直流调速技术--第二章开环直流调速系统

保持的精度，反映了系统的准确程度。一般自动控制系
统输出量偏差越小，准确度越高。
系统的准确性 a）有静差系统 b）无静差系统
第二章 开环直流调速系统
3．快速性
快速性是指系统从一种稳定状态达到新的稳定状态 过渡过程时间的长短。
系统的动态响应曲线
第二章 开环直流调速系统
二、调速系统的稳态性能指标
（1）调速 （2）稳速 （3）加、减速
n N s 100% n0
式中
nN n0 nN 。 ΔnN—额定负载时的转速降落，
第二章 开环直流调速系统
（3）静差率与机械特性硬度的区别
特性硬度相同、静差率不同时的机械特性曲线
第二章 开环直流调速系统
2．调速范围、静差率和额定转速降之间的关系
在直流调速系统中，假设电动机额定转速nN为最高 转速，可以推出调速范围、静差率和额定速降之间的 关系：
§2-1 开环直流调速系统的结构及原理
1．掌握开环直流调速系统各组成部分的结构及原理。 2．掌握开环直流调速系统的工作原理及系统的自动 调节原理。 3．了解开环直流调速系统的机械特性。
第二章 开环直流调速系统
开环控制系统定义：指系统的控制输入不受输出影 响的系统。开环控制系统又称为无反馈控制系统。 开环直流调速系统是控制直流电动机转速的开环控 制系统。 开环直流调速系统特点： 结构简单、容易实现、
1
2 3 4 5
直流调速柜
万用表 双踪示波器 验电笔 一字旋具
DSC—32型或 DSC—5型
数字式或指针式 GOS—620
1台
1只 1台 1支 1把 型号自定 型号自定
电路的输出脉冲在30°~90°范围内可调。
第二章 开环直流调速系统
3. 开环直流调速系统的通电调试
（1）通电前的检查
（2）通电调试
（3）求取直流调速系统开环工作机械特性
电压Ud 、电流Id 、转速n的数值变化表
参数值 电流 Id 转速 n 电压 Ud 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组 变化趋势
nN s D n N 1 s
第二章 开环直流调速系统
【例2-1】某直流调速系统电动机的额定转速为
nN=1430r/min，额定转速降 nN =115r/min，当要求静差
率s≤30%和≤20%时对应的调速范围分别是多少？若调速 范围增大到10，则对应的静差率为多少？
第二章 开环直流调速系统
第二章 开环直流调速系统
2. 开环直流调速系统控制电路的检查与调试
（1）打开控制电路的电源开关，将给定电位器的开 关S1 拨到“正给定”，S2 拨到“±给定”。
实验箱中的给定电位器及给定电压
第二章 开环直流调速系统
（2）用示波器观察触发电路（MCL—33）的双窄脉
冲观察孔，如图所示，应有间隔均匀、相互间隔60o的幅
第二章 开环直流调速系统
（3）分析系统的稳定性时的注意事项
1）系统的稳定性分析只针对闭环系统，所以开环 系统一般不存在稳定性的问题。 2）通常用最大超调量σ和振荡次数N作为反映稳定 性的性能指标，一般这两个指标数值越小，系统的稳 定性就越好。
第二章 开环直流调速系统
2．准确性
准确性是指当系统重新达到稳定状态后，其输出量
第二章 开环直流调速系统
（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极G 和阴极 K，应有幅度为1 ~2 V 的双窄脉冲。
用示波器观察晶闸管门极的双窄脉冲 a) 接线 b) 双窄脉冲
第二章 开环直流调速系统
（5）将给定电位器的输出Ug接至触发电路
（MCL—33 面板）的Uct端，调节偏移电压Ub，调节控 制角α 的初始值，当Uct =0 时，使α =90°。保证触发
度相同的双窄脉冲。
实验箱中的触发电路及脉冲检查方法 a) 操作面板 b) 接线
第二章 开环直流调速系统
双踪示波器的两个探头的地线通过示波器外壳短接， 故使用时，必须使两探头的地线同电位（可以只用一根
地线），以免造成短路事故。
（3）检查触发脉冲相序，用示波器观察“1” “2” 脉冲观察孔。若“1” 脉冲超前“2”脉冲60°，则相 序正确，否则应调整主电路输入电源的相序。
第二章 开环直流调速系统
晶闸管触发电路
第二章 开环直流调速系统
（4）给定电位器
给定电位器是给晶闸管触发电路提供一个0～±15V的
可调直流电压Uc，从而改变触发电路输出脉冲的相位。
给定电位器 a) 电位器实物图 b) 给定电位器实验用电路图
第二章 开环直流调速系统
（5）继电保护电路
继电保护电路包括过压保护、过流保护及通电顺序保
MCL—33挂箱 MCL—18挂箱 PN =185 W、 UN= 220 V、 IN= 1.1 A、 nN= 1 500 r / min MEL—13组件 GOS—620 数字式或指针式 MEL—06量程：2 A、 300 V
1个
1套 1个
型号自定
5
6 7 8 9 10
直流电动机
测速发电机及测功机 双踪示波器 万用表 电流表、电压表 一字旋具
第二章 开环直流调速系统
1．稳态性能指标
（1）调速范围D 调速范围指电动机在额定负载下，生产机械要求电动
机提供的最高转速nmax和nmin之比，即
nmax D nmin
nmax—电动机额定负载时的最高转速，一般为额定转速nN； nmin—电动机额定负载时的最低转速。
第二章 开环直流调速系统
（2）静差率s 调速系统静差率指当电动机在某一转速下运行时， 负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN 与理想空载转速 n0 之比，即
第二章 开环直流调速系统
系统开环机械特性曲线
（4）断电停止
第二章 开环直流调速系统
4. 电路模拟简单故障及故障现象的观察与排除
电动机运行状态时，断开某一晶闸管元件（如VT1） 的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通， 观察此时输出电压Ud、转速n的变化，并用示波器观察并 记录ud的波形。
第二章 开环直流调速系统
§2-2 开环直流调速系统的稳态性能分析
1．了解对自动控制系统的性能要求。 2．掌握调速系统的主要性能指标。 3．了解开环调速系统调速时存在的问题。
第二章 开环直流调速系统
一、对自动控制系统的性能要求
1．稳定性
（1）稳定系统 （2）不稳定系统
系统的稳定性 a）稳定系统 b）不稳定系统
第二章 开环直流调速系统
【例2-2】某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其 额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用 V-M系统。主电路电阻R=0.18Ω，电动机电动势系数 Ce=0.2V· min· r-1。如果要求调速范围D=20，静差率s≤5% ，采用开环调速是否满足要求？若要满足这个要求，系 统的额定转速降△n最多能达到多少？
成本较低。
第二章 开环直流调速系统
a）自动洗衣机 b）民用电梯 开环直流调速系统的应用
第二章 开环直流调速系统
一、开环直流调速系统的组成及原理
1．系统的组成
开环调速系统的组成
第二章 开环直流调速系统
开环直流调速系统的结构原理图
第二章 开环直流调速系统
（1）晶闸管可控整流电路VT
晶闸管可控整流电路VT是由半控型器件晶闸管构成
第二章 开环直流调速系统
三、开环调速系统存在的问题
若调速系统是开环调速系统，调节控制电压就可以 改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静
差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围
内的无级调速。但是，大多数需要调速的生产机械常常
对静差率有一定的要求。在这种情况下，开环调速系统
往往不能满足要求。
第二章 开环直流调速系统
二、开环机械特性
1．电动机电流连续时的情况
（1）当电流连续时，开环直流调速系统的转速公式为：
Ud Id R Ud Id R Ud Id R Ud Te R n n0 n ke ke ke Ce Ce Ce Ce kT
式中 n0—理想空载转速；
Δn —转速降落；
Ce —电动势放大系数， 。
第二章 开环直流调速系统
（2）机械特性
机械特性指直流电动机供电电压（电枢供电电压 U d 和励磁电压 U f ）不变时，转速n和电磁转矩Te之间的关 系。改变控制角，给电动机的供电电压Ud随之发生变 化，机械特性曲线平行移动，得到一簇平行的直线。
第二章 开环直流调速系统
1台
1组 1台 1只 各 1只 1把 型号自定 型号自定
第二章 开环直流调速系统
四、实训步骤
1. 开环直流调速系统的接线
开环直流调速系统实验接线图
第二章 开环直流调速系统
（1）主电路接线
开环直流调速系统接线示意图
第二章 开环直流调速系统
开环直流调速系统实验台主电路接线图
（2）控制电路接线 按照开环直流调速系统控制电路接线示意图进行接线。
第二章 开环直流调速系统
（2）直流电动机M
电动机可以采用他励直流电动机，其电枢绕组由晶
闸管可控整流电路提供可调直流电压，励磁绕组通过固 定直流电压提供励磁电压。
直流电动机 a) 直流电动机的实物图 b) 直流电动机的绕组
第二章 开环直流调速系统
（3）晶闸管触发电路GT
晶闸管触发电路主要形式有单结晶体管触发电路、 正弦波触发电路、锯齿波触发电路、集成触发器等。 通常采用锯齿波触发电路给三相全控桥六个晶闸管提 供六个相位依次相差60°的双窄脉冲。
3. 求取直流调速系统开环工作机械特性。
第二章 开环直流调速系统
三、实训器材
实训设备、工具及仪表清单
序号 1 材料 电力电子及电气传动实验台 型号或规格 求是公司的 MCL-II型实验台 数量 1台 备注
2
3 4
三相可调交流电源
三相整流及触发装置、可调 电抗器 给定电位器
0 ~380 V、 50 Hz
第二章 开环直流调速系统
实训2 直流调速柜开环系统的调试与故障排除
一、实训目的
1. 熟悉直流调速柜开环系统的各组成部分及基本结构。 2. 掌握开环直流调速系统的安装接线与调试。 3. 能够对开环直流调速系统进行简单的故障排除。
第二章 开环直流调速系统
二、实训器材
实训设备、工具及仪表清单
序号 材料 型号或规格 数量 备注
护等部分，其主要作用是当电路中出现过高电压或过大
电流时，通过电压互感器及过流继电器起到保护主电路
中晶闸管等器件的作用。
构成可控整流电路的核心器件是晶闸管，其容量大，
能够承受较高的电压和流过较大的电流。
第二章 开环直流调速系统
例如，在每个晶闸管桥臂电 源侧加上熔断器，防止过流烧 坏晶闸管；或在每个晶闸管两 端并联阻容吸收电路，对晶闸 管起到过压保护作用。
第二章 开环直流调速系统
什么是开环？什么是闭环？
人闭眼去拿杯子相当于开环控制系统，睁眼拿杯子相 当于闭环控制系统。
第二章 开环直流调速系统
§2-1 开环直流调速系统的结构及原理
§2-2 开环直流调速系统的稳态性能分析
实训1 开环直流调速系统的接线与调试 实训2 直流调速柜开环系统的调试与故障排除
第二章 开环直流调速系统
电流连续时V-M 系统的机械特性
第二章 开环直流调速系统
①机械特性与纵轴交点为理想空载速
n0
Ud Ud ห้องสมุดไป่ตู้e Ce
，
电枢供电电压越大，理想空载转速越高。 ②机械特性硬度和△n有关，△n越小，系统的机 械特性越硬，特性曲线斜率越小。
第二章 开环直流调速系统
2．电动机电流断续时的情况
电流断续时V-M 系统的机械特性
整流电路中晶闸管的保护电路
第二章 开环直流调速系统
2．基本工作原理
开环直流调速系统的结构原理图
第二章 开环直流调速系统
当电动机负载转矩TL发生变化时，电动机的转速n也
发生变化，其直流电动机内部自动调节的具体过程如下 所示：
负载变化时直流电动机内部自动调节过程
第二章 开环直流调速系统
当负载转矩减小时，电动机内部的自动调节过 程又是怎样的？
的可控整流电路，它将输入的固定交流电变为大小可控 可调的直流电。 一般小容量系统中用单相可控整流电路，将单相 220V、50Hz交流电变成0~198V可调的直流电；中、大容
量系统中用三相可控整流电路，将三相380V、50Hz交流
电变成0~513V可调的直流电。
第二章 开环直流调速系统
三相全控桥式整流电路
第二章 开环直流调速系统
第二章 开环直流调速系统
实训1 开环直流调速系统的接线与调试
一、实训目的
1. 熟悉开环直流调速系统的电路结构。 2. 掌握开环直流调速系统的调试方法。
第二章 开环直流调速系统
二、实训内容
1. 开环直流调速系统的主电路接线和控制电路接线。 2. 开环直流调速系统的通电调试。