1、交直流調速系統上篇直流調速系統交直流調速系統課程介紹一、課程的性質與地位一、課程的性質與地位交直流調速系統交直流調速系統主要學習交流電動機和直流電動機主要學習交流電動機和直流電動機的調速方法、調速系統的構成及工作原理。的調速方法、調速系統的構成及工作原理。所謂調速，就是通過改變電源或電機的參數，對電動機所謂調速，就是通過改變電源或電機的參數，對電動機實現變速控制或恒速控制。實現變速控制或恒速控制。調速在工業生產和生活中的應用實例：升旗電機轉速的調速在工業生產和生活中的應用實例：升旗電機轉速的控制；軋鋼電機轉速控制；龍門刨床工作臺驅動電機的控制；軋鋼電機轉速控制；龍門刨床工作臺驅動電機的控制等。

2、調速技術廣泛應用于各行各業。控制等。調速技術廣泛應用于各行各業。交直流調速系統交直流調速系統是對是對電路基礎電路基礎電機與拖動電機與拖動變流技術變流技術自動控制原理自動控制原理等課程知識的綜合應性等課程知識的綜合應性應用課程，是電氣自動化專業必修的專業課程。應用課程，是電氣自動化專業必修的專業課程。交直流調速系統課程介紹三、課程的內容三、課程的內容交直流調速包括交流調速和直流調速兩部分內容，交流交直流調速包括交流調速和直流調速兩部分內容，交流電動機的調速在電動機的調速在變頻器應用技術變頻器應用技術中講授。本課程主中講授。本課程主要講授直流電動機的調速，教學內容如下：要講授直流電動機的調速，教學

3、內容如下： 章節及內容章節及內容 實訓項目實訓項目 第1章：直流調速簡介 開環調速系統的機械特性測試 第2章：單閉環調速系統 第3章：雙閉環調速系統 第4章：可逆調速系統 第5章：直流脈寬調速系統單閉環調速系統的靜特性測試 雙閉環調速系統的靜特性測試 邏輯無環流調速系統的安裝與調試 PWM調速系統的安裝與調試三、課程的內容三、課程的內容學時分配：學時分配： 理論理論32學時學時 分配如下：分配如下： 理論教學理論教學 實訓教學實訓教學 第1章：直流調速系統的概述 開環調速 第2章：單閉環調速系統 第3章：雙閉環調速系統 第4章：可逆調速系統 第5章：直流脈寬調速系統單閉環調速 雙閉環調速 邏輯

4、無環流調速 PWM調速交直流調速系統課程介紹四、教學目標四、教學目標通過本課程的學習，應達到以下教學目標：通過本課程的學習，應達到以下教學目標：1. 掌握直流調速的一般方法、基本概念。掌握直流調速的一般方法、基本概念。2. 掌握五種調速系統的構成及特點。掌握五種調速系統的構成及特點。3. 能在實驗室完成五個調速系統的安裝與調試。能在實驗室完成五個調速系統的安裝與調試。4. 掌握單閉環、雙閉環調速系統的穩態性能指標的計算掌握單閉環、雙閉環調速系統的穩態性能指標的計算方法。方法。交直流調速系統課程介紹五、學習指導五、學習指導本課程是一門綜合性應用課程，應用知識較多，但只要本課程是一門綜合性應用課程

5、，應用知識較多，但只要學習目標明確，方法得當，學習起來并不難：學習目標明確，方法得當，學習起來并不難：1. 掌握典型調速系統的構成。開始時多做畫圖練習，會掌握典型調速系統的構成。開始時多做畫圖練習，會畫之后，可在腦子里回想系統的原理圖。畫之后，可在腦子里回想系統的原理圖。2. 掌握典型調速系統的特點。該記的要記，該背的要背。掌握典型調速系統的特點。該記的要記，該背的要背。3. 會分析系統的工作原理。會分析系統的工作原理。把握以上三點，注意對學過知識的復習，注意前后章節的把握以上三點，注意對學過知識的復習，注意前后章節的聯系，及時歸納與系統，可做到輕松學習。聯系，及時歸納與系統，可做到輕松學習。

6、六、考核：考試六、考核：考試*70%+平時平時*30%交直流調速系統課程介紹1直流調速簡介直流調速簡介學習目標學習目標：1.了解直流電動機調速的了解直流電動機調速的3種方法及其主要特點。種方法及其主要特點。2. 了解直流調速所經歷的了解直流調速所經歷的3個發展階段。個發展階段。3.了解直流調速系統的性能指標，掌握調速范圍、靜了解直流調速系統的性能指標，掌握調速范圍、靜差率兩個穩態性能指標的含義及其相關計算。差率兩個穩態性能指標的含義及其相關計算。4.掌握開環直流調速系統的構成及其特點。掌握開環直流調速系統的構成及其特點。5.掌握開環機械特性的含義。掌握開環機械特性的含義。6.能在實驗室熟練完成

7、開環調速系統的接線和調試，能在實驗室熟練完成開環調速系統的接線和調試，會測試開環機械特性。會測試開環機械特性。1.1 直流電動機的調速方法直流電動機的調速方法一、直流電機的機械特性一、直流電機的機械特性ddaUI REeEKnddadadeeNeN0=UI RURnIKKKnnd0eN=UnKadeNRnIK 整理可得機械特性方程整理可得機械特性方程稱為理想空載轉速稱為理想空載轉速負載電流引起的轉速降負載電流引起的轉速降機械特性曲線機械特性曲線aeNRkK機械特性曲線的斜率機械特性曲線的斜率k值越小，特性的硬度越硬。值越小，特性的硬度越硬。二、直流電機的調速方法及其特點二、直流電機的調速方法及

8、其特點根據機械特性方程可知，改變電樞電壓、磁通、電樞電阻可改變轉速大小。根據機械特性方程可知，改變電樞電壓、磁通、電樞電阻可改變轉速大小。調壓調速調壓調速弱磁調速弱磁調速串電阻調速串電阻調速額定轉速以下調速，且額定轉速以下調速，且電壓越低，轉速越低。電壓越低，轉速越低。特性硬，調速精度高，特性硬，調速精度高，最常用。最常用。電壓降低，電壓降低，n0減小減小額定轉速以下調速，且額定轉速以下調速，且電阻越大，轉速越低。電阻越大，轉速越低。特性軟，調速精度低，特性軟，調速精度低，一般不采用。一般不采用。理想空載轉速理想空載轉速n0不變。不變。額定轉速以上調速，且額定轉速以上調速，且磁通越小，轉速越高

9、。磁通越小，轉速越高。特性軟，調速精度低，特性軟，調速精度低，一般不單獨使用。一般不單獨使用。磁通減小，磁通減小，n0增大。增大。思考題：思考題：1.直流電動機的調速方式有哪直流電動機的調速方式有哪3種？最常用的是什么方式？種？最常用的是什么方式？2.直流電動機的直流電動機的3種調速方式中，種調速方式中，調速能獲得高于額調速能獲得高于額定值的轉速，定值的轉速，調速機械特性硬度不變，調速機械特性硬度不變，調速調速理想空載轉速不變。理想空載轉速不變。1.2 直流調速系統的發展直流調速系統的發展直流調速系統是通過改變電動機電樞電壓的大小來實現調速的，根直流調速系統是通過改變電動機電樞電壓的大小來實現

10、調速的，根據獲得可調電樞電壓的方法不同，將直流調速系統的發展分為據獲得可調電樞電壓的方法不同，將直流調速系統的發展分為3個階段：個階段：1.G-M調速系統原理圖調速系統原理圖 一、一、G-M調速系統調速系統2.工作原理分析工作原理分析 3.缺點缺點： 所需設備多，體積龐大所需設備多，體積龐大效率低效率低維護不方便維護不方便運行時噪聲大。運行時噪聲大。 20世紀世紀50年代曾廣泛應用年代曾廣泛應用 （1）直流發電機）直流發電機-電動機調速系統（簡稱電動機調速系統（簡稱G-M調速系統調速系統）（2）晶閘管整流裝置）晶閘管整流裝置-電動機調速系統（簡稱電動機調速系統（簡稱V-M調速系統調速系統）（3

11、）直流脈寬調速系統（簡稱）直流脈寬調速系統（簡稱PWM調速系統調速系統） 二、二、V-M調速系統調速系統3.工作原理分析工作原理分析 1.V-M調速系統原理圖調速系統原理圖 V-M調速系統是目前應用最廣的直流調速系統調速系統是目前應用最廣的直流調速系統直流調速主要介紹的就是直流調速主要介紹的就是V-M直流調速系統。直流調速系統。2.系統的構成系統的構成 1給定電路給定電路 ，2觸發與功放電路電，觸發與功放電路電，3整流整流橋與電機主回路，橋與電機主回路，4勵磁電路勵磁電路晶閘管整流電路為電機提晶閘管整流電路為電機提供大小可調的直流電壓。供大小可調的直流電壓。給定電壓增大，電樞電壓給定電壓增大，

12、電樞電壓增大，電機升速；反之，給增大，電機升速；反之，給定電壓減小，電樞電壓增大，定電壓減小，電樞電壓增大，電機降速。電機降速。給定電壓等給定電壓等0，電樞電壓為，電樞電壓為0，電機停轉。，電機停轉。二、二、PWM調速系統調速系統1.PWM調速系統原理圖調速系統原理圖 PWM調速是直流調速發展的最新階段。調速是直流調速發展的最新階段。U穩恒的直流電壓穩恒的直流電壓2.系統的構成與工作原理系統的構成與工作原理PWM的作用相當于一個高頻開關，的作用相當于一個高頻開關，將直流電壓變成脈沖電壓。將直流電壓變成脈沖電壓。PWM脈寬功率放大器脈寬功率放大器脈沖電壓的周期一定，脈沖寬度可調。脈沖電壓的周期一

13、定，脈沖寬度可調。脈寬調速就是通過改變脈沖的寬度來改脈寬調速就是通過改變脈沖的寬度來改變電機電樞電壓（脈沖平均電壓）的大變電機電樞電壓（脈沖平均電壓）的大小，從而改變電機的轉速。小，從而改變電機的轉速。思考題：思考題：1直流調速系統經歷了哪直流調速系統經歷了哪3個發展階段？目前應用最廣的是哪種調個發展階段？目前應用最廣的是哪種調速速 系統？系統？2V-M直流調速系統由哪幾部分構成？給定電壓與電動機的轉速有著怎樣的直流調速系統由哪幾部分構成？給定電壓與電動機的轉速有著怎樣的控制關系？控制關系？1.3 調速系統的性能指標調速系統的性能指標穩態性能指標是重點。穩態性能指標是重點。調速系統的穩態性能指

14、標調速系統的穩態性能指標1. 調速范圍：調速范圍： 額定負載下，生產機械要求電動機提供的最高轉速與最額定負載下，生產機械要求電動機提供的最高轉速與最低轉速之比稱為調速范圍。用大寫字母低轉速之比稱為調速范圍。用大寫字母D表示，沒有單位。表示，沒有單位。maxminnDnmaxnNn通常指電動機銘牌上所標的額定轉速通常指電動機銘牌上所標的額定轉速。2. 靜差率：靜差率： N0100%nsn當系統在某一機械特性下運行時，電動機的負載由理想空載增加當系統在某一機械特性下運行時，電動機的負載由理想空載增加到額定負載時所對應的轉速降到額定負載時所對應的轉速降與理想空載轉速之比，稱與理想空載轉速之比，稱為靜

15、差率，用小寫字母表示。為靜差率，用小寫字母表示。Nn0ns調速系統的穩態性能指標調速系統的穩態性能指標(1)靜差率越小，轉速降越小，靜差率越小，轉速降越小，系統的抗干擾能力越強。系統的抗干擾能力越強。 說明：說明：(2)靜差率與硬度靜差率與硬度聯系：同一機械特性，硬度越硬，聯系：同一機械特性，硬度越硬，s越小；越小；區別：不同機械特性，硬度相同，區別：不同機械特性，硬度相同，s不等。不等。(3)調系統的靜差率指最低轉速對應機械特性曲線的靜差率。調系統的靜差率指最低轉速對應機械特性曲線的靜差率。系統靜差率描述方式：系統靜差率描述方式：s=10%，或，或s10%調速系統的穩態性能指標調速系統的穩態

16、性能指標一個好的調速系統應具有一個好的調速系統應具有較大的調速范圍較大的調速范圍和和較小的靜差率！較小的靜差率！ (4)靜差率與調速范圍的關系靜差率與調速范圍的關系NN1snDsnN0minnsnN0minnnsNNmin0minNNNNN1NnnDnnnnnnssnsn，則，則調速系統的穩態性能指標調速系統的穩態性能指標3. 調速的平滑性：調速的平滑性： 調速平滑性是指調速時可以得到的相鄰兩轉速之比，調速平滑性調速平滑性是指調速時可以得到的相鄰兩轉速之比，調速平滑性接近于接近于1的調速系統稱為無級調速，反之為有級調速。的調速系統稱為無級調速，反之為有級調速。 1什么是調速范圍？什么是靜差率？

17、什么是調速范圍？什么是靜差率？2靜差率是針對某一條機械特性定義的，調速系統的靜靜差率是針對某一條機械特性定義的，調速系統的靜差率指的是什么？差率指的是什么？3靜差率與硬度有什么區別和聯系？靜差率與硬度有什么區別和聯系？思考題：思考題：NNaNNaNeNeUI RUI RnKCNNaeN22055 0.10.21450.21000UI RCnNaNe55 0.127.5(r/min)0.2I RnCNN1000 0.14127.510.1n sDns解：解： 得得思考題：思考題：某調速系統的調速范圍是（某調速系統的調速范圍是（1501 500r/min），要求靜差率），要求靜差率s=5%,此時系

18、統允許的穩態轉速降是多少？此時系統允許的穩態轉速降是多少？ 1.4 開環直流調速系統開環直流調速系統開環調速系統是最簡單的開環調速系統是最簡單的V-M調速系統調速系統 。怎樣構成直流調速系統呢？怎樣構成直流調速系統呢？直流電動機；直流電動機；穩恒的勵磁電源；穩恒的勵磁電源；二極管整流電路二極管整流電路.可調的電樞電壓；可調的電樞電壓；可控整流電路；可控整流電路；給定電路；給定電路；觸發電路；觸發電路；三相可控整流橋；三相可控整流橋；一一. 系統的構成系統的構成 系統原理圖系統原理圖直流電動機的勵磁電壓直流電動機的勵磁電壓一定時，電樞電壓增大，一定時，電樞電壓增大，電機轉速升高；電樞電壓電機轉速

19、升高；電樞電壓減小減小 ，轉速降低。，轉速降低。二二. 系統的工作原理系統的工作原理 三相橋式整流電路輸出電壓，即加在電機電樞繞組上的電壓三相橋式整流電路輸出電壓，即加在電機電樞繞組上的電壓d2.34cosUU改變給定電壓大小，可改變觸發脈沖的觸發角，從而改變整流電路輸出改變給定電壓大小，可改變觸發脈沖的觸發角，從而改變整流電路輸出電壓，使電機轉速發生改變。電壓，使電機轉速發生改變。給定電壓、觸發角、整流電壓、電機轉速之間的對應關系：給定電壓、觸發角、整流電壓、電機轉速之間的對應關系：*n0U 90d0U 電動機轉速為零 *nnMaxUU0 ddMaxUU電動機轉速最高 給定電壓與整流電壓成近

20、似的正比關系給定電壓與整流電壓成近似的正比關系*dsnUK U整流橋放大系數1。開環機械特性的定義。開環機械特性的定義三三. 開環調速系統的機械特性開環調速系統的機械特性 直流電動機電樞電壓一定的情況下，電機的轉速與電樞電流之間的直流電動機電樞電壓一定的情況下，電機的轉速與電樞電流之間的關系，稱為直流電動機的開環機械特性。關系，稱為直流電動機的開環機械特性。ddddeeUI RUI RnKC機械特性方程：機械特性方程： 其中 eeCK由電機結構參數決定， 稱為直流電動機的電勢常數。 機械特性曲線：機械特性曲線： 在平面直角坐標系中，電機轉速與電樞電流的關系表示為一條向下的斜線，如右圖所示，稱為

21、機械特性曲線。 機械特性的硬度機械特性的硬度：曲線向下傾斜度越小，機械特性的硬度越硬。機械特性的硬度與開環調速的性能有著密切關系。2。機械特性與開環調速性能的關系。機械特性與開環調速性能的關系 (1)根據開環直流調速原理，電機的轉速由給定電壓來控制，給定電壓不變，電樞電壓不變，電機的轉速應保持相對恒定。 (2)從開環機械特性來看，電樞電壓不變情況下，當負載電流發生改變時，電機轉速會有所改變。 (3)對調速系統而言，負載電流的變化是一種干擾。 (4)機械特性的硬度越硬，負載電流引起的轉速降越小，轉速越平穩，調整系統的抗干擾性越強。 綜上，機械特性的硬度越硬，開環調速系統的調速性能越好。常借綜上，

22、機械特性的硬度越硬，開環調速系統的調速性能越好。常借助機械特性曲線來分析開環調速系統的性能。助機械特性曲線來分析開環調速系統的性能。 開環機械特性可以通過實驗的方法測繪出來。開環機械特性可以通過實驗的方法測繪出來。3。機械特性的測試方法。機械特性的測試方法 機械特性是一條直線，可通過實驗測繪出來，操作步驟如下： (1)首先讓電機空載。 機械特性是電動機電樞電壓一定的情況下，電機轉速與電樞電流的關系，即：dnf I (2) 從零開始增大給定電壓，讓電機轉速達到某一值n0(小于額定轉速)，此時電樞電壓為Ud0。 (3)記下電機的空載電流和空載轉速 (I0， n0) 。 (4)保持給定電壓不變，逐漸

23、增大負載電流，記下幾組(Id， n) 。 (5)將以上測得的幾組數對，在Id-n體系中描出對應的點，作一條直線，使多數點落在直線上或靠近直線。該線就是電動機在電樞電壓為Ud0時的開環機械特性曲線。3。機械特性的測試方法。機械特性的測試方法 實際生產中，電機的電樞電流又稱負載電流，是由電機所帶負載的輕重決定的，增大負載，電流增大，反之，減小負載，電流減小。 怎樣來改變電機的電樞電流呢？怎樣來改變電機的電樞電流呢？ 在實驗室中，常用直流發電機和負載電阻作為電動機的模擬負載，即直流電動機驅動一臺直流發電機，直流發電機的輸出電壓加在一可調電阻上。電動機轉速一定的情況下，直流發電機的輸出電壓不變，發電機輸出功率就是可調電阻上消耗的功率：2UPR減小可調電阻，發電機功率增大，也即直流電動機輸出功率增大，直流電動機的電樞電流增大；反之，減小可調電阻，電動機電樞電流減小。1.5 開環直流調速系統實驗開環直流調速系統實驗一、要知道實驗做什么？一