第一章 直流调速简介

其中
Ce K e 由电机结构参数决定，
称为直流电动机的电势常数。
机械特性曲线： 在平面直角坐标系中，电机转 速与电枢电流的关系表示为一条向 下的斜线，如右图所示，称为机械 特性曲线。 机械特性的硬度：曲线向下倾斜度越小，机械特性的硬度越硬。 机械特性的硬度与开环调速的性能有着密切关系。
2。机械特性与开环调速性能的关系 (1)根据开环直流调速原理，电机的转速由给定电压来控制，给定电 压不变，电枢电压不变，电机的转速应保持相对恒定。 (2)从开环机械特性来看，电枢电压不变情况下，当负载电流发生改 变时，电机转速会有所改变。
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系
D
nN nN s ， 则 n 0min n0 min s
snN 1 s nN
nN nN D nmin n0 min nN nN nN s snN 1 s nN nN
•所需设备多，体积庞大 •效率低 •维护不方便 •运行时噪声大。
20世纪50年代曾广泛应用
二、V-M调速系统
1.V-M调速系统原理图
3.工作原理分析 •晶闸管整流电路为电机提 供大小可调的直流电压。 •给定电压增大，电枢电压 增大，电机升速；反之，给 定电压减小，电枢电压增大， 电机降速。
V-M调速系统是目前应用最广的直流调速系统
•额定转速以上调速，且 磁通越小，转速越高。 •特性软，调速精度低， 一般不单独使用。
•电压降低，n0减小
•理想空载转速n0不变。
•磁通减小，n0增大。
思考题：
1.直流电动机的调速方式有哪3种？最常用的是什么方式？ 2.直流电动机的3种调速方式中， 调速能获得高于额 定值的转速， 调速机械特性硬度不变， 调速 理想空载转速不变。
U U
* n
0
整流桥放 大系数
•给定电压与整流电压成近似的正比关系
三. 开环调速系统的机械特性
1。开环机械特性的定义 直流电动机电枢电压一定的情况下，电机的转速与电枢电流之间的 关系，称为直流电动机的开环机械特性。 机械特性方程：
U d Id R U d Id R n K e Ce
§1.1 直流电动机的调速方法
一、直流电机的机械特性
U d I d Ra E
E K e n
整理可得机械特性方程
n
U d I d Ra U R = d a Id Ke KeN KeN
Ud －－称为理想空载转速 K eN
n0 n
n0 =
n k
Ra I d －－负载电流引起的转速降 K eN
•直流电动机； •可调的电枢电压； •稳恒的励磁电源； 系统原理图 可控整流电路； 二极管整流电路. 给定电路； •直流电动机的励磁电压 一定时，电枢电压增大， 电机转速升高；电枢电压 减小 ，转速降低。 •三相桥式整流电路输出电压，即加在电机电枢绕组上的电压
实训教学学时
开环调速-2学时 单闭环调速-2学时
双闭环调速-4学时
逻辑无环流调速-4学时
第5章：直流脉宽调速系统—8学时
PWM调速-4学时
《交直流调速系统》课程介绍
四、教学目标
通过本课程的学习，应达到以下教学目标：
1. 掌握直流调速的一般方法、基本概念。
2. 掌握五种调速系统的构成及特点。
3. 能在实验室完成五个调速系统的安装与调试。 4. 掌握单闭环、双闭环调速系统的稳态性能指标的计算 方法。
1. 调速范围：额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速与最 低转速之比称为调速范围。用大写字母D表示，没有单位。
nmax D nmin
nmax —通常指电动机铭牌上所标的额定转速
。
nN
2. 静差率： 当系统在某一机械特性下运行时，电动机的负载由理想空载增加 到额定负载时所对应的转速降 nN 与理想空载转速 n之比，称 0 为静差率，用小写字母 表示。 s
U－－稳恒的直流电压
PWM－－脉宽功率放大器
PWM调速是直流调速发展的最新阶段。
思考题：
1．直流调速系统经历了哪3个发展阶段？目前应用最广的是哪种调 速 系统？
2．V-M直流调速系统由哪几部分构成？给定电压与电动机的转速有着怎样 的控制关系？
§1.3 调速系统的性能指标
•稳态性能指标是重点。
调速系统的稳态性能指标
(5)将以上测得的几组数对，在Id-n体系中描出对应的点，作一条直 线，使多数点落在直线上或靠近直线。该线就是电动机在电枢电压 为Ud0时的开环机械特性曲线。
3。机械特性的测试方法
怎样来改变电机的电枢电流呢？ 实际生产中，电机的电枢电流又称负载电流，是由电机所带负载的 轻重决定的，增大负载，电流增大，反之，减小负载，电流减小。 在实验室中，常用直流发电机和负载电阻作为电动机的模拟负 载，即直流电动机驱动一台直流发电机，直流发电机的输出电压加 在一可调电阻上。电动机转速一定的情况下，直流发电机的输出电 压不变，发电机输出功率就是可调电阻上消耗的功率：
U d 2.34U φ cos
改变给定电压大小，可改变触发脉冲的触发角，从而改变整流电路输出 电压，使电机转速发生改变。 •给定电压、触发角、整流电压、电机转速之间的对应关系：
* Un 0
90
* nMax
Ud 0 U d U dMax
电动机转速为零 电动机转速最高
* U d K sU n
(3)对调速系统而言，负载电流的变化是一种干扰。
(4)机械特性的硬度越硬，负载电流引起的转速降越小，转速越平稳， 调整系统的抗干扰性越强。
综上，机械特性的硬度越硬，开环调速系统的调速性能越好。常借 助机械特性曲线来分析开环调速系统的性能。
开环机械特性可以通过实验的方法测绘出来。
3。机械特性的测试方法
第4章：可逆调速系统
双闭环调速系统的静特性测试
逻辑无环流调速系统的安装与调试 PWM调速系统的安装与调试
第5章：直流脉宽调速系统
《交直流调速系统》课程介绍
三、课程的内容
•学时分配：
理论48学时；实训16学时，共64学时 分配如下：
理论教学学时
第1章：直流调速系统的概述-4学时 第2章：单闭环调速系统------6学时 第3章：双闭环调速系统-----8学时 第4章：可逆调速系统--------12学时
《交直流调速系统》课程介绍
五、学习指导
本课程是一门综合性应用课程，应用知识较多，但只要 学习目标明确，方法得当，学习起来并不难：
1. 掌握典型调速系统的构成。开始时多做画图练习，会 画之后，可在脑子里回想系统的原理图。 2. 掌握典型调速系统的特点。该记的要记，该背的要背。
3. 会分析系统的工作原理。
§1.2 直流调速系统的发展
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 据获得可调电枢电压的方法不同，将直流调速系统的发展分为3个阶段：
（1）直流发电机-电动机调速系统（简称G-M调速系统） （2）晶闸管整流装置-电动机调速系统（简称V-M调速系统） （3）直流脉宽调速系统（简称PWM调速系统） 一、G-M调速系统 2.工作原理分析 1.G-M调速系统原理图 3.缺点：
调速系统的稳态性能指标
3. 调速的平滑性：
调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
思考题： 1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
nN s 1 000 0.1 D 4 nN 1 s 27.5 1 0.1
思考题： 某调速系统的调速范围是（150～1 500r/min），要求静差率s=5%,
此时系统允许的稳态转速降是多少？
§1.4 开环直流调速系统
一. 系统的构成
开环调速系统是最简单的V-M调速系统 。怎样构成直流调速系统呢？
解： 得
U N I N Ra U N I N Ra nN K eN Ce U N I N Ra 220 55 0.1 Ce 0.2 145 0.2 nN 1 000 I N Ra 55 0.1 nN 27.5(r / min) Ce 0.2
Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。 K eN
机械特性曲线
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。 调压调速 串电阻调速 弱磁调速
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。 •特性硬，调速精度高， 最常用。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。 •特性软，调速精度低， 一般不采用。
把握以上三点，注意对学过知识的复习，注意前后章节的 联系，及时归纳与系统，可做到轻松学习。
六、考核：考试*60%+平时*10%+实训*30%
§1 直流调速简介
学习目标：
1.了解直流电动机调速的3种方法及其主要特点。 2. 了解直流调速所经历的3个发展阶段。 3.了解直流调速系统的性能指标，掌握调速范围、静 差率两个稳态性能指标的含义及其相关计算。 4.掌握开环直流调速系统的构成及其特点。 5.掌握开环机械特性的含义。 6.能在实验室熟练完成开环调速系统的接线和调试， 会测试开环机械特性。
U2 P R
减小可调电阻，发电机功率增大，也即直流电动机输出功率增大，直流 电动机的电枢电流增大；反之，减小可调电阻，电动机电枢电流减小。
§1.5 开环直流调速系统实验
•实验前指导： 1。调速系统线路连接 2。测试开环机械特性 二、要知道怎么做？ 做好实验前的预习和准备是关键。