1直流电动机调速方法课件

1、第2章 直流电机调速系统2.1 直流电机调速方法2.2 直流调速系统中的可控直流电源2.3 直流PWM调速方法2.4 直流电机闭环调速系统内容提要1第1页，共33页。第2章 直流电机调速系统2.1 直流电机调速方法2.2 直流调速系统中的可控直流电源2.3 直流PWM调速方法2.4 直流电机闭环调速系统内容提要2第2页，共33页。 引 言 直流电动机具有如下优点： 良好的起、制动性能 - 线性的转矩-电流曲线 调速范围宽 - 线性的机械特性曲线 控制算法简单，易于实现 在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用3第3页，共33页。他励直流电动机等效电路2.1 直流电机调速方法

2、他励直流电动机等效回路：定子电感，定子电阻，供电电压，定子电流，励磁绕组以及励磁电流。4第4页，共33页。2.1 直流电机调速方法nUIRKe式中 转速（r/min）； 电枢电压（V）； 电枢电流（A）； 电枢回路总电阻（ ）； 励磁磁通（Wb）； 由电机结构决定的电动势常数。(2-1)他励直流电动机的基本方程式5第5页，共33页。 可以看出，有三种方法可以调节电动机的转速： （1）改变电枢回路电阻 R； （2）调节电枢供电电压 U ； （3）减弱励磁磁通 。 下面分别从其调速原理，机械特性，工作效率几方面进行分析。2.1 直流电机调速方法6第6页，共33页。2.1.1 改变电枢回路电阻调速工

3、作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变；调速特性： 转速下降，机械特性曲线斜率变大，特性变软。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3图2-1 调阻调速特性曲线7第7页，共33页。工作效率：说明：随着转速下降，效率降低！负载不变，则定子电流保持不变，随着转速下降，外加电阻损耗加大！2.1.1 改变电枢回路电阻调速原因：8第8页，共33页。2.1.2 改变电枢电压调速工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra；调节过程： 改变电压 UN U U n ， n0 调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行下移

4、。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3图2-2 调压调速特性曲线9第9页，共33页。工作效率：说明：在较大调速范围内，电机工作效率近似不 变！2.1.2 改变电枢调压调速10第10页，共33页。2.1.3 调磁调速工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ；调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3图2-3 调磁调速特性曲线11第11页，共33页。工作效率：说明：在较大调速范围内，电机工作效率保持不 变！2.1.3 调磁调速12第12页，共33页。 三种调速方法的性能比较

5、改变电阻调速工作效率较低；只能实现有级调速；目前在大功率直流电机的启动等方面有所应用；调节电枢供电电压的方式在一定范围内可实现无级平滑调速，工作效率高；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，现代直流调速系统以调压调速为主。13第13页，共33页。2.2 直流调速系统中的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电源。14第14页，共33页。常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组，以

6、获得可调的直流电压。静止式可控整流器用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。15第15页，共33页。2.2.1 旋转变流机组图2-4旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统） 16第16页，共33页。 G-M系统工作原理由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，拖动直流发电机 G E发电作为G的励磁电源。调节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称

7、G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。17第17页，共33页。 G-M系统机械特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限第III象限图2-5 G-M系统机械特性18第18页，共33页。 G-M系统的特点 可实现正反转运行以及电机转速的连续调节，解决了早期直流电机的调速控制问题存在的问题采用多级机组联合工作的形式，动态响应慢；体积笨重，效率低，噪声大，成本高，现已被静止式变流调速装置所取代。19第19页，共33页。 2.2.2 静止式可控整流器图2-6 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统） 20第20页，共33页。 V-M系统工作原理 VT是晶闸管可

8、控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud ，从而实现平滑调速。图2-8a 单相全控桥电路晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统）21第21页，共33页。为便于讨论，假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断至t=+a 时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通晶闸管整流电路原理2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3i

9、VT1,4图2-8 单相半控桥带阻感负载时的电路及波形 22第22页，共33页。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流. 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角与a无关，均为180 变压器二次侧电流i2的波形为正负各180的矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。 晶闸管整流电路原理23第23页，共33页。Ud0IdE 等效电路分析 如果把整流装置内阻移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理想空载瞬时值 ud0 和平均值

10、Ud0 来表示，相当于用图示的等效电路代替实际的整流电路。图2-9 V-M系统主电路的等效电路图 24第24页，共33页。 式中 电动机反电动势； 整流电流瞬时值； 主电路总电感； 主电路等效电阻；且有 R = Rrec + Ra + RL；EidLR 瞬时电压平衡方程(2-2)25第25页，共33页。整流电压控制 对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0 。 Ud0与触发脉冲相位角 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud0 = f () 可用下式表示26第26页，共33页。 式中 从自然换相点算起的触发脉冲控制角； = 0 时的整流电压波形峰值；

11、Um 整流电压的平均值计算(2-2)特点: 用触发脉冲的相位角 控制整流电 压的平均值Ud027第27页，共33页。3.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性 当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为 式中 Ce = KeN 电机在额定磁通下的电动势系数。（2-3）28第28页，共33页。 改变控制角，得一族平行直线，这和G-M系统的特性很相似，如右图所示。 图2-10 电流连续时V-M系统的机械特性 n = Id R / CenIdILO3.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性 29第29页，共33页。 V-M系统的特点 与G-M系统相比：经济性和可靠性上都有很大提高技术性能上显示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。30第30页，共33页。 V-M系统的问题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。晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，