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直流调速系统概述 2020 1 8 1 概述 1 什么是调速 将调节电动机转速 以适应生产要求的过程称之为调速 2 什么是调速系统 用于完成调速这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统 2020 1 8 2 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备 所以需要根据工艺要求调节其转速 比如 在加工毛坯工件时 为了防止工件表面对刀具的磨损 因此加工时要求电机低速运行 而在对工件进行精加工时 为了要缩短加工时间 提高产品的经济效益 因此此时要求电机高速运行 3 为什么要调速 2020 1 8 3 4 两大调速系统 1 交流调速 变频调速 特点 交流电机结构简单 维护方便 造价低应用 主要应用在调速精度要求不高的场合 2 直流调速特点 直流调速易实现 调速性能好 调速范围广 易于平滑调节 直流调速转矩大 2020 1 8 4 5 直流调速应用 1 无缝钢管生产 2 造纸机 3 纺织机 2020 1 8 5 直流电机 2020 1 8 6 一 直流电机结构 直流电机主要由定子和转子两大部分构成 1 定子 2020 1 8 7 2 转子 电枢 2020 1 8 8 按励磁方式分 二 直流电机分类 2020 1 8 9 三 直流调速方案 1 直流电动机的转速公式 Ua 电枢电压Ia 电枢电流Ra 电枢回路的总电阻 励磁磁通Ce 由电机结构决定的电动势系数 2020 1 8 10 2 直流电动机的调速方式有三种 1 调压调速 恒转矩调速 额定转速以下调速 晶闸管可控整流 直流斩波 2 弱磁调速 恒功率调速 3 电枢回路串电阻调速 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的机械特性变软 所以在实际应用中通常采用的是变电压调速 2020 1 8 11 晶闸管整流电路实现调压调速特点 优点 晶闸管整流装置经济 可靠 门极可直接采用电子电路控制 响应速度为毫秒级 缺点 1 由于晶闸管的单向导电性 它不允许电流反向 给系统的可逆运行造成困难 2 当晶闸管导通角很小时 系统的功率因素很低 并产生较大的谐波电流 从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备 造成 电力公害 2020 1 8 12 电枢回路串电阻调速 Ra 电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻 电阻增大则转速下降 因此n只能下调 特点 1 设备简单 操作方便 2 机械特性软 稳定性差 3 能量损耗大 只用于小型直流机 Ra R 2020 1 8 13 改变磁通调速 保持电枢电压U不变 改变励磁电流If 调Rf 以改变磁通 Rf If n 采用减少励磁电流 减弱磁通 的方法调速 即 减小磁通 n只能上调 2020 1 8 14 改变电压调速 特性曲线 改变电压调速的特点 1 工作时电压不允许超过UN所以调速只能向下调 2 机械特性较硬 并且电压降低后硬度不变 稳定性好 2020 1 8 15 四 直流调速系统性能指标1 静差率S静差率S是指空载转速与额定负载转速之差与理想空载转速的比值 它反映了电动机转速稳定程度 2020 1 8 16 2020 1 8 17 2 调速范围D电动机在额定负载下进行调速时 在满足静差率要求的前提下 所能达到的最高转速与最低转速之比称为调速范围 式中nmax额定负载下的最高转速 即nN nmin额定负载下的最低转速 2020 1 8 18 3 调速平滑性 一定范围内调速级数越多 平滑性越好 2020 1 8 19 直流调速系统原理图 单闭环直流调速系统 触发电路 可控整流电路 速度检测装置 平波电抗 给定电路 2020 1 8 20 直流调速系统各部分作用 1 给定电路 调节给定电压值 实现调速 2 调节器 通过输入给定电压和转速反馈信号 产生控制信号 控制触发电路的触发脉冲产生时间 3 触发电路 产生触发脉冲控制晶闸管的导通 4 晶闸管整流电路 产生可变的直流电压实现直流电动机的调速 5 速度检测装置 将转速信号反馈至调节器输入端 使直流调速系统构成闭环系统 测速发电机 旋转编码器 2020 1 8 21 以负载增大为例 闭环调速系统的自动调节过程如下 当电动机的转速n由于某种原因 例如机械负载转矩TL增加 而下降时 转速负反馈环节将进行自动调节 其调节过程如下 TL n Ufn U Ugn Ufn Uk 触发脉冲前移 Ud n 2020 1 8 22 转速负反馈闭环直流调速系统 比较放大 晶闸管整流 给定Ugn 下一步 控制UK 2020 1 8 23 负载变化 比较器 上一步 下一步 负载减小 上升加快 比较放大 晶闸管整流 给定Ugn 控制UK 2020 1 8 24 负载减小 转速加快 比较器 上一步 下一步 电机转速加快 比较放大 晶闸管整流 给定Ugn 控制UK 2020 1 8 25 负载减小 转速加快 测速发电机转速加快 上一步 下一步 测速发电机转速加快 比较放大 晶闸管整流 给定Ugn 控制UK 2020 1 8 26 负载减小 转速加快 测速发电机转速加快 反馈电压增大 上一步 下一步 反馈电压增大 比较放大 晶闸管整流 给定Ugn 控制UK 2020 1 8 27 上一步 下一步 比较结果减小 比较放大 晶闸管整流 给定Un 控制Uc 2020 1 8 28 上一步 下一步 输出电压减小 比较放大 晶闸管整流 给定Un 控制Uc 2020 1 8 29 上一步 下一步 电机转速减慢 比较放大 晶闸管整流 给定Un 控制Uc 2020 1 8 30 上一步 exit 上升速度减慢 比较放大 晶闸管整流 给定Un 控制Uc 2020 1 8 31 双闭环直流调速系统 2020 1 8 32 双闭环直流调速系统构成