直流电动机调速方法

n0
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 O 曲线斜率变大，特性
变软。
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n U R I Ke Ke
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
IL
I
图2-1 调阻调速特性曲线 6
2.1.1 改变电枢回路电阻调速
工作效率：
工作效率
电机电磁功率 电源输出功率
第2章 直流电机调速系统
内容提要 2.1 直流电机调速方法 2.2 直流调速系统中的可控直流电源 2.3 直流PWM调速方法 2.4 直流电机闭环调速系统
1
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引言
直流电动机具有如下优点：
良好的起、制动性能 - 线性的转矩-电流曲线
调速范围宽
- 线性的机械特性曲线
控制算法简单，易于实现
图2-5 G-M系统机械特性
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• G-M系统的特点
可实现正反转运行以及电机转速的连续调节，解 决了早期直流电机的调速控制问题
存在的问题
采用多级机组联合工作的形式，动态响应慢；体 积笨重，效率低，噪声大，成本高，现已被静止 式变流调速装置所取代。
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2.2.2 静止式可控整流器
可以看出，有三种方法可以调节电动机 的转速：
（1）改变电枢回路电阻 R； （2）调节电枢供电电压 U ；
（3）减弱励磁磁通 。
下面分别从其调速原理，机械特性，工作效率 几方面进行分析。
5
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2.1.1 改变电枢回路电阻调速
工作条件：
保持励磁 = N ； n
保持电压 U =UN ；
9
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2.1.3 调磁调速
工作条件：
保持电压 U =UN ；
n
保持电阻 R = R a ；
调节过程：
n0
减小励磁 N
n ， n0
调速特性：
转速上升，机械特性 O 曲线变软。
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n U R I Ke Ke
n3
nn12
nN
N
1
2 3
TL
Te
图2-3 调磁调速特性曲线 10
减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往 往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速） 以上作小范围的弱磁升速。 因此，现代直流调速系统以调压调速为主。
12
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2.2 直流调速系统中的可控直流电源
根据前面分析，调压调速是直流调速系 统的主要方法，而调节电枢电压需要有 专门向电动机供电的可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电源。
工作效率 EI Ken UI U
说明：随着转速下降，效率降低！
I TL KT
原因：
负载不变，则定子电流保持不变，随着 转速下降，外加电阻损耗加大！
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2.1.2 改变电枢电压调速
工作条件：
保持励磁 = N ； n
保持电阻 R = Ra；
n0
调节过程：
改变电压 UN U U n ， n0
图2-6 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）
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• V-M系统工作原理
晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统）
VT是 晶闸管 可控整 流器 ， 通过调节触发装置 GT 的控
制电压 Uc 来移动触发脉冲
的相位，即可改变整流电压
Ud ，从而实现平滑调速。
图2-8a 单相全控桥电路
调速特性：
转速下降，机械特性 O 曲线平行下移。
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n U R I Ke Ke
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
图2-2 调压调速特性曲线 8
2.1.2 改变电枢调压调速
工作效率：
工作效率
电机电磁功率 电源输出功率
工作效率 EI Ken 1 UI IR Ken
说明：在较大调速范围内，电机工作效率近似不 变！
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晶闸管整流电路原理
➢ 为便于讨论，假设电路已工作
于稳态，id的平均值不变。
2
O
➢ 假设负载电感很大，负载电流 u
d
id连续且波形近似为一水平线
O
i
d
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常用的可控直流电源有以下三种
旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，以获得可调的直流电压。
静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产 生可变的平均电压。
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2.2.1 旋转变流机组
图2-4旋转变流机组供第电15页的/共直3流2页调速系统（G-M系统）
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• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机） 拖动直流发电机 G 实现变流
由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，拖动 直流发电机 G E发电作为G的励磁电源。
2.1.3 调磁调速
工作效率：
工作效率
电机电磁功率 电源输出功率
工作效率 EI U IR UI U
说明：在较大调速范围内，电机工作效率保持不 变！
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▪ 三种调速方法的性能比较
改变电阻调速工作效率较低；只能实现有级调速； 目前在大功率直流电机的启动等方面有所应用；
调节电枢供电电压的方式在一定范围内可实现无级 平滑调速，工作效率高；
他励直流电动机的基本方程式
U E IR
E
Ken
n U IR Ke
(2-1)
式中 n — 转速（r/min）；
U — 电枢电压（V）；
I — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ke — 由电机结构决定的电动势常数。
4
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2.1 直流电机调速方法
在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领 域中得到了广泛的应用
2
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2.1 直流电机调速方法
他励直流电动机等效电路
他励直流电动机等效 回路：定子电感，定 子电阻，供电电压， 定子电流，励磁绕组
+
-
U
+ Ea -
Ia
M
Ra+Rc If
以及励磁电流。
＋ Uf
－
3
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2.1 直流电机调速方法
调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U， 从而调节电动机的转速 n 。
这 样 的 调 速 系 统 简 称 G-M 系 统 ， 国 际 上 通 称 Ward-Leonard系统。
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• G-M系统机械特性
第II象限
n
n0
-TL O
第I象限
n1 n2
TL
Te
第III象限
第IV象限