第二章直流开环调速系统

1、电气传动及控制基础电气传动及控制基础 以旋转变流机组作为可控电源供电的直流调以旋转变流机组作为可控电源供电的直流调速系统叫速系统叫发电机发电机- -电机系统电机系统, ,简称简称G-MG-M系统系统。其。其原理图如图原理图如图2.12.1所示。所示。 图图2.1 2.1 旋转变流机组供电的直流调速系统（旋转变流机组供电的直流调速系统（G-MG-M）系统）系统 G-MG-M系统可以实现四象限系统可以实现四象限运行，图运行，图2.22.2给出了采用给出了采用旋转变流器供电时，电机旋转变流器供电时，电机可逆运行的机械特性，它可逆运行的机械特性，它们基本都是平行的直线。们基本都是平行的直线。该系统的机

2、械特性表达式该系统的机械特性表达式为式（为式（2.12.1）所示。）所示。2eeemURnTCC C （2.12.1）图图2.2 G-M2.2 G-M系统的机械特性曲线系统的机械特性曲线1 1. .晶闸管脉冲相位控制直流调速系统介绍晶闸管脉冲相位控制直流调速系统介绍2.V-M2.V-M系统的机械特性系统的机械特性3.3.晶闸管脉冲相位控制可逆传动系统晶闸管脉冲相位控制可逆传动系统 采用晶闸管变流器供电的直流调速系统叫晶闸管采用晶闸管变流器供电的直流调速系统叫晶闸管- -电机电机调速系统，简称调速系统，简称V-MV-M，又称，又称静止的静止的Wand-LeonandWand-Leonand系统系

3、统。其原理框图如图（其原理框图如图（2.32.3）所示。）所示。图图2.3 2.3 晶闸管晶闸管- -电机调速系统原理框图（电机调速系统原理框图（V-M)V-M)系统系统2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M)（1 1）有源逆变）有源逆变晶闸管整流装置把直流电变晶闸管整流装置把直流电变为交流电的过程称为逆变。为交流电的过程称为逆变。若变流装置把直流电变成交若变流装置把直流电变成交流电后反送到电网，这种流电后反送到电网，这种逆变称为有源逆变。逆变称为有源逆变。图图2.42.4为三相零式电路供电直为三相零式电路供电直流电机带位能负载的电路流

4、电机带位能负载的电路及波形图。及波形图。 图图2.4 2.4 晶闸管电路的整流与逆变晶闸管电路的整流与逆变（a a）整流状态；）整流状态；(b)(b)逆变状态逆变状态2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 逆变角逆变角 晶闸管电路有源逆变条件晶闸管电路有源逆变条件 变流器的外特性变流器的外特性 逆变失败逆变失败 防止逆变失败的措施防止逆变失败的措施图图2.5 2.5 变流器平均输出电压特性变流器平均输出电压特性2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制流调速系统晶闸管脉冲相位控制流调速系统( (V-M)V-M)晶闸管相位控制传动系统晶闸管相位

5、控制传动系统工作时，电枢电流可能工作时，电枢电流可能存在连续和断续两种情存在连续和断续两种情况。况。图图2.62.6为由晶闸管三相零式为由晶闸管三相零式电路供电的相位控制传电路供电的相位控制传动系统在电枢电流连续动系统在电枢电流连续和断续时的工作波形。和断续时的工作波形。图图2.6 V-M2.6 V-M系统工作情况系统工作情况（a a）线路；）线路；(b)(b)电流断续时工作波形；电流断续时工作波形；(c)(c)电流断续状况得到改善的工作波形；电流断续状况得到改善的工作波形；(d)(d)电流连续时工作波形电流连续时工作波形2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制调速系统晶闸管脉冲相位控制调速系统(

6、(V-M)V-M)图图2.7 V-M2.7 V-M系统机械特性系统机械特性2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制调速系统晶闸管脉冲相位控制调速系统(V-M)(V-M)图图2.8 2.8 三相零式电路输出电压和电流波形图三相零式电路输出电压和电流波形图（a)a)电流断续更严重时工作波形；电流断续更严重时工作波形；（b)b)电流断续时工作波形；电流断续时工作波形；(c)(c)电流连续时工作波形；电流连续时工作波形； 可逆系统组成可逆系统组成 环流的产生及大小环流的产生及大小图图2.9 2.9 两组晶闸管反并联可逆线路两组晶闸管反并联可逆线路2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控

7、制直流调速系统( (V-M)V-M)图图2.10 2.10 三相桥式可逆线路三相桥式可逆线路（a)a)反并联线路；反并联线路；(b)(b)交叉连接线路交叉连接线路2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 环流的产生及大小分析环流的产生及大小分析图图2.11 2.11 三相零式反并联可逆电路环流分析三相零式反并联可逆电路环流分析（a)a)主电路；（主电路；（b)b)正组输出电压波形；正组输出电压波形；(c)(c)反组输出电压波形；反组输出电压波形；（d)d)正、反组电压差和环流波形正、反组电压差和环流波形2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制

8、直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 可逆系统机械特可逆系统机械特性性图图2.12 2.12 合成机械特性合成机械特性图图2.9 2.9 两组晶闸管反并联可逆线路两组晶闸管反并联可逆线路2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 整流，待整流整流，待整流逆变，待逆变逆变，待逆变图图2.9 2.9 两组晶闸管反并联可逆线路两组晶闸管反并联可逆线路2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 图图2.9 2.9 两组晶闸管反并联可逆线路两组晶闸管反并联可逆线路

9、图图2.13 2.13 = =配合控制时可逆系统的配合控制时可逆系统的减速制动过程减速制动过程2.2 2.2 晶闸管脉冲相位控制直流调速系统晶闸管脉冲相位控制直流调速系统( (V-M)V-M) 图图2.14 H2.14 H型可逆型可逆PWMPWM传动系统传动系统(a)(a)原理图；原理图；(b)(b)电压和电流波形电压和电流波形2.2.3 3 脉冲宽度调制直流调速系统（脉冲宽度调制直流调速系统（PWM-MPWM-M） 机械特性机械特性 图图2.15 2.15 电流连续时电流连续时PWMPWM传动系统的开环机械特性传动系统的开环机械特性2.2.3 3 脉冲宽度调制直流调速系统（脉冲宽度调制直流调

10、速系统（PWM-MPWM-M） 图图2.3 2.3 晶闸管晶闸管- -电机调速系统原理框图（电机调速系统原理框图（V-M)V-M)系统系统2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数( )( )sT sdsctUsK eUs 图图2.16 2.16 晶闸管触发变流装置的失控时间晶闸管触发变流装置的失控时间（2.22.2）2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数( )( )sT sdsctU sK eU s224433()111()(1)()2246sj TdssctssssUjKK eUjTTj TT ( )( )1dsctsU sK

11、UsTs（2.32.3）（2.42.4）（2.52.5）2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数/dddURILdIdtE2(/375)/eLTTGDdn dteECnemdTCI2( )() ( )( )( )( )(/375)( )( )/( )( )( )deLeemdUsLsR L sE sT sT sGDsn sE sCnsT sCIs（2.62.6）（2.72.7）（2.82.8）（2.92.9） 图图2.17 2.17 直流电机等效电路直流电机等效电路2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数 22/375LemTGD

12、 RC C (2.1(2.10)0)图图2.18 2.18 电流连续时电机动态结构图电流连续时电机动态结构图(a)(a)结构图；结构图；(b)(b)简化后的结构图简化后的结构图LmdLTCI211/( )( )1edmmCn sUsT T sT s1/TL R2( )() ( )( )( )( )(/375)( )( )( )( )( )deLeemdU sLsR L sE sT sT sGDsn sE sCn sT sCI s2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数1/( )( )1edmCn sUsT s(2.1(2.11)1) 图图2.19 2.19 电流

13、连续和断续时的电流响应电流连续和断续时的电流响应(a)(a)连续时；连续时；(b)(b)断续时断续时2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数211/( )( )1edmmCn sU sT TsT s 图图2.20 2.20 电流断续时电机动态结构图电流断续时电机动态结构图(a)(a)结构图；结构图；(b)(b)简化后的结构图简化后的结构图(2.1(2.10)0)2. 4 2. 4 直流开环调速系统的传递函数直流开环调速系统的传递函数 1 1. .晶闸管脉冲相位控制传动系统（晶闸管脉冲相位控制传动系统（V-MV-M）的机械特性在电的机械特性在电流连续时和电流断续时各有什么特点？流连续时和电流断续时各有什么特点？ 2 2. .晶闸管脉冲相位控制传动可逆系统为什么由两组整流电晶闸管脉冲相位控制传