电力拖动自动控制系统
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GT的控制电压触发脉 冲的相位，即可改变 整流电压，从而实现 平滑调速。
图1-3 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图
➢ 晶闸管可控整流器的输出电流是单方向的，单组可控整流电路提供的 电流不允许反向。全控整流电路可以实现有源逆变，使输出电压反向， 允许电动机工作在反转制动状态。因此，单组可控整流电路只允许电动 机在第Ⅰ象限或Ⅰ、Ⅳ象限运行，要使电动机能实现四象限运行时，必 须采用正、反两组全控整流电路构成的可逆调速系统，但所用变流设备 要增多一倍。
（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。
*
5
（1）调压调速
工作条件：
保持励磁 = N ； n
保持电阻 R = Ra
n0
理想空载转速n0与电 枢电压成正比；
改变电枢电压U时， 其曲线为一组平行线 ；
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
负载转矩不变时，U↓ 0
电动机电源电压，使
得电源电压可控。
本节先介绍几种可控
的直流电源，解决电
动机调压问题，给调 0
速提供手段。
*
nN n1 n2 n3
IL
调压调速 特性曲线
UN U1 U2 U3
I
12
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，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 流器获得可调的直流电压。
➢ 从控制系统设计的角度讲，直流调速系统是交流 调速系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学 顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统
*
4
直流调速方法
根据直流电机转速方程：
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。
10
（3）调磁调速
n
n3
n0
nn12 nN
0
TL
调磁调速特性曲线
N 1 2 3
Te
•在一定的负载功率 PL下，加上不同的主
磁通 可以得到不
同的转速。
1）可以平滑无级调速，只能 弱磁调速，在额定转速以上调节 ；
2）调速特性较软，且受电动 机换向条件等的限制，普通他励 电动机的最高转速不得超过额定 转速的1.2倍，调速范围不大；
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，产生 可变的平均电压。
*
13
1.1.1 旋转变流机组（G-M系统）
➢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，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
*
G-M系统特性
第II象限
n
n0
-TL O
第I象限
n1 n2
TL
Te
第III象限
第IV象限
图1-2 G-M系统的机械特性
15
1.1.2 V-M系统（晶闸管可控整流器供电的直 流调速系统）
➢ V是晶闸管可控 整流器，它可以是 单相、三相或更多 相数，半波、全波 、半控、全控等类 型➢ 通过调节触发装置
电力拖动自动控制系统
引言
本节要点：
1. 三种用于电气传动自动控制系统的可控
直流电源的优劣比较。
2. 在直流调速系统中主要采用变电压调速
。
3. 介绍目前应用最广泛的是晶闸管可控整
流器（《电力电子技术》课程中学过）。
4. 晶闸管-电动机系统（V-M系统）由哪些
* 环节组成？
2
引言
直流调速方法 直流调速电源 直流调速控制
，则稳定转速随之降
TL
T
调压调速特性曲线
低。
*
由于电机的绝缘强度等因素，UN为电压的上
限值，只能在额定电压以下改变其特性。
6
（1）调压调速
在一定的负载转矩TL下， 加上不同的电压可以得到不 同的转速。
调压调速过程中为常数，所
以TL常数时，稳定运行下的电枢 电流Ia也是一个常数,与电枢电压
U无关。
*
缺点： ✓特性变软 ✓能量消耗在电阻上 ✓调速范围小 ✓实现无级调速难
9
（3）调磁调速
工作条件：
n
保持电压 U =UN ；
保持电阻 R = R a ；
n0
调节过程：
减小励磁 N n ， n0
调速特性：
0
转速上升，机械特
性曲线变软。
*
n3
nn12
nN
N
1 2 3
TL
Te
调磁调速特性曲线
的转速 n。
➢ 为了供给直流发电机和电动机 的励磁，通常专门设置一台直流 励磁发电机GE，可装在变流机 组同轴上，也可另外单用一台交 流电动机拖动。
*
旋转变流机组供电的直流调速系统(G-M系统)
➢ 设备多、体积大、费用高、效率
低、安装须打地基、运行有噪声、
维护不方便。
14
➢ 无论正转减 速还是反转减 速时都能够实 现回馈制动， 因此G-M系统 是可以在允许 转矩范围之内 四象限运行的 系统。——煤 矿皮带机上行 和下行。
*
3
引言
➢ 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大 范围内平滑调速，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。
➢ 直流电动机具有线性的静态和动态数学模型, 使 得便于控制。
➢ 理论分析和工程设计方法成熟。
➢ 尽管面临高性能交流调速技术的挑战，仍然在电 力拖动领域具有重要的地位。
wk.baidu.com
优点：
分析（U1 -> UN）：
由于惯性作用，速度不能突变 反电势不突变 电枢电流变化，转矩变化
✓硬度不变 ✓易实现无级调速 ✓可以利用调速设备实现降压启动 ✓适合恒转矩负载调速
电机加/减速
习惯上我们把机械特性下倾的斜率大小称为机械特性 的硬度。斜率越大，硬度越小，反之称为越硬。
（2）调阻调速
n n0
3）调速时维持电枢电压和电枢电流不变，电动机的输出功率不变，恒功 率调速。
4) 基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转 速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。
*
11
1.1 直流调速系统用的可控直流电源
调压调速是直流调速 n
系统的主要方法。
n0
首先要解决如何调压
的问题：即如何改变
（1）二者的理想空载转速相同；
（2）不同的R值得到不同的斜率
的簇直线；
0
（3）转速降却变大了，即特性变
软（斜率变大）。
*
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
TL
T
调阻调速特性曲线
8
（2）调阻调速
在一定的负载转矩TL 下，串入不同的电阻可 以得到不同的转速。
➢由于惯性作用，速度不能突变
➢降速过程为A—B — C
图1-3 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图
➢ 晶闸管可控整流器的输出电流是单方向的，单组可控整流电路提供的 电流不允许反向。全控整流电路可以实现有源逆变，使输出电压反向， 允许电动机工作在反转制动状态。因此，单组可控整流电路只允许电动 机在第Ⅰ象限或Ⅰ、Ⅳ象限运行，要使电动机能实现四象限运行时，必 须采用正、反两组全控整流电路构成的可逆调速系统，但所用变流设备 要增多一倍。
（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。
*
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（1）调压调速
工作条件：
保持励磁 = N ； n
保持电阻 R = Ra
n0
理想空载转速n0与电 枢电压成正比；
改变电枢电压U时， 其曲线为一组平行线 ；
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
负载转矩不变时，U↓ 0
电动机电源电压，使
得电源电压可控。
本节先介绍几种可控
的直流电源，解决电
动机调压问题，给调 0
速提供手段。
*
nN n1 n2 n3
IL
调压调速 特性曲线
UN U1 U2 U3
I
12
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，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 流器获得可调的直流电压。
➢ 从控制系统设计的角度讲，直流调速系统是交流 调速系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学 顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统
*
4
直流调速方法
根据直流电机转速方程：
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。
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（3）调磁调速
n
n3
n0
nn12 nN
0
TL
调磁调速特性曲线
N 1 2 3
Te
•在一定的负载功率 PL下，加上不同的主
磁通 可以得到不
同的转速。
1）可以平滑无级调速，只能 弱磁调速，在额定转速以上调节 ；
2）调速特性较软，且受电动 机换向条件等的限制，普通他励 电动机的最高转速不得超过额定 转速的1.2倍，调速范围不大；
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，产生 可变的平均电压。
*
13
1.1.1 旋转变流机组（G-M系统）
➢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，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
*
G-M系统特性
第II象限
n
n0
-TL O
第I象限
n1 n2
TL
Te
第III象限
第IV象限
图1-2 G-M系统的机械特性
15
1.1.2 V-M系统（晶闸管可控整流器供电的直 流调速系统）
➢ V是晶闸管可控 整流器，它可以是 单相、三相或更多 相数，半波、全波 、半控、全控等类 型➢ 通过调节触发装置
电力拖动自动控制系统
引言
本节要点：
1. 三种用于电气传动自动控制系统的可控
直流电源的优劣比较。
2. 在直流调速系统中主要采用变电压调速
。
3. 介绍目前应用最广泛的是晶闸管可控整
流器（《电力电子技术》课程中学过）。
4. 晶闸管-电动机系统（V-M系统）由哪些
* 环节组成？
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引言
直流调速方法 直流调速电源 直流调速控制
，则稳定转速随之降
TL
T
调压调速特性曲线
低。
*
由于电机的绝缘强度等因素，UN为电压的上
限值，只能在额定电压以下改变其特性。
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（1）调压调速
在一定的负载转矩TL下， 加上不同的电压可以得到不 同的转速。
调压调速过程中为常数，所
以TL常数时，稳定运行下的电枢 电流Ia也是一个常数,与电枢电压
U无关。
*
缺点： ✓特性变软 ✓能量消耗在电阻上 ✓调速范围小 ✓实现无级调速难
9
（3）调磁调速
工作条件：
n
保持电压 U =UN ；
保持电阻 R = R a ；
n0
调节过程：
减小励磁 N n ， n0
调速特性：
0
转速上升，机械特
性曲线变软。
*
n3
nn12
nN
N
1 2 3
TL
Te
调磁调速特性曲线
的转速 n。
➢ 为了供给直流发电机和电动机 的励磁，通常专门设置一台直流 励磁发电机GE，可装在变流机 组同轴上，也可另外单用一台交 流电动机拖动。
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旋转变流机组供电的直流调速系统(G-M系统)
➢ 设备多、体积大、费用高、效率
低、安装须打地基、运行有噪声、
维护不方便。
14
➢ 无论正转减 速还是反转减 速时都能够实 现回馈制动， 因此G-M系统 是可以在允许 转矩范围之内 四象限运行的 系统。——煤 矿皮带机上行 和下行。
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引言
➢ 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大 范围内平滑调速，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。
➢ 直流电动机具有线性的静态和动态数学模型, 使 得便于控制。
➢ 理论分析和工程设计方法成熟。
➢ 尽管面临高性能交流调速技术的挑战，仍然在电 力拖动领域具有重要的地位。
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优点：
分析（U1 -> UN）：
由于惯性作用，速度不能突变 反电势不突变 电枢电流变化，转矩变化
✓硬度不变 ✓易实现无级调速 ✓可以利用调速设备实现降压启动 ✓适合恒转矩负载调速
电机加/减速
习惯上我们把机械特性下倾的斜率大小称为机械特性 的硬度。斜率越大，硬度越小，反之称为越硬。
（2）调阻调速
n n0
3）调速时维持电枢电压和电枢电流不变，电动机的输出功率不变，恒功 率调速。
4) 基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转 速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。
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1.1 直流调速系统用的可控直流电源
调压调速是直流调速 n
系统的主要方法。
n0
首先要解决如何调压
的问题：即如何改变
（1）二者的理想空载转速相同；
（2）不同的R值得到不同的斜率
的簇直线；
0
（3）转速降却变大了，即特性变
软（斜率变大）。
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nN
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Ra
n2 n3
R1
R2
R3
TL
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调阻调速特性曲线
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（2）调阻调速
在一定的负载转矩TL 下，串入不同的电阻可 以得到不同的转速。
➢由于惯性作用，速度不能突变
➢降速过程为A—B — C