第三章直流电动机速度控制系统

第三章直流电动机

速度控制系统

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，应该首先很好的掌握直流拖动控制系统。1直流电动机的工作原理第一节直流电动机控制基础结构说明见备注2第一节直流电动机控制基础从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。3第一节直流电动机控制基础从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。4第一节直流电动机控制基础直流伺服电机的分类直流电机按其励磁方式分为永磁式、励磁式(他励、并励、串励、复励)、混合式(励磁和永磁合成)三种；按电枢结构分为有槽、无槽、印刷绕组、空心杯形等；按输出量分为位置、速度、转矩(或力)三种控制系统；按运动模式分为增量式和连续式；按性能特点及用途不同又有不同品种。5第一节直流电动机控制基础电磁式直流电机的种类

6第一节直流电动机控制基础二、感应电动势和电磁转矩三、他励直流电动机的机械特性四、调速原理与调速特性

7课后作业1简述直流电动机有几种调速方法？各自有哪些特点？2什么是调速范围？什么是静差率？它们之间的关系是什么？3某调速系统中电动机的参数如下：PN=10kW,UN=220V,IN=55A,nN=1000r/min，Ra=0.1欧，若采用开环控制，且仅考虑电枢电阻的影响，试计算下列各题：(1)额定负载时系统的静态速降？(2)若要求静差率为10%，则系统的调速范围是多少？(3)若要求调速范围为10，求系统允许的静差率为多少？(4)若要求调速范围是10，静差率为10%，则系统允许的静态速降为多少？8直流电动机的调速方法直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可表示为：－转速（r/min）－电枢电压(V)－电枢电流(A)－电枢回路总电阻(Ω)－励磁磁通（Wb）－由电机结构决定的电动势常数。式中：9调节直流电动机的转速的方法：改变电枢回路电阻调速法减弱磁通调速法调节电枢电压调速法10改变电枢回路电阻调速法电枢回路串接外加电阻,通过增大的方法实现直流电动机的调速。（3-2）

11保持直流电动机外加电枢电压与励磁磁通为额定值，直流电动机的理想空载转速不变，转速降落将随的增加而增大。外加电阻的阻值越大，机械特性的斜率就越大。12图3－1直流电动机调阻调速时的机械特性13减弱磁通调速法理想空载转速将随的减少而增大。（3-3）

14减弱磁通调速法保持电枢电压为额定值，电枢回路不加入附加电阻，减小直流电动机的励磁电流以减弱磁通，电动机带负载时的速降与成反比

。15图3－2直流采电动忠机弱群磁调什速时隐的机修械特负性16调节拒电枢座电压仅调速扩法用改奔变电亚动机响电枢牵的外誉加电稍压U来实堪现直王流电朴机的捕调速客。（3-脉4）17调节近电枢贱电压狮调速贸法保持致直流劈燕电动盈机的皂磁通东为额闷定值绒，电枢凭回路孟不串柄入外绝加电魄阻，理想浅空载但转速漏将随U的减惰少而倘成比售例地胳降低孕，转速女降落绍则孩与U的大起小无哗关。18图3－3直流钞电动渗机调佛压调瓶速时框的机唤械特译性19三种悼调速睛方法睡之比阀较改变胡电枢证回路轨电阻脂调速基只能马对电摇动机叶转速后作有葛级的咸调节收，转崖速的宅稳定则性差钳，调咽速系辰统效遍率低枕。减弱鹿磁通己调速拥能够板实现辜平滑哨调速佣，但克只能情在基架速（弄额定耕转速长）以宿上的络范围省内调亮节转碧速。20调节郊电枢石电压土调速同所得垄到的要人为忠机械湿特性喊与电擦动机向的固愤有机摊械特锤性平自行，醒转速咳的稳缝定性泄好，偷能在再基速钳（额竖定转兰速）者以下盛实现奇平滑姻调速抖。直流愚调速地系统粉往往朋以调竞压调料速为呢主，贫只有打当转婆速要伶达到昆基速阻以上肝时才吩辅以尤弱磁赢调速哥。21四、钟调哈速系迁统要馆求和盛性能爱指标1调速秋范围时和静幻玉差率在调都速系淹统的摘稳态臭性能僻中，变主要示有两朗个要栗求：1）调鞋速，妖要求钻系统深能够练在指恐定的冒范围过内的斩转速覆上运匀行。2）稳韵速，糊要求项系统仍调速规的重使复性贞和精次确度鉴要好之，不宗允许榆有过涝大的览转速梯波动御。221.调速屋范围生产良机械臣要求任电动飞机在厌额定旬负载脖情况等下所瓶需的聋最高白转速腥和最蜓低转齿速之既比称鸭为调退速范察围，砖用字遥母D来表掠示对于泛基速滩以下巴的调盯速系仆统而墓言径。对于滥少数夕负载劲很轻码的机枝械，夹也可首用实事际负浑载时雀的转汁速来炮定义信最高洗转速假，视和最银低转狐速副。（3-础5）232.静差风率当系灵统在贱某一榆转速伟下运定行时港，负捷载由如理想猎空载秧增加凡到额评定值杰时电俱动机乎转速万的变悟化率出，称蔑为静嘱差率s。用百抢分数讲表示式中旱，——理想状空载件转速礼，——负载归从理陷想空袋载增宽大到弊额定勿值时乏电机敢所产疮生的榨转速牧降落琴。（3-僵6）（3-趣7）24机械讲特性闷与静女差率额定厉转速况降是一趴个恒誓值。调速退系统印在不轻同电粥压下酒的机土械特训性是弦互相恋平行厘的，齿两者收的硬瓦度相革同。图3-窜4不同表转速爹下的齿机械签特性25机械众特性续与静菊差率调速梯系统灵在不监同电敬压下原的理花想空杠载转僚速不辆一样饲。理想胀空载既转速身越低严时，绍静差珍率越御大。同样艇硬度歇的机魂械特项性，冬随着少其理浊想空迹载转敲速的贩降低记，其规静差裕率会地随之类增大臂，调速答系统妈的静都差率盒指标娘应以趣最低捉速时产能达汁到的屠数值乌为准陶。263.州D与s的相懒互约闹束关吹系在直切流机号变压讨调速姥系统巾中，苗对于撞某一笔台确剪定的愉电动测机，库其耍和页都是桃常数链，对系棵统的胆调速踏精度云要求盒越高峰，即淹要求s越小嘉，则泳可达轮到的D必定相越小帐。当要村求的D越大暮时，烦则所岂能达或到的席调速树精度睛就越支低，询即s越大失，所更以这朋是一暮对矛芳盾的踢指标铁。（3-尺8）27直流PW恋M变换依器直流袋脉宽茶变换源器，已或称求直流PW获M变换汽器，秋是在仅全控劝型电酸力电智子器店件问当世以吵后出揪现的塞能取详代相牧控整谅流器布的直倒流电速源。根据PW胞M变换骗器主尸电路饺的形喇式可炕分为怀可逆谜和不煎可逆注两大网类。第二坐节渐直流愁电动用机的PW弟M调速樱原理281.脉宽暑调制渠的基相本原径理图3-效5简单振的不款可逆PW疼M变换部器-直流武电动稀机系肤统Us—直流帆电源财电压C—滤波杰电容女器VT—功率世开关敞器件VD—续流皮二极赵管M—直流钢电动洒机29电压缘瑞和电岸流波爷形图3-抓6简单火的不跌可逆PW强M变换帐器-直流打电动霸机系求统（b）电要压和能电流始波形30在一狡个开昆关周北期T内，当0≤t＜ton时，Ug为正鹿，VT饱和商导通列，电炸源电展压Us通过VT加到馅直流芹电动筛机电齿枢两倦端。当ton裁≤t＜T时，Ug为负爬，VT关断难，电安枢电且路中这的电异流通知过续饭流二说极管VD续流绣，直匆流电忍动机数电枢汗电压淡等于率零。31输出骆电压润方程直流锈电动馋机电姓枢两滴端的剩平均捆电压生为改变屯占空排比柜，剑即可谷改变牺直流湿电动国机电徐枢平浙均电阻压。令宗为PW储M电压童系数虏，则跟在不花可逆PW翻M变换催器中（3-邮9）（3-涝10）32有制待动电菜流通闸路的灭不可记逆PW汪M-直流盏电动银机系和统(a肿)电路雁原理纽奉图图3-辩7有制凑动电哈流通再路的述不可张逆PW移M—看—直流余电动掀机系弱统33电动歉状态石下运穿行图3-巨7有制贿动电壮流通斤路的触不可羡逆PW坦M—眼—直流授电动筐机系凳统(b伍)一般乌电动厘状态卫的电锋压、贯电流覆波形34当时，电流符沿回惨路1流通庸。饱和液导通皇，截止师，当时，截止绸，续流命，电流膛沿回倦路2流通侮。始终为正。

的正脉冲比负脉冲宽，VT1和VD2交替导通，VT2和VD1始终关断。

35制动颗过程始终为负。

的正醉脉冲高比负脉掩冲窄，，(c欲)制动秋状态踪蝶的电柱压、庸电流福波形36为正项，在阶段果，导通摄，在感鹅应电谎动势E的作用下撞，反姻向电尖流沿笔回路3能耗称制动匹。在阶段低，为负那，截止批，反误向电爱流沿回路4经过回馈铜制动毕。和交替晃导通死，和不工我作。37轻载戒电动居状态和、、四个管子轮流导通。(d例)轻载赴电动逆状态咬的电嘱流波巾形38时刻医，反陪向电坚流衰捧减到漫零，时刻葛，id=0，导通筒，反电橡动势E沿回胁路3输送反向隙电流缴，时刻墨，关断招，续流贩，VT1导通糟，产项生正苍向电切流。反向旨电流扑沿回帅路4经39有制求动电警流通刃路的盈不可心逆PW浇M-直流朽电动堆机系续统电路术之所担以为反不可花逆是瞒因为扔平均滔电压Ud始终灿大于危零，电流刮能够抚反向珠，而茄电压断和转冰速不腿可反角向。402、桥定式可滩逆PW奶M变换伸器图3-皱8桥式PW疫M变换椒器电赴路41正向曲运行芹状态和沿回势路2经和续流乎。时，为正溜，和导通池，为负悬，截止革。，电傲枢电超流沿回咱路1流通路。正脉岩冲电姥压的旅宽度膛大于棚负脉仁冲的伶宽度驾，时：时，和

截止状。为负，为正，

（说诵明：交负载变电流百不是恢轻载和），和被钳乞位保婶持截晋止。42反向个运行还状态沿回浸路3流通唐。时，为正，和被钳位保持截止，和为负，

截止。，沿回熊路4经VD1和VD4续流支。正脉投冲电跪压的妥宽度善小于妹负脉急冲的贱宽度馋，时：时，和流通顶。为正感，为负挑，（说掩明：腹负载批电流友不是暮轻载隙），和截止竞。43停转摄状态正脉筛冲电唉压的豆宽度兴等于霜负脉螺冲的缘瑞宽度头，平均齐输出堡电压租，电动告机停访转。44输出辰平均欣电压在双凉极式袖控制傅的可耀逆PW愚M变换尸器中注意仰：与扒不可谁逆PW同M变换偶器中债的秒公式留不一俗样。（3-叼11）（3-烤12）45调速赛时，的可已调范钞围为0~短1，–1衬<<+廊1。当>0森.5时，为正是，电眼机正辩转，当<0属.5时，为负恼，电京机反饺转，当=讨0.录5时，=文0，电浴机停缴止。调速舌范围46双极南式控豆制的挂桥式码可逆PW冷M变换冰器的笛优点①电岭流一沿定连歌续；②电暂动机宅能在咱四象群限运测行；③电牙动机龄停止傍时有陡微振苗电流掘，消满除了赤静磨饺擦死魄区；④低嘴速平赏稳性偷好，粪系统酷的调旗速范税围可薄达1：20胜00掠0左右蒙；⑤低棋速时枝，每敌个开催关器蒸件的盼驱动监脉冲蚊仍较袍宽有罪利于陶保证台器件势的可荡靠导偶通。47双极执式控犬制方国式的姑不足批之处4个开都关器背件在年工作劲中都层处于筛开关涨状态漠，在严切换展时容肚易容愚易发废生上促、下经桥臂喘直通羡的事谈故，在上挪、下渐桥臂检的驱加动脉她冲之望间，基应设馒置逻走辑延您时。48课后腊作业-21可逆度和不尚可逆PW盗M变换阶器在哭结构州形式析和工丸作原敏理上着有什份么特纱点？坊双极颗式和句单级脖式可居逆PW序M在结积构形扁式和响工作菜原理镜上有圆什么华相同烫和不秒同之即处？2某调叮速系朴统的喊调速孤范围督是10恼0-脸15灾00赢r/守mi毅n，要洲求静还差率健为2%，那停么系姑统允阿许的醋静态变速降乳等于举多少君？如句果开冷环系适统的慰静态光速降肺为10维0r镰/m役in，则载采用便转速吵负反谷馈时扒闭环标系统碍的开引环放根大倍必数应左为多录少？3试简译要分慕析转土速负硬反馈寨单闭街环调菜速系捏统的何基本音性质醒。说钞明单努闭环施调速废系统汉能减泪少稳贿态速胡降的碰原因盟。改赏变给润定电谈压或假者调愿整转漏速反雀馈系荒数能姑否改觉变电暑动机拴的稳挨态转遣速？夕为什却么？49课后挨作业-24有一V-挨M调速瞧系统州，电桐动机腥参数咱为：PN=2赴.5杀kW峰,Uno抵m=2场20炮V,灾Ino塔m=1镰5A崭,nno循m=