电气传动控制技术
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Te
调磁调速特性曲线
精品PPT
1.3 直流调速系统的调速方式及机械特性
机械特性表达式
n Ud0 Id R CeΦ
n0
nop
n0
Ud0 CeΦ
AU 2 cos
CeΦ
Δnop
I d RΣ CeΦ
n — 电动机转速（r/min）； Ud0 — 空载整流电压（V）； Id — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ce— 由电机结构决定
电源采用不控整流源； 系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强； 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动 机损耗和发热较小； 电网功率因数高，效率高； 电路简单，控制方便。 受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。
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精品PPT
V-M系统
Ud0 E IdR CeΦn Id R
n
n0
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
IL
I
调阻调速特性曲线
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精品PPT
3）调磁调速
工作条件：
保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = Ra ； 调节过程：
减小励磁 N n ， n0
调速特性：
转速上升，机械特性曲线 变软。
n
n3
n0
nn12 nN
N
O
TL
1 2 3
精品PPT
改变电动机励磁调速
改变励磁调速的特点：
（1）机械特性软，负载变化时转速的波动较大；
（2）可控电源容量小，一般为电动机容量的 10%以下，电源设备造价低；
（3）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢， 适合于起、制动快速性要求不高的设备的 传动控制。
精品PPT
三种调速方法的性能比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来
（4）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接 电阻大小来实现的，调速范围越大，串入 的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量 就越大，这是很不经济的。
精品PPT
改变电动机励磁调速
当负载电流不变时，改变可控电压Uf，也就是说 改变电动机励磁磁通量Ф时，电动机的理想空载转 速和转速降都在变化，随着磁通量的减少，转速 降就越来越大，机械特性也就越软。
第一章 电气传动系统的基础
第一节 直流调速的一般基础 第二节 交流调速的一般基础
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第一节 直流调速的一般基础
1.1 直流电动机 1.2 可控直流电源 1.3 调速方式及机械特性 1.4 对调速系统的控制要求及调速指标
精品PPT
为什么分析直流电机调速系统？
☺优点：
✓ 直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度 高、应用范围广。
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PWM-M系统
交-直型电力机车
VT1
VD1
VT3
VD3
C
~
Us
M
VT2 VD2 VT4
VD4
精品PPT
PWM-M系统信号流动过程：
+Us
VT1 Ug1
VT2 Ug2
1 4
VD1
M
A
VD2
2
3 VD3
B VD4
VT3 Ug3
VT4 Ug4
精品PPT
PWM调速系统特点
精品PPT
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中 串接附加电阻R1、R2……来改变电动机电枢端电 压，从而实现调速的目的。
a b
n2
c
n2<n1
精品PPT
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻调速的
特点
（1）系统的结构简单； （2）调速不连续，不平稳；
（3）机械特性软，从而影响调速范围；
如果连续改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地 调节。
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调压调速
调压调速的特点：
机械特性较硬，负载不变时，转速降△n不变
由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调 速，能充分利用电动机的容量
由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于 要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙 门刨床等设备。
说，以调节电枢供电电压的方式为最好，无级调速， 并且调速范围大。
改变电阻只能实现有级调速；
减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不
大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以 上作小范围的弱磁升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主，最为常见。
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1.2 可控直流电源
✓ 具有极好的运行性能和控制特性，良好的起、制动性 能，易于在广范围内平滑调速。
应用：
在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电 力拖动的领域中得到广范应用。
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1.1 直流电动机
1.直流电动机的工作原理
换向器/电刷 电枢绕组 磁场电极
注意: 电枢和磁场电流总是相差90°
的电动势常数；
no — 理想空载转速（r/min）； nop — 开环转速降（r/min）； U2— 整流变压器副边相电压有
效值（V） 。
对三相零式整流电路，A=1.17； 对三相全控桥式整流电路，A=2.34；
21 精品PPT
V-M系统调速的三种方式
1）调压调速
n
工作条件：
n0
保持励磁 = N ；
G-M系统
直流调速系统 V-M系统
PWM系统
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G-M系统 即旋转变流机组，工作过程如下：
改变发电机励磁电压
发电机输出电压
直流电动机电枢电压
改变电动机转速
精品PPT
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。上世纪40～60年代广泛应用。
特点： 适用于对调速性能 要求不高的场合； 且一套系统至少包 括两台电机和一台 励磁发电机，设备 多、体积大、效率 低、维护不方便。 目前很少采用。
直流电动机工作原理演示
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电动机模型演示
2.直流电动机的分类
他励直流电动机
直
流
电
动
机
自励直流电动机
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串励电动机 并励电动机 复励电动机
3. 直流电动机的调速方式
n U d 0 I d R
Ce
调节电枢供电电压U 改变电枢回路电阻R 减弱励磁磁通Φ
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调压调速
改变Ud0就得到一组相互平行的机械特性曲线
保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN U
U n ， n0 调速特性：
转速下降，机械特性曲
O
线平行下移。
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nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
调压调速特性曲线
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2）调阻调速
工作条件：
保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；
调节过程： 改变增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性曲线 变软。
调磁调速特性曲线
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1.3 直流调速系统的调速方式及机械特性
机械特性表达式
n Ud0 Id R CeΦ
n0
nop
n0
Ud0 CeΦ
AU 2 cos
CeΦ
Δnop
I d RΣ CeΦ
n — 电动机转速（r/min）； Ud0 — 空载整流电压（V）； Id — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ce— 由电机结构决定
电源采用不控整流源； 系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强； 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动 机损耗和发热较小； 电网功率因数高，效率高； 电路简单，控制方便。 受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。
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V-M系统
Ud0 E IdR CeΦn Id R
n
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n2 n3
R1
R2
R3
O
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I
调阻调速特性曲线
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3）调磁调速
工作条件：
保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = Ra ； 调节过程：
减小励磁 N n ， n0
调速特性：
转速上升，机械特性曲线 变软。
n
n3
n0
nn12 nN
N
O
TL
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改变电动机励磁调速
改变励磁调速的特点：
（1）机械特性软，负载变化时转速的波动较大；
（2）可控电源容量小，一般为电动机容量的 10%以下，电源设备造价低；
（3）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢， 适合于起、制动快速性要求不高的设备的 传动控制。
精品PPT
三种调速方法的性能比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来
（4）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接 电阻大小来实现的，调速范围越大，串入 的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量 就越大，这是很不经济的。
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改变电动机励磁调速
当负载电流不变时，改变可控电压Uf，也就是说 改变电动机励磁磁通量Ф时，电动机的理想空载转 速和转速降都在变化，随着磁通量的减少，转速 降就越来越大，机械特性也就越软。
第一章 电气传动系统的基础
第一节 直流调速的一般基础 第二节 交流调速的一般基础
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第一节 直流调速的一般基础
1.1 直流电动机 1.2 可控直流电源 1.3 调速方式及机械特性 1.4 对调速系统的控制要求及调速指标
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为什么分析直流电机调速系统？
☺优点：
✓ 直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度 高、应用范围广。
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PWM-M系统
交-直型电力机车
VT1
VD1
VT3
VD3
C
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Us
M
VT2 VD2 VT4
VD4
精品PPT
PWM-M系统信号流动过程：
+Us
VT1 Ug1
VT2 Ug2
1 4
VD1
M
A
VD2
2
3 VD3
B VD4
VT3 Ug3
VT4 Ug4
精品PPT
PWM调速系统特点
精品PPT
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中 串接附加电阻R1、R2……来改变电动机电枢端电 压，从而实现调速的目的。
a b
n2
c
n2<n1
精品PPT
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻调速的
特点
（1）系统的结构简单； （2）调速不连续，不平稳；
（3）机械特性软，从而影响调速范围；
如果连续改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地 调节。
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调压调速
调压调速的特点：
机械特性较硬，负载不变时，转速降△n不变
由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调 速，能充分利用电动机的容量
由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于 要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙 门刨床等设备。
说，以调节电枢供电电压的方式为最好，无级调速， 并且调速范围大。
改变电阻只能实现有级调速；
减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不
大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以 上作小范围的弱磁升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主，最为常见。
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1.2 可控直流电源
✓ 具有极好的运行性能和控制特性，良好的起、制动性 能，易于在广范围内平滑调速。
应用：
在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电 力拖动的领域中得到广范应用。
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1.1 直流电动机
1.直流电动机的工作原理
换向器/电刷 电枢绕组 磁场电极
注意: 电枢和磁场电流总是相差90°
的电动势常数；
no — 理想空载转速（r/min）； nop — 开环转速降（r/min）； U2— 整流变压器副边相电压有
效值（V） 。
对三相零式整流电路，A=1.17； 对三相全控桥式整流电路，A=2.34；
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V-M系统调速的三种方式
1）调压调速
n
工作条件：
n0
保持励磁 = N ；
G-M系统
直流调速系统 V-M系统
PWM系统
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G-M系统 即旋转变流机组，工作过程如下：
改变发电机励磁电压
发电机输出电压
直流电动机电枢电压
改变电动机转速
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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。上世纪40～60年代广泛应用。
特点： 适用于对调速性能 要求不高的场合； 且一套系统至少包 括两台电机和一台 励磁发电机，设备 多、体积大、效率 低、维护不方便。 目前很少采用。
直流电动机工作原理演示
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电动机模型演示
2.直流电动机的分类
他励直流电动机
直
流
电
动
机
自励直流电动机
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串励电动机 并励电动机 复励电动机
3. 直流电动机的调速方式
n U d 0 I d R
Ce
调节电枢供电电压U 改变电枢回路电阻R 减弱励磁磁通Φ
精品PPT
调压调速
改变Ud0就得到一组相互平行的机械特性曲线
保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN U
U n ， n0 调速特性：
转速下降，机械特性曲
O
线平行下移。
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精品PPT
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
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IL
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
调压调速特性曲线
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2）调阻调速
工作条件：
保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；
调节过程： 改变增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性曲线 变软。