直流调速系统原理

1、直流调速技术、直流调速系统：引言转速负反馈晶体闸流管直流调速系统的小功率上，静差直流调速系统的实例速度和电流双闭环直流调速系统双极晶体管的脉冲宽度调制控制系统的直流调速系统、直流调速系统、直流调速系统：引言调速系统的性能指标，是电动机用于牵引某生产机械的动力设备，因此，工艺例如，加工空白对照工件时，为了防止工件表面的生产手工工具磨损，加工时要求马达低速运转；精加工工件时，为了缩短加工时间、提高产品的成本效率，加工时要求马达高速运转。 因此，我们调整电机的转速，使适应生产要求的过程称为调速，用于实现这一功能的自动控制系统，称为调速系统。 目前调速系统分为交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速

2、范围宽，因而静差率小，稳定性好，具有良好的动态性能。 因此，在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统。 但近年来，随着电子工业和技术的发展，先进的交流调速系统的应用范围扩大，有取代直流调速系统的发展趋势。 但是，作为一个百年来使用的调速系统，有必要了解其基本工作原理，加深对自动控制原理的理解。 一、调速是什么，上一章所学，各种自动生产机械和系统提出的性能指标一般可分为稳态指标和动态指标。 调速系统也不例外，作为特定的系统，对其平稳性和动态指标作了具体的明确定义。 稳态指标：主要要求系统能够以最高转速和最低转速平滑调节，以不同转速工作时能够稳定运行，以某转速稳定运行时，尽量不受负

3、荷变化和电源电压变动的影响。 因此，其指标是调速系统的调速范围和差率。 动态性能指标：主要是平滑性和抗扰度。 二、调速操纵系统的性能指标、调速范围将生产机械在额定负载时对电滚子要求的最高转速nmax与最低转速nmin的比称为调速范围，用d表示。 也就是说，当静差率调速系统以某转速稳定运行时，负荷从理想无负荷增加到规定负荷时，对应的转速下降n与理想转速n0之比用s表示。 即，两者关系为：其他励磁直流电滚子的转速式：式中，u是其他励磁电滚子的电枢电压I、电枢电流e、电枢电动势r、电枢电路的总电阻n、电枢的转速、励磁磁通CE、由电枢结构决定的电动势系数，其他励磁直流电滚子的调速方案在直流其他励磁电滚

4、子的调速方式中， 有电枢电路串联电阻的变阻调速、使电枢电压变化的变压调速、使空气隙磁通减少的弱磁通调速三种调速方式。 串联电阻调速和弱磁通调速软化了直流他励电机的机械特性，在实际应用中通常采用电压调速。 用晶体闸流管触发整流电路实现了电枢电压的调整，达到了改变电机转速的目的。 它是所谓的电源电机调速系统(VM )系统，属于开环系统。 在已知条件下系统电流连续时，其额定转速下的转速为：例如，要求某电源电机的直流调速系统、电机的额定转速为n=1000r/min、额定电流IN=305A、主电路电阻R=0.18、CeN=0.2、电机调速范围D=20、sn5% 解： D=20，为了满足Sn5%的要求，降

5、低其额定条件下的转速：从该例中很容易发现，由这种电源电机构成的开环调速系统，没有能力完成其调速指标。构成所谓的闭环直流调速系统的旋转速度负反馈直流调速，为了使额定负载下的旋转速度下降从开环系统的274.5降低到满足要求的2.63，必须采用负反馈。 静差率：1圈负反馈晶体闸流管直流调速系统、规定、比较放大、晶体闸流管触发整流、其他励磁直流电动机、速度发电机、种子文件电位器、1.1系统的构成，从图中可知，该系统的受控对象是直流电动机m，被控制量是电动机的转速n， 由晶体闸流管触发和整流电路是功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调整器是电压放大和电压(综合)比较环节，容量RP1是规定的元件，速

6、度发电机TG和容量RP2是转速检测元件。 该调速系统的构成分块图为：从基尔霍夫法则，对直流电滚子的电枢电路的电压方程式：直流电滚子、直流电滚子的机电参数：获取：两侧进行Laplace变换：即， 直流电滚子传递函数具有晶体闸流管整流电路的优点：晶体闸流管整流装置不仅经济可靠，功率放大率在104以上，男同性恋可直接由电子电路控制，响应速率为毫秒级。 缺点：由于晶体闸流管的单方面导电性，电流不允许反转，给系统的可逆运行带来困难。 另一个问题是，在晶体闸流管的导通角小的情况下，系统的功率要素低，产生大的间谐波电流，电力网的电压变动波及到电力网的电力设备，引起“功率公害”。 晶体闸流管整流电路的调节特性

7、是输出的平均电压与触发电路的控制电压的关系、即。 图7-4是晶体闸流管整流装置的调整特性。 从图中可以看出，有死区和饱和。 现在，若在一定范围内线性化非线性特性，则可认为它们的关系由死区和线性放大区两个部分构成。 其中线性放大区为：死区：晶体闸流管触发器与整流装置之间有迟滞现象，这主要是整流装置失控时间的原因。 根据电气电子学，晶体闸流管是半控制型的电子数据老虎钳，在阳极顺向电压中供给男同性恋触发脉冲使其接通，当晶体闸流管接通时，男同性恋t就不起作用。 改变控制电压Uc可以使触发脉冲的相位偏移，但是在导通的元件完成其导通周期并且自然地截止之后，必须等待整流电压Ud适合新的脉冲相位。 因此，整流

8、电压Ud比控制电压Uc慢。 如上所述，晶体闸流管的触发控制整流装置的传递函数可以认为是由两个网络链接串联构成的。 即，触发电压Uc和整流输出电压Ud之间的放大率k可被视为常数，晶体闸流管电路和整流设备可被视为纯迟滞现象放大器的一部分。 式中，0是晶体闸流管的触发和整流装置的失控时间，单位为秒。 考虑到0的延迟时间，通常较小(三相桥01.7ms，单相全波0=5ms )。 这样的晶体闸流管整流装置的传递函数是：转速负反馈晶体闸流管直流调速系统的构成、比较环节比例调整器、规定体积、触发电路、电源及晶体闸流管电路、电动机、电流负载比较电路、比较放大电路，在重日式榻榻米定理： Us(s )单独作用时：U

9、fn(s ) 单独作用时：因此Us和Ufn合作时，速度测量要素、转速的检测方式多，有测速发电机、电磁效应传感器、光电式传感器等。 读出量分为模拟计程仪量和数字量。 在该系统中，转速种子文件反馈量需要模拟计程仪量，一般采用高速发电机。 测速发电机分为直流和交流两种。 速种子文件反馈信号与转速成正比，称为转速种子文件反馈系数。、转速负反馈晶体闸流管直流调速系统的分块图、系统的自动调整过程：电力网变动、负载变动、电流切断负反馈、问题的提出(1) :从直流电滚子电枢电路的平衡方程，电枢电流Id在电滚子启动时，由于有机械惯性，所以不能立即旋转，即n=0，其反电动势E=0。 此时的启动电流仅与电枢电压Ud

10、和电枢电阻Ra有关。 由于电枢电阻小，所以启动电流大。 为了避免启动时的电流冲击，在无法调整电压的情况下，使用电枢串电阻启动，在无法调整电压的情况下，使用降压启动，在调速系统中如何处理？ 此外，有些生产机器的马达会遇到摇滾乐。 比如因故障机器的轴被卡住，或者在挖掘机上工作时遇到硬石头。 在这种情况下，由于闭环系统的机械特性较硬，如果没有有限的电流环保护，则电枢电流远远超过容许值。 在整个电压比较环路上，仅当电流超过某一可接受值(称为阈值)时，电流负反馈环路才能起作用，这是电流隔离负反馈。电流切断负反馈的作用、电流切断负反馈环路的构成动作原理、Id小、即IdRcUo的情况下，二极管VD截止，电流

11、切断负反馈不发挥作用。 如上所述，在Id大、即IdRcU0的情况下，二极管VD导通，电流切断负反馈起作用，u减少，Ud下降，Id下降到允许最大电流。带电流切断负反馈的单环直流调速系统、带电流切断负反馈的单环直流调速系统的分块图，由于电流切断负反馈环在正常工作情况下不起作用，因此可省略系统分块图。 已知在如图所示的调速系统中，负荷的变化要求由负荷的变化所引起的旋转速度的降低。 此时的系统的定量为：此时的系统的稳定输出nN。 这个系统是否能满足5%的静差率。 解：由于负荷变化量为声干扰量，其声干扰量的误差传递函数为：因此系统的收敛量的误差函数：已知的系统的收敛量为：根据最终值定理，该系统的负荷变化

12、量T(s )下的稳态误差为：负荷变化有降低的倾向，因此，系统的负荷作用下的动作转速为10r/在min下降的情况下，从系统的闭环传递函数的概念来看，系统的稳定输出转速可以通过给定的作用、最终的定理来求出：可以由静差率定义：由此可知，该闭环系统是能够满足5%的静差率的稳定指标。KZD-型直流调速系统的实例，KZD-型直流调速系统的组成分块图和调整过程，KZD-型直流调速系统的分析，它是小容量晶体闸流管直流调速装置，适用于4kW以下的直流电动机的无级调速。 系统的主电路采用单相桥半控制整流电路。 有电流切断负反馈、电压负反馈、电流正反馈(电动势负反馈)。 具体数据如下：交流电源电压单相220V整流输出电压直流180V最高输出功率电流