用
PID调节算法是一种常用的闭环控制方法，可以根据实际转速和目标转速进行调节，实现精确的电机调 速。 该算法通过比例控制、积分控制和微分控制来实现稳定的调速效果。 PID调节算法在电机控制中得到广泛应用，为工业自动化和机电一体化技术的发展提供了重要支持。
通过改变脉冲宽度来控制驱动电机的平均 电压。
使用转速传感器等反馈信号进行闭环控制。
电机调速系统搭建
硬件搭建
使用单片机和面包板搭建电机 调速系统。
电路连接
将电机与单片机连接，建立电 机调速的电路。
传感器连接
将转速传感器连接至电路，用 于反馈调节。
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
组成
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
7第七章直流调速系统ppt课件
第7章 直流调速系统
7.1 直流调速系统概述 7.2 单闭环直流调速系统 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.4 闭环调速系统设计实例 7.5 多环直流调速系统
精选2021版课件
1
7.1 直流调速系统概述
7．1．1．直流调速系统的基本概念
在自动控制系统中，电力拖动系统是最重要的应用系统之一，
而电动机又是电力拖动系统的核心部件，它是将电能转化为机械能
的一种有力工具。根据电动机供电方式的不同，它可分为直流电动
机和交流电动机。由于直流电动机具有良好的启、制动性能，而且
可以在较大范围内平滑的调速，因此，在轧钢设备、矿井升降设备、
挖掘钻探设备、金属切削设备、造纸设备、电梯等需要高性能可控
制电力拖动的场合得到了广泛的应用。但直流电动机本身有着一些
7.1 直流调速系统概述
转速下限受低速时运转不稳定性的限制。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，此调速方式较好。改变电枢电压调速 (简称调压调速)是直流调速系统的主要调速方式。
2．改变励磁电流调速方式
改变电动机励磁回路的励磁电压大小，可改变励磁电流大小， 从而改变励磁磁通大小而实现调速，此种调速方式称为改变励磁电 流调速方式。其机械特性如图7－2所示。
这种调速方案属于恒功率调速。调磁调速的调速范围不大，一
般只是配合调压调速方式，在电动机额定转速之上作小范围的升速。
将调压调速和调磁调速复合起来则构成调压调磁复合调速系统，
精选2021版课件
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7.1 直流调速系统概述
可得到更大的调速范围，额定转速以下采用调压调速，额定转 速以上采用调磁调速。 3．电枢回路串电阻调速方式 在电动机电枢回路串接附加电阻，改变串接电阻的阻值，也可 调节转速，此种调速方式称为电枢回路串电阻调速方式。 这种调速方式只能进行有级调速，且串接电阻有较大能量损耗， 电动机的机械特性较软，转速受负载影响大，轻载和重载时转速不 同。另外，该调速方式中的调速电阻损耗大，经济性差，一般只应 用于少数性能要求不高的小功率场合。其机械特性如图7－3所示。
7.1 直流调速系统概述 7.2 单闭环直流调速系统 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.4 闭环调速系统设计实例 7.5 多环直流调速系统
精选2021版课件
1
7.1 直流调速系统概述
7．1．1．直流调速系统的基本概念
在自动控制系统中，电力拖动系统是最重要的应用系统之一，
而电动机又是电力拖动系统的核心部件，它是将电能转化为机械能
的一种有力工具。根据电动机供电方式的不同，它可分为直流电动
机和交流电动机。由于直流电动机具有良好的启、制动性能，而且
可以在较大范围内平滑的调速，因此，在轧钢设备、矿井升降设备、
挖掘钻探设备、金属切削设备、造纸设备、电梯等需要高性能可控
制电力拖动的场合得到了广泛的应用。但直流电动机本身有着一些
7.1 直流调速系统概述
转速下限受低速时运转不稳定性的限制。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，此调速方式较好。改变电枢电压调速 (简称调压调速)是直流调速系统的主要调速方式。
2．改变励磁电流调速方式
改变电动机励磁回路的励磁电压大小，可改变励磁电流大小， 从而改变励磁磁通大小而实现调速，此种调速方式称为改变励磁电 流调速方式。其机械特性如图7－2所示。
这种调速方案属于恒功率调速。调磁调速的调速范围不大，一
般只是配合调压调速方式，在电动机额定转速之上作小范围的升速。
将调压调速和调磁调速复合起来则构成调压调磁复合调速系统，
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7.1 直流调速系统概述
可得到更大的调速范围，额定转速以下采用调压调速，额定转 速以上采用调磁调速。 3．电枢回路串电阻调速方式 在电动机电枢回路串接附加电阻，改变串接电阻的阻值，也可 调节转速，此种调速方式称为电枢回路串电阻调速方式。 这种调速方式只能进行有级调速，且串接电阻有较大能量损耗， 电动机的机械特性较软，转速受负载影响大，轻载和重载时转速不 同。另外，该调速方式中的调速电阻损耗大，经济性差，一般只应 用于少数性能要求不高的小功率场合。其机械特性如图7－3所示。
无静差直流调速系统课件
无静差直流调速系统课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 无静差直流调速系统的基本原理 • 无静差直流调速系统的数学模型 • 无静差直流调速系统的设计与优化 • 无静差直流调速系统的实现与应用 • 结论与展望 • 参考文献与附录
01
引言
直流调速系统的背景与重要性
工业电机驱动的应用广泛
在钢铁、有色金属、化工、纺织、造纸等行业中， 直流电机作为重要驱动部件被广泛应用。
随着电力电子器件和微处理器技术的不断发展，无静差直流调速系统的性能将得到 进一步提高。
采用先进的控制算法和优化算法，实现更加精准的直流调速控制。
未来发展趋势与研究方向
• 研究新的无静差直流调速方案，降低系统成本和复杂度，提高系统的可靠性和稳定性。
未来发展趋势与研究方向
01
未来研究方向
02
03
04
无静差直流调速系统的应用场景与实例
工业生产
应用于机床、纺织、石油 化工等行业的生产设备中 ，提高生产效率和产品质 量。
交通运输
应用于电动汽车、地铁、 铁路机车等交通工具中， 提高能源利用效率并减少 环境污染。
航空航天
应用于航空发动机、航天 器等高精度控制系统中， 确保安全可靠运行。
06
结论与展望
内容
包括直流电机的工作原理、电力电子变换器、反馈控制系统、无 静差调节原理、系统实现及性能分析等。
02
无静差直流调速系统的基本原理
直流电机的基本工作原理
02
01
03
直流电机的转动原理
基于通电导体在磁场中受到力的作用而转动的原理。
直流电机的电磁转矩
与电流、磁通和转子电阻等因素有关。
直流电机的调速原理
目
CONTENCT
录
• 引言 • 无静差直流调速系统的基本原理 • 无静差直流调速系统的数学模型 • 无静差直流调速系统的设计与优化 • 无静差直流调速系统的实现与应用 • 结论与展望 • 参考文献与附录
01
引言
直流调速系统的背景与重要性
工业电机驱动的应用广泛
在钢铁、有色金属、化工、纺织、造纸等行业中， 直流电机作为重要驱动部件被广泛应用。
随着电力电子器件和微处理器技术的不断发展，无静差直流调速系统的性能将得到 进一步提高。
采用先进的控制算法和优化算法，实现更加精准的直流调速控制。
未来发展趋势与研究方向
• 研究新的无静差直流调速方案，降低系统成本和复杂度，提高系统的可靠性和稳定性。
未来发展趋势与研究方向
01
未来研究方向
02
03
04
无静差直流调速系统的应用场景与实例
工业生产
应用于机床、纺织、石油 化工等行业的生产设备中 ，提高生产效率和产品质 量。
交通运输
应用于电动汽车、地铁、 铁路机车等交通工具中， 提高能源利用效率并减少 环境污染。
航空航天
应用于航空发动机、航天 器等高精度控制系统中， 确保安全可靠运行。
06
结论与展望
内容
包括直流电机的工作原理、电力电子变换器、反馈控制系统、无 静差调节原理、系统实现及性能分析等。
02
无静差直流调速系统的基本原理
直流电机的基本工作原理
02
01
03
直流电机的转动原理
基于通电导体在磁场中受到力的作用而转动的原理。
直流电机的电磁转矩
与电流、磁通和转子电阻等因素有关。
直流电机的调速原理
第二章 单闭环直流调速系统ppt课件
解：以电机从静止起动为例分析，给定电压增大时系统的调节过程如下：
由于反馈电压与给定电压同为负，成为正反馈，只要给定电压稍大 于零，经反馈电压叠加后，偏差电压会越来越大，电机转速急速升高，造 成飞车事故。
在转速单闭调速实验中表现为：给定从零增加一点，电机转速急速 升高，再减小给定，电机转速不减小，失控。
四、闭环调速与开环调速的比较
静特性方程： nCKep1KsUKn*Ce1RKId 闭环转速降
nb
IdR
1 K Ce
机械特性方程： n U d I d R
Ce
开环转速降
nk
IdR Ce
① 闭环静特性比开环机械特性硬得多。负载电流相等时
nb
nk
1 K
②
闭环系统的静差率要比开环小得多。理想空载转速相等时，
1、开环调速系统采用正给定电压，为什么单闭环调速系统要采用负 给定电压？改变给定电压时调节哪个旋钮？
2、为什么要求触发电路中Ulf端接地？ 3、接线前，设备初始状态检查和调整包含哪些注意事项？ 4、什么是触发电路的最大移相控制电压？如何测出该电压值？ 5、主电路中为什么要串入电抗器？值取多大？ 6、怎样将两个可调电阻并联使用？ 7、怎样判断转速反馈是负负馈？如果接成了正反馈，怎样改正？ 8、怎样测试调节器放大系数、整流装置放大系数和转速反馈系数？
② 被控量总是跟随给定量变化。 即转速跟随给定电压变化。 ③ 闭环系统对作用于闭环内前向通道上的干扰有调节作用。 而作用于 闭环外或非前向通道上的干扰没有调节作用。
.
14
.
15
思考题：
1．什么是有静差调速系统？
2．闭环调速系统对什么样的干扰有调节作用？ 试举例说明。
.
16
由于反馈电压与给定电压同为负，成为正反馈，只要给定电压稍大 于零，经反馈电压叠加后，偏差电压会越来越大，电机转速急速升高，造 成飞车事故。
在转速单闭调速实验中表现为：给定从零增加一点，电机转速急速 升高，再减小给定，电机转速不减小，失控。
四、闭环调速与开环调速的比较
静特性方程： nCKep1KsUKn*Ce1RKId 闭环转速降
nb
IdR
1 K Ce
机械特性方程： n U d I d R
Ce
开环转速降
nk
IdR Ce
① 闭环静特性比开环机械特性硬得多。负载电流相等时
nb
nk
1 K
②
闭环系统的静差率要比开环小得多。理想空载转速相等时，
1、开环调速系统采用正给定电压，为什么单闭环调速系统要采用负 给定电压？改变给定电压时调节哪个旋钮？
2、为什么要求触发电路中Ulf端接地？ 3、接线前，设备初始状态检查和调整包含哪些注意事项？ 4、什么是触发电路的最大移相控制电压？如何测出该电压值？ 5、主电路中为什么要串入电抗器？值取多大？ 6、怎样将两个可调电阻并联使用？ 7、怎样判断转速反馈是负负馈？如果接成了正反馈，怎样改正？ 8、怎样测试调节器放大系数、整流装置放大系数和转速反馈系数？
② 被控量总是跟随给定量变化。 即转速跟随给定电压变化。 ③ 闭环系统对作用于闭环内前向通道上的干扰有调节作用。 而作用于 闭环外或非前向通道上的干扰没有调节作用。
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思考题：
1．什么是有静差调速系统？
2．闭环调速系统对什么样的干扰有调节作用？ 试举例说明。
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直流调速系统及其仿真.ppt
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 +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
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%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
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.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
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 +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
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%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
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.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
第一章交直流调速系统PPT课件
的地方仍然使用这种系统。 但是这种由机组供电的直流调速系统需要旋
转变流机组，至少包含两台与调速直流电动机 容量相当的旋转电机（原动机和直流发电机） 和一台容量小一些的励磁发电机，因而设备多 、体积大、效率低、安装需打地基、运行有噪 音、维护不方便。为了克服这些缺点，在20世 纪50年代开始采用静止变流装置来代替旋转变 流机组，直流调速系统进入了由静止变流装置 供电的时代。
K K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
晶闸管由P1、N1、P2、N2四层半导体材料交替组成，其结构 及图形符号如图所示。P1区引出的电极为阳极A，N2层引出的 电极为阴极K，由中间P2层引出的电极为控制极G。为更好的理 解晶闸管的工作原理，常将其N1、P2两个区域分解成两部分， 分别构成一个NPN型和一个PNP型的三极管。分解后的情况如图
晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调 压及开关等方面。
优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、
操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、 正向耐压达数千伏）。
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
一、基本结构
对系统的调速性能要求不高时，可直接由励
磁电源供电，要求较高的闭环直流调速系统一 般都通过放大装置（G-M系统的放大装置多采用 交磁放大机或磁放大器）进行控制。如果改变 if的方向，则U的极性和n的转向都跟着改变， 因此G-M系统的可逆运行是很容易的。
G-M系统具有很好的的调速性能，在20世纪50 年代曾广泛地使用，至今在尚未进行设备更新
Ra
调改速变特电性压：UN U n ， n0
转速下降，机械特性曲线平行下移。
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二、直流调速器基础知识
双闭环直流调速系统：
二、直流调速器基础知识
电流环（内环） 速度环（外环）
二、直流调速器基础知识
直流可逆调速系统:（电枢反接可逆线路）
晶闸管开关切断的可逆线路
问题1：什么是PID调节器？ 问题2：励磁反接可逆线路优缺点？
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
主板
驱动板
电枢主桥
（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。）
根据可调电枢电压的方法不同分类： 1、G-M调速系统。 2、V-M调速系统。 3、PWM调速系统。
二、直流调速器基础知识
V-M调速系统:用晶体管触发整流电路实现电枢 电压可调，从而达到改变电机转速的目的。
二、直流调速器基础知识
PWM调速系统（直流脉宽调速）：交流电源经 不可控整流得到稳恒的直流电压，再利用斩波电路 将直流电压变成宽度可调的高频脉冲电压，加在电 机电枢绕组上，通过改变脉冲的宽度改变电机电枢 电压的平均值，从而实现对电机的调速控制。
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
可选模块端子：
speed feedback
编码器测速板
serial comms
模拟测版
Profibus-DP通讯板 RS485通讯板
问题1：编码器测速板和模拟测速 板如何使用？
问题2：什么是Profibus-DP通讯？ 什么是RS485通讯？
直流调速系统原理及应用
目录
一、直流电机原理与调速方式 二、直流调速器基础知识 三、欧陆590C调速器介绍与控制方式 四、欧陆590C调速器实践应用
一、直流电机原理与调速方式
直流电机分类：（按励磁方式）
1、他励电动机
2、并励电动机
3、串励电动机 4、复励电动机
+
Uf If
_
+
M Ia U
_
Rf 他励 Rst
一、直流电机原理与调速方式
电枢 励磁 换向器 电刷
一、直流电机原理与调速方式
由转速公式：nK U EΦKTK RE aΦ2T
直流电机调速方法有三种： 1、降压调速 2、串电阻调速 3、弱磁调速
问题1：换向器的作用是什么？
问题2：直流电机与交流电机工作 原理、调速方法和使用场合有什 么不同？
二、直流调速器基础知识
与主板控制部分在电位上是隔离的。
*控制电源变压器输出：±15V主板电源，+5V处理 器电源，±10V外模拟端子给定电源，
+24V数字端子控制电源。
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
最小系统接线图：
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
电机铭牌参数设置： IA CAL：电枢额定电流设置。 IF CAL：励磁额定电流设置。 VA CAL：电枢电压校准Va（伏）。
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
D3、D4：励磁输出，D3为负，D4为正。
D5、D6：主电源合闸输出。
D7、D8：辅助电源输入，110V和220V两种，用于 控制电源变压器、接触器控制继电器电 源和冷却风机电源。（隔离变压器）
*模拟数字输入输出端子作为外部控制的基本控制 端子，每个端子都有过载和过压保护，
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
组成部分： 1、控制操作输入输出部分。 2、控制运算部分。 3、功率及功率控制部分。 4、控制信号输入部分。 5、辅助控制电源。
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
控制端子：
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
常用控制端子默认功能分配： L1、L2、L3：三相电源输入，380VAC。 A+、A-：电枢输出，最大电压为输入的1.2倍。 A1：零负电位，与B1、C1同电位，与接地 A4：斜坡速度给定,电压±10V，对应±100%。 A8：速度给定输出，电压±10V，对应±100%。 A9：主电流反馈输出，电压±10V，对应±200%。 B3：+10V基准电压，额定输出电流10mA。 B4：-10V基准电压，额定输出电流10mA。 B5：电机零速检测，零速时高态（24V输出）。
三、欧陆590C调速器介绍与控制方式
B6：正常状态检测，正常时高态。 B7：准备就绪状态检测，就绪时高态。 B8：程序停机（再生制动），仅4Q控制器有效。 B9：惯性停机，高态时（C9）控制器正常运行。 C2：热敏电阻/微测温器，不用时与C1短接。 C3：启动（主电源分合闸），高态（C9）合闸。 C5：允许工作，低态时封锁输出，电源不分闸。 C8：电流控制方式（C9）与速度控制方式选择。 C9：24V电源，最大输出电流50mA。 D1、D2：励磁外部电源输入。