第一章 直流调速简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,交直流调速系统,上篇,直流调速系统,交直流调速系统,课程介绍,一、课程的性质与地位,交直流调速系统,主要学习交流电动机和直流电动机的调速方法、调速系统的构成及工作原理。,所谓调速，就是通过改变电源或电机的参数，对电动机实现变速控制或恒速控制。,调速在工业生产和生活中的应用实例：升旗电机转速的控制；轧钢电机转速控制；龙门刨床工作台驱动电机的控制等。调速技术广泛应用于各行各业。,交直流调速系统,是对,电路基础,电机与拖动,变流技术,自动控制原理,等课程知识的综合应性应用课程，是电气自动化专业必修的专业课程。,交直流调速系统,课程介绍,三、课程的内容,交直流调速包括交流调速和直流调速两部分内容，交流电动机的调速在,变频器应用技术,中讲授。本课程主要讲授直流电动机的调速，教学内容如下：,章节及内容 实训项目,第,1,章：直流调速简介,开环调速系统的机械特性测试,第,2,章：单闭环调速系统,第,3,章：双闭环调速系统,第,4,章：可逆调速系统,第,5,章：直流脉宽调速系统,单闭环调速系统的静特性测试,双闭环调速系统的静特性测试,逻辑无环流调速系统的安装与调试,PWM,调速系统的安装与调试,三、课程的内容,学时分配：,理论,48,学时；实训,16,学时，共,64,学时 分配如下：,理论教学学时 实训教学学时,第,1,章：直流调速系统的概述,-4,学时,开环调速,-2,学时,第,2,章：单闭环调速系统,-6,学时,第,3,章：双闭环调速系统,-8,学时,第,4,章：可逆调速系统,-12,学时,第,5,章：直流脉宽调速系统,8,学时,单闭环调速,-2,学时,双闭环调速,-4,学时,逻辑无环流调速,-4,学时,PWM,调速,-4,学时,交直流调速系统,课程介绍,四、教学目标,通过本课程的学习，应达到以下教学目标：,1.,掌握直流调速的一般方法、基本概念。,2.,掌握五种调速系统的构成及特点。,3.,能在实验室完成五个调速系统的安装与调试。,4.,掌握单闭环、双闭环调速系统的稳态性能指标的计算方法。,交直流调速系统,课程介绍,五、学习指导,本课程是一门综合性应用课程，应用知识较多，但只要学习目标明确，方法得当，学习起来并不难：,1.,掌握典型调速系统的构成。开始时多做画图练习，会画之后，可在脑子里回想系统的原理图。,2.,掌握典型调速系统的特点。该记的要记，该背的要背。,3.,会分析系统的工作原理。,把握以上三点，注意对学过知识的复习，注意前后章节的联系，及时归纳与系统，可做到轻松学习。,六、考核：考试*,60%+,平时*,10%+,实训*,30%,交直流调速系统,课程介绍,1,直流调速简介,学习目标,：,1.,了解直流电动机调速的,3,种方法及其主要特点。,2.,了解直流调速所经历的,3,个发展阶段。,3.,了解直流调速系统的性能指标，掌握调速范围、静差率两个稳态性能指标的含义及其相关计算。,4.,掌握开环直流调速系统的构成及其特点。,5.,掌握开环机械特性的含义。,6.,能在实验室熟练完成开环调速系统的接线和调试，会测试开环机械特性。,1.1,直流电动机的调速方法,一、直流电机的机械特性,整理可得机械特性方程,称为理想空载转速,负载电流引起的转速降,机械特性曲线,机械特性曲线的斜率,k,值越小，特性的硬度越硬。,二、直流电机的调速方法及其特点,根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。,调压调速,弱磁调速,串电阻调速,额定转速以下调速，且电压越低，转速越低。,特性硬，调速精度高，最常用。,电压降低，,n,0,减小,额定转速以下调速，且电阻越大，转速越低。,特性软，调速精度低，一般不采用。,理想空载转速,n,0,不变。,额定转速以上调速，且磁通越小，转速越高。,特性软，调速精度低，一般不单独使用。,磁通减小，,n,0,增大。,思考题：,1.,直流电动机的调速方式有哪,3,种？最常用的是什么方式？,2.,直流电动机的,3,种调速方式中，,调速能获得高于额定值的转速，,调速机械特性硬度不变，,调速理想空载转速不变。,1.2,直流调速系统的发展,直流调速系统是通过改变电动机电枢电压的大小来实现调速的，根据获得可调电枢电压的方法不同，将直流调速系统的发展分为,3,个阶段：,1.G-M,调速系统原理图,一、,G-M,调速系统,2.,工作原理分析,3.,缺点,：,所需设备多，体积庞大,效率低,维护不方便,运行时噪声大。,20,世纪,50,年代曾广泛应用,（,1,）直流发电机,-,电动机调速系统（简称,G-M,调速系统,）,（,2,）晶闸管整流装置,-,电动机调速系统（简称,V-M,调速系统,）,（,3,）直流脉宽调速系统（简称,PWM,调速系统,）,二、,V-M,调速系统,3.,工作原理分析,1.V-M,调速系统原理图,V-M,调速系统是目前应用最广的直流调速系统,直流调速主要介绍的就是,V-M,直流调速系统。,2.,系统的构成,1,给定电路 ，,2,触发与功放电路电，,3,整流桥与电机主回路，,4,励磁电路,晶闸管整流电路为电机提供大小可调的直流电压。,给定电压增大，电枢电压增大，电机升速；反之，给定电压减小，电枢电压增大，电机降速。,给定电压等,0,，电枢电压为,0,，电机停转。,二、,PWM,调速系统,1.PWM,调速系统原理图,PWM,调速是直流调速发展的最新阶段。,U,稳恒的直流电压,2.,系统的构成与工作原理,PWM,的作用相当于一个高频开关，将直流电压变成脉冲电压。,PWM,脉宽功率放大器,脉冲电压的周期一定，脉冲宽度可调。,脉宽调速就是通过改变脉冲的宽度来改变电机电枢电压（脉冲平均电压）的大小，从而改变电机的转速。,思考题：,1,直流调速系统经历了哪,3,个发展阶段？目前应用最广的是哪种调速 系统？,2,V-M,直流调速系统由哪几部分构成？给定电压与电动机的转速有着怎样的控制关系？,1.3,调速系统的性能指标,稳态性能指标是重点。,调速系统的稳态性能指标,1.,调速范围：,额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比称为调速范围。用大写字母,D,表示，没有单位。,通常指电动机铭牌上所标的额定转速,。,2.,静差率：,当系统在某一机械特性下运行时，电动机的负载由理想空载增加到额定负载时所对应的转速降,与理想空载转速之比，称为静差率，用小写字母表示。,调速系统的稳态性能指标,(1),静差率越小，转速降越小，系统的抗干扰能力越强。,说明：,(2),静差率与硬度,联系：同一机械特性，硬度越硬，,s,越小；,区别：不同机械特性，硬度相同，,s,不等。,(3),调系统的静差率指最低转速对应机械特性曲线的静差率。,系统静差率描述方式：,s=10%,，或,s,10%,调速系统的稳态性能指标,一个好的调速系统应具有,较大的调速范围,和,较小的静差率！,(4),静差率与调速范围的关系,，则,调速系统的稳态性能指标,3.,调速的平滑性：,调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性接近于,1,的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。,1,什么是调速范围？什么是静差率？,2,静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静差率指的是什么？,3,静差率与硬度有什么区别和联系？,思考题：,解：,得,思考题：,某调速系统的调速范围是（,150,1500r/min,），要求静差率,s=5%,此时系统允许的稳态转速降是多少？,1.4,开环直流调速系统,开环调速系统是最简单的,V-M,调速系统,。,怎样构成直流调速系统呢？,直流电动机；,稳恒的励磁电源；,二极管整流电路,.,可调的电枢电压；,可控整流电路；,给定电路；,触发电路；,三相可控整流桥；,一,.,系统的构成,系统原理图,直流电动机的励磁电压一定时，电枢电压增大，电机转速升高；电枢电压减小 ，转速降低。,二,.,系统的工作原理,三相桥式整流电路输出电压，即加在电机电枢绕组上的电压,改变给定电压大小，可改变触发脉冲的触发角，从而改变整流电路输出电压，使电机转速发生改变。,给定电压、触发角、整流电压、电机转速之间的对应关系：,电动机转速为零,电动机转速最高,给定电压与整流电压成近似的正比关系,整流桥放大系数,1,。开环机械特性的定义,三,.,开环调速系统的机械特性,直流电动机电枢电压一定的情况下，电机的转速与电枢电流之间的关系，称为直流电动机的开环机械特性。,机械特性方程：,其中,由电机结构参数决定，,称为直流电动机的电势常数。,机械特性曲线：,在平面直角坐标系中，电机转速与电枢电流的关系表示为一条向下的斜线，如右图所示，称为机械特性曲线。,机械特性的硬度,：曲线向下倾斜度越小，机械特性的硬度越硬。,机械特性的硬度与开环调速的性能有着密切关系。,2,。机械特性与开环调速性能的关系,(1),根据开环直流调速原理，电机的转速由给定电压来控制，给定电压不变，电枢电压不变，电机的转速应保持相对恒定。,(2),从开环机械特性来看，电枢电压不变情况下，当负载电流发生改变时，电机转速会有所改变。,(3),对调速系统而言，负载电流的变化是一种干扰。,(4),机械特性的硬度越硬，负载电流引起的转速降越小，转速越平稳，调整系统的抗干扰性越强。,综上，机械特性的硬度越硬，开环调速系统的调速性能越好。常借助机械特性曲线来分析开环调速系统的性能。,开环机械特性可以通过实验的方法测绘出来。,3,。机械特性的测试方法,机械特性是一条直线，可通过实验测绘出来，操作步骤如下：,(1),首先让电机空载。,机械特性是电动机电枢电压一定的情况下，电机转速与电枢电流的关系，即：,(2),从零开始增大给定电压，让电机转速达到某一值,n,0,(,小于额定转速,),，此时电枢电压为,U,d0,。,(3),记下电机的空载电流和空载转速,(I,0,，,n,0,),。,(4),保持给定电压不变，逐渐增大负载电流，记下几组,(I,d,，,n),。,(5),将以上测得的几组数对，在,I,d,-n,体系中描出对应的点，,作一条直线，使多数点落在直线上或靠近直线。该线就是电动机在电枢电压为,U,d0,时的开环机械特性曲线。,3,。机械特性的测试方法,实际生产中，电机的电枢电流又称负载电流，是由电机所带负载的轻重决定的，增大负载，电流增大，反之，减小负载，电流减小。,怎样来改变电机的电枢电流呢？,在实验室中，常用直流发电机和负载电阻作为电动机的模拟负载，即直流电动机驱动一台直流发电机，直流发电机的输出电压加在一可调电阻上。电动机转速一定的情况下，直流发电机的输出电压不变，发电机输出功率就是可调电阻上消耗的功率：,减小可调电阻，发电机功率增大，也即直流电动机输出功率增大，直流电动机的电枢电流增大；反之，减小可调电阻，电动机电枢电流减小。,1.5,开环直流调速系统实验,一、要知道实验做什么？,1,。调速系统线路连接,实验前指导：,2,。测试开环机械特性,二、要知道怎么做？,做好实验前的预习和准备是关键。,预习什么？预习到什么程度呢？,1,、能熟练画出开环调速系统原理图。,2,、自学附录，知道用哪些挂件？用哪些电路模块？功能是什么？怎么接线 ？,3,、纸上谈兵：能把系统原理图转化为实验接线图，并能画出来。,4,、知道怎么测试开环机械特性，结合设备特点设计出实验步骤。,三、要知道实验应该得到怎样的结果？,四、怎样写实验报告？,1,、开环调速系统中，采用正给定电压还是负给定电压？为什么？改 变给定电压时调节哪个旋钮？,预习效果检查,2,、为什么要求触发电路中,U,lf,端接地？,3,、接线前，设备初始状态检查和调整包含哪些注意事项？,4,、什么是触发电路的最大移相控制电压？如何测出该电压值？,5,、主电路中为什么要串入电抗器？值取多大？,6,、实验中负载电阻为什么要将两个可调电阻并联使用？,7,、口述测试机械特性的操作步骤。,实验后交流与总结,