直流调速技术第二章

1、第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统什么是开环？什么是闭环？ 人闭眼去拿杯子相当于开环控制系统，睁眼拿杯子相当于闭环控制系统。 第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统实训实训1 开环直流调速系统的接线与调试开环直流调速系统的接线与调试2-2 开环直流调速系统的稳态性能分析开环直流调速系统的稳态性能分析2-1 开环直流调速系统的结构及原理开环直流调速系统的结构及原理实训实训2 直流调速柜开环系统的调试与故障排除直流调速柜开环系统的调试与故障排除第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统1掌握开环直流调速系统各组成部分的结构及原理。掌握开环直流调速系统各组成部分的结构及原理。

2、2掌握开环直流调速系统的工作原理及系统的自动掌握开环直流调速系统的工作原理及系统的自动调节原理。调节原理。3了解开环直流调速系统的机械特性。了解开环直流调速系统的机械特性。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统开环控制系统定义定义：指系统的控制输入不受输出影响的系统。开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环直流调速系统是控制直流电动机转速的开环控制系统。开环直流调速系统特点特点： 结构简单、容易实现、成本较低。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统 a）自动洗衣机 b）民用电梯开环直流调速系统的应用第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统一、开环直流调速系统的组成及原理一、

3、开环直流调速系统的组成及原理1系统的组成系统的组成开环调速系统的组成第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统开环直流调速系统的结构原理图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（1）晶闸管可控整流电路）晶闸管可控整流电路VT晶闸管可控整流电路VT是由半控型器件晶闸管构成的可控整流电路，它将输入的固定交流电变为大小可控可调的直流电。一般小容量系统中用单相可控整流电路，将单相220V、50Hz交流电变成0198V可调的直流电；中、大容量系统中用三相可控整流电路，将三相380V、50Hz交流电变成0513V可调的直流电。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统三相全控桥式整流电路第

4、二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（2）直流电动机）直流电动机M电动机可以采用他励直流电动机，其电枢绕组由晶闸管可控整流电路提供可调直流电压，励磁绕组通过固定直流电压提供励磁电压。直流电动机a) 直流电动机的实物图b) 直流电动机的绕组第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统 （3）晶闸管触发电路）晶闸管触发电路GT 晶闸管触发电路主要形式有单结晶体管触发电路、正弦波触发电路、锯齿波触发电路、集成触发器等。通常采用锯齿波触发电路给三相全控桥六个晶闸管提供六个相位依次相差60的双窄脉冲。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统晶闸管触发电路第二章第二章 开环直流调速系统开环

5、直流调速系统（4）给定电位器）给定电位器给定电位器是给晶闸管触发电路提供一个015V的可调直流电压Uc，从而改变触发电路输出脉冲的相位。 给定电位器a) 电位器实物图b) 给定电位器实验用电路图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（5）继电保护电路）继电保护电路继电保护电路包括过压保护、过流保护及通电顺序保护等部分，其主要作用是当电路中出现过高电压或过大电流时，通过电压互感器及过流继电器起到保护主电路中晶闸管等器件的作用。构成可控整流电路的核心器件是晶闸管，其容量大，能够承受较高的电压和流过较大的电流。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统例如，在每个晶闸管桥臂电源侧加上熔断

6、器，防止过流烧坏晶闸管；或在每个晶闸管两端并联阻容吸收电路，对晶闸管起到过压保护作用。整流电路中晶闸管的保护电路第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2基本工作原理基本工作原理开环直流调速系统的结构原理图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统当电动机负载转矩TL发生变化时，电动机的转速n也发生变化，其直流电动机内部自动调节的具体过程如下所示： 负载变化时直流电动机内部自动调节过程第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统当负载转矩减小时，电动机内部的自动调节过当负载转矩减小时，电动机内部的自动调节过程又是怎样的？程又是怎样的？第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统二

7、、开环机械特性二、开环机械特性1电动机电流连续时的情况电动机电流连续时的情况（1）当电流连续时，开环直流调速系统的转速公式为：0dddddddeeeeeeeeTUI RUI RUI RUT RnnnkkkCCCC k式中n0理想空载转速； n 转速降落； Ce 电动势放大系数， 。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统dU（2）机械特性机械特性指直流电动机供电电压（电枢供电电压 和励磁电压 ）不变时，转速n和电磁转矩Te之间的关系。改变控制角，给电动机的供电电压Ud随之发生变化，机械特性曲线平行移动，得到一簇平行的直线。 fU第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统电流连续时V-

8、M 系统的机械特性第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统机械特性与纵轴交点为理想空载速 ，电枢供电电压越大，理想空载转速越高。机械特性硬度和n有关，n越小，系统的机械特性越硬，特性曲线斜率越小。0ddeeUUnkC第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2电动机电流断续时的情况电动机电流断续时的情况电流断续时V-M 系统的机械特性第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统1了解对自动控制系统的性能要求。了解对自动控制系统的性能要求。2掌握调速系统的主要性能指标。掌握调速系统的主要性能指标。3了解开环调速系统调速时存在的问题。了解开环调速系统调速时存在的问题。第二章第二章 开环

9、直流调速系统开环直流调速系统一、对自动控制系统的性能要求一、对自动控制系统的性能要求1稳定性稳定性（1）稳定系统 （2）不稳定系统系统的稳定性a）稳定系统 b）不稳定系统第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（3）分析系统的稳定性时的注意事项1）系统的稳定性分析只针对闭环系统，所以开环系统一般不存在稳定性的问题。2）通常用最大超调量和振荡次数N作为反映稳定性的性能指标，一般这两个指标数值越小，系统的稳定性就越好。 第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2准确性准确性准确性是指当系统重新达到稳定状态后，其输出量保持的精度，反映了系统的准确程度。一般自动控制系统输出量偏差越小，准确

10、度越高。系统的准确性a）有静差系统 b）无静差系统第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统3快速性快速性快速性是指系统从一种稳定状态达到新的稳定状态过渡过程时间的长短。系统的动态响应曲线第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统二、调速系统的稳态性能指标二、调速系统的稳态性能指标（1）调速）调速（2）稳速）稳速（3）加、减速）加、减速第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统1稳态性能指标稳态性能指标（1）调速范围）调速范围D调速范围指电动机在额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和nmin之比，即 minmaxnnD nmax电动机额定负载时的最高转速，一般为额定

11、转速nN；nmin电动机额定负载时的最低转速。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（2）静差率）静差率s调速系统静差率指当电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 与理想空载转速 之比，即Nn0n%1000nnsNNNnnn0式中 nN额定负载时的转速降落， 。 第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（3）静差率与机械特性硬度的区别）静差率与机械特性硬度的区别特性硬度相同、静差率不同时的机械特性曲线第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2调速范围、静差率和额定转速降之间的关系调速范围、静差率和额定转速降之间的关系在直流调速系统中，假设电动

12、机额定转速nN为最高转速，可以推出调速范围、静差率和额定速降之间的关系：snsnDNN1第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统【例例2-1】某直流调速系统电动机的额定转速为nN=1430r/min，额定转速降 =115r/min，当要求静差率s30%和20%时对应的调速范围分别是多少？若调速范围增大到10，则对应的静差率为多少？Nn第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统三、开环调速系统存在的问题三、开环调速系统存在的问题若调速系统是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开

13、环调速系统都能实现一定范围内的无级调速。但是，大多数需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。在这种情况下，开环调速系统往往不能满足要求。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统【例例2-2】某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统。主电路电阻R=0.18，电动机电动势系数Ce=0.2Vminr-1。如果要求调速范围D=20，静差率s5%，采用开环调速是否满足要求？若要满足这个要求，系统的额定转速降n最多能达到多少？第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统一、

14、实训目的一、实训目的1. 熟悉开环直流调速系统的电路结构。2. 掌握开环直流调速系统的调试方法。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统二、实训内容二、实训内容1. 开环直流调速系统的主电路接线和控制电路接线。2. 开环直流调速系统的通电调试。3. 求取直流调速系统开环工作机械特性。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统三、实训器材三、实训器材序号材料型号或规格数量备注 1电力电子及电气传动实验台求是公司的 MCL-II型实验台 1台 2三相可调交流电源 0 380 V、 50 Hz 1个型号自定 3三相整流及触发装置、可调电抗器 MCL33挂箱 1套 4给定电位器 MCL18挂

15、箱 1个 5直流电动机 PN =185 W、 UN= 220 V、 IN= 1.1 A、 nN= 1 500 r / min 1台 6测速发电机及测功机 MEL13组件 1组 7双踪示波器 GOS620 1台型号自定 8万用表数字式或指针式 1只型号自定 9电流表、电压表 MEL06量程：2 A、 300 V各 1只 10一字旋具 1把实训设备、工具及仪表清单第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统四、实训步骤四、实训步骤1. 开环直流调速系统的接线开环直流调速系统的接线开环直流调速系统实验接线图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（1）主电路接线开环直流调速系统接线示意图第二

16、章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统开环直流调速系统实验台主电路接线图（2）控制电路接线按照开环直流调速系统控制电路接线示意图进行接线。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2. 开环直流调速系统控制电路的检查与调试开环直流调速系统控制电路的检查与调试（1）打开控制电路的电源开关，将给定电位器的开关S1 拨到“正给定”，S2 拨到“给定”。实验箱中的给定电位器及给定电压第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（2）用示波器观察触发电路（MCL33）的双窄脉冲观察孔，如图所示，应有间隔均匀、相互间隔60o的幅度相同的双窄脉冲。实验箱中的触发电路及脉冲检查方法a) 操作面板b)

17、 接线第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统双踪示波器的两个探头的地线通过示波器外壳短接，故使用时，必须使两探头的地线同电位（可以只用一根地线），以免造成短路事故。（3）检查触发脉冲相序，用示波器观察“1” “2” 脉冲观察孔。若“1” 脉冲超前“2”脉冲60，则相序正确，否则应调整主电路输入电源的相序。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极G 和阴极K，应有幅度为1 2 V 的双窄脉冲。用示波器观察晶闸管门极的双窄脉冲a) 接线b) 双窄脉冲第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（5）将给定电位器的输出Ug接至触发电路（MCL33

18、面板）的Uct端，调节偏移电压Ub，调节控制角 的初始值，当Uct =0 时，使 =90。保证触发电路的输出脉冲在3090范围内可调。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统3. 开环直流调速系统的通电调试开环直流调速系统的通电调试（1）通电前的检查（2）通电调试（3）求取直流调速系统开环工作机械特性参数值 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组变化趋势电流 Id转速 n电压 Ud电压Ud 、电流Id 、转速n的数值变化表第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统系统开环机械特性曲线（4）断电停止第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统4. 电路模拟简单故障及故障现象的观察与

19、排除电路模拟简单故障及故障现象的观察与排除电动机运行状态时，断开某一晶闸管元件（如VT1）的触发脉冲开关，则该元件无触发脉冲即该支路不能导通，观察此时输出电压Ud、转速n的变化，并用示波器观察并记录ud的波形。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统一、实训目的一、实训目的1. 熟悉直流调速柜开环系统的各组成部分及基本结构。2. 掌握开环直流调速系统的安装接线与调试。3. 能够对开环直流调速系统进行简单的故障排除。第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统二、实训器材二、实训器材序号材料型号或规格数量备注 1直流调速柜 DSC32型或 DSC5型 1台 2万用表数字式或指针式 1只型

20、号自定 3双踪示波器 GOS620 1台型号自定 4验电笔 1支 5一字旋具 1把实训设备、工具及仪表清单第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统三、实训内容三、实训内容1. 认识直流调速柜各组成部分认识直流调速柜各组成部分开环系统框图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（1）直流调速柜外观及操作面板直流调速柜a) 直流调速柜正面视图b) 直流调速柜操作面板图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（2）直流调速柜主电路结构1）整流变压器控制柜中的整流变压器第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2）晶闸管整流电路晶闸管整流电路结构位置图第二章第二章 开环直流调速系

21、统开环直流调速系统3）励磁电源励磁电源的结构位置图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（3）控制触发电路给定环节a) 给定电位器的接线位置b) 给定环节电路图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统控制电路中的控制板第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（4）继电控制电路继电控制电路位置结构图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（5）保护系统保护电路各元件结构位置a) 电路图b) 位置图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统2. 直流调速柜的安装接线直流调速柜的安装接线（1）主电路接线）主电路接线主电路实物接线图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统（2）控制电路接线）控制电路接线调节板的正面视图第二章第二章 开环直流调速系统开环直流调速系统直流调速柜的各线路板安装的正、反面视图a) 直流调速柜线路板正面视图b) 直流调速柜