第2章1直流电动机调速方法.ppt

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 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 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 他励直流电动机等效电路 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。 他励直流电动机的基本方程式 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。 2.1.1 改变电枢回路电阻调速 工作条件： 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。 2.1.1 改变电枢回路电阻调速 工作效率： 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。 工作效率： 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。 2.1.3 调磁调速 工作效率： 三种调速方法的性能比较 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。 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。 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。 2.2.1 旋转变流机组 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G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。 G-M系统机械特性 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。 2.2.2 静止式可控整流器 V-M系统工作原理 VT是晶闸管可控整流器，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。 晶闸管整流电路原理 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ωt=π+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 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