直流调速系统概述1课件

直流调速系统概述直流调速系统概述2024/7/101概述1.什么是调速？将调节电动机转速，以适应生产要求的将调节电动机转速，以适应生产要求的过程称之为调速。过程称之为调速。2.2.什么是调速系统？什么是调速系统？用于完成调速这一功能的自动控制系统用于完成调速这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。就被称为是调速系统。2024/7/102 电动机是用来拖动某种生产机械的动电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工比如：在加工毛坯工件毛坯工件时，为了防时，为了防止工件表面对刀具的磨损，因此加工时要求止工件表面对刀具的磨损，因此加工时要求电机电机低速运行。低速运行。而在对工件进行而在对工件进行精加工精加工时，为了要时，为了要缩短加工时间，提高产品的经济效益，因此缩短加工时间，提高产品的经济效益，因此此时要求电机此时要求电机高速运行高速运行。3.为什么要调速？2024/7/1034.两大调速系统（1）交流调速（变频调速）特点：交流电机结构简单，维护方便，造价低 应用：主要应用在调速精度要求不高的场合（2）直流调速 特点：直流调速易实现直流调速易实现直流调速易实现直流调速易实现 调速性能好调速性能好调速性能好调速性能好,调速范围广调速范围广调速范围广调速范围广,易于平滑调节易于平滑调节易于平滑调节易于平滑调节 直流调速转矩大直流调速转矩大直流调速转矩大直流调速转矩大2024/7/1045.直流调速应用（1）无缝钢管生产 （2）造纸机（3）纺织机2024/7/105直流电机2024/7/106一、直流电机结构直流电机主要由定子和转子两大部分构成。1.定子主磁极主磁极：产生主磁场：产生主磁场，由铁心和励磁绕组构成，由铁心和励磁绕组构成换向磁极换向磁极：改善换向。：改善换向。电刷装置电刷装置：把直流电压和直流电流引入：把直流电压和直流电流引入 机座和端盖机座和端盖：起支撑和固定作用。：起支撑和固定作用。定子定子2024/7/1072.2.转子（电枢）转子（电枢）转子转子电枢铁心电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。：主磁路的一部分，放置电枢绕组。电枢绕组电枢绕组：是电路部分。：是电路部分。换向器换向器：实现直流与交流的互换：实现直流与交流的互换转轴转轴轴承轴承2024/7/108按励磁方式分二、直流电机分类2024/7/109三、直流调速方案1.1.直流电动机的转速公式：直流电动机的转速公式：Ua:Ua:电枢电压电枢电压Ia:Ia:电枢电流电枢电流Ra:Ra:电枢回路的总电阻电枢回路的总电阻:励磁磁通励磁磁通Ce:Ce:由电机结构决定的电动势系数由电机结构决定的电动势系数2024/7/10102.2.直流电动机的调速方式有三种：直流电动机的调速方式有三种：(1)(1)调压调速（恒转矩调速）（额定转速以下调速）调压调速（恒转矩调速）（额定转速以下调速）晶闸管可控整流晶闸管可控整流直流斩波直流斩波(2)(2)弱磁调速（恒功率调速）弱磁调速（恒功率调速）(3)(3)电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的励电机的机械特性变软机械特性变软，所以在实际应用，所以在实际应用中通常采用的是变电压调速。中通常采用的是变电压调速。2024/7/1011晶闸管整流电路实现调压调速特点 优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。缺点缺点缺点缺点（1 1 1 1）由于晶闸管的单向导电性，它不允许电由于晶闸管的单向导电性，它不允许电由于晶闸管的单向导电性，它不允许电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。流反向，给系统的可逆运行造成困难。流反向，给系统的可逆运行造成困难。流反向，给系统的可逆运行造成困难。（2 2 2 2）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很低，并产生较大的很低，并产生较大的很低，并产生较大的很低，并产生较大的谐波电流谐波电流谐波电流谐波电流，从而引起电网电，从而引起电网电，从而引起电网电，从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备，造成压波动殃及同电网中的用电设备，造成压波动殃及同电网中的用电设备，造成压波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公电力公电力公电力公害害害害”。2024/7/1012电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速R Ra ann0T 电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大在电枢中串入专用电阻，电阻增大在电枢中串入专用电阻，电阻增大在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此则转速下降，因此则转速下降，因此则转速下降，因此 n n n n 只能下调。只能下调。只能下调。只能下调。特点：特点：(1)(1)设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。(3)(3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。R Ra a +R R电电电电阻阻阻阻增增增增大大大大2024/7/1013改变磁通调速改变磁通调速 保持电枢电压保持电枢电压U U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流I If f(调调R Rf f)以改变磁通以改变磁通 。R R R Rf f f f I I I If f f f n n n n 采用减少励磁电流采用减少励磁电流采用减少励磁电流采用减少励磁电流(减弱磁通减弱磁通减弱磁通减弱磁通)的方法调速的方法调速的方法调速的方法调速,即即即即减小磁通，减小磁通，减小磁通，减小磁通，n n n n只能上调。只能上调。只能上调。只能上调。T TL LTn（减减减减小小小小）R Rf f增增增增加加加加 O2024/7/1014 改变电压调速改变电压调速n0n0电电电电压压压压降降降降低低低低Tc特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线n0nT0改变电压调速的特点改变电压调速的特点改变电压调速的特点改变电压调速的特点:(1)(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过U U U UN N N N 所以调速只能向下调。所以调速只能向下调。(2)(2)机械特性较硬，并且电压机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。降低后硬度不变，稳定性好。2024/7/1015四、直流调速系统性能指标四、直流调速系统性能指标1.1.静差率静差率S S 静静差差率率S S是是指指空空载载转转速速与与额额定定负负载载转转速速之之差差与与理理想想空空载载转转速速的的比比值值，它它反反映映了了电电动动机机转转速速稳定程度。稳定程度。2024/7/10162.2.调速范围调速范围D D 电动机在电动机在额定负载额定负载下进行调速时，在满足静差下进行调速时，在满足静差率要求的前提下，所能达到的最高转速与最低转率要求的前提下，所能达到的最高转速与最低转速之比称为调速范围。速之比称为调速范围。式中 nmax 额定负载下的最高转速（即nN）；nmin 额定负载下的最低转速；2024/7/10173.调速平滑性一定范围内调速级数越多，平滑性越好。一定范围内调速级数越多，平滑性越好。2024/7/1018直流调速系统原理图直流调速系统原理图（单闭环直流调速系统）（单闭环直流调速系统）触发触发电路电路可控整可控整流电路流电路速度检速度检测装置测装置调节器调节器平波平波电抗电抗给定给定电路电路2024/7/1019直流调速系统各部分作用1.给定电路：调节给定电压值，实现调速。2.调节器：通过输入给定电压和转速反馈信号，产生控制信 号，控制触发电路的触发脉冲产生时间。3.触发电路：产生触发脉冲控制晶闸管的导通。4.晶闸管整流电路：产生可变的直流电压实现直流电动机的 调速。5.速度检测装置：将转速信号反馈至调节器输入端，使直流调速系统构成闭环系统。（测速发电机、旋转编码器）2024/7/1020 以负载增大为例，闭环调速系统的自动调节过程如下：当电动机的转速n由于某种原因（例如机械负载转矩TL增加）而下降时，转速负反馈环节将进行自动调节，其调节过程如下：TLn Ufn U=Ugn-Ufn Uk 触发脉冲前移Ud n2024/7/1021转速负反馈闭环直流调速系统转速负反馈闭环直流调速系统比较放大晶闸管整流给定给定UgnUgn下一步控制控制UKUK2024/7/1022（负载变化负载变化）比较器上一步负载减小，上升加快比较放大晶闸管整流给定给定UgnUgn控制控制UKUK2024/7/1023（负载减小，转速加快）（负载减小，转速加快）比较器上一步电机转速加快比较放大晶闸管整流给定给定UgnUgn控制控制UKUK2024/7/1024（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快）负载减小，转速加快，测速发电机转速加快）上一步测速发电机转速加快比较放大晶闸管整流给定给定UgnUgn控制控制UKUK2024/7/1025（负载减小，转速加快，测速发电机转速加快，反馈电压增大）负载减小，转速加快，测速发电机转速加快，反馈电压增大）上一步反馈电压增大比较放大晶闸管整流给定给定UgnUgn控制控制UKUK2024/7/1026上一步比较结果减小比较放大晶闸管整流给定给定UnUn控制控制UcUc2024/7/1027上一步输出电压减小比较放大晶闸管整流给定给定UnUn控制控制UcUc2024/7/1028上一步电机转速减慢比较放大晶闸管整流给定给定UnUn控制控制UcUc2024/7/1029上一步上升速度减慢比较放大晶闸管整流给定给定UnUn控制控制UcUc2024/7/1030双闭环直流调速系统2024/7/1031双闭环直流调速系统构成双闭环有两个闭环：1.速度环（ASR）外环（主环）输入信号：给定信号和转速反馈信号 作用：稳定转速2.电流环（ACR）内环（副环）输入信号：速度调节器输出信号和主电路电流反馈信号 作用：维持系统电流恒定 2024/7/103233/10/29