chap8直流调速系统

直流调速系统
§8.1 概述
一、他励直流电机的机械特性
Ra U I n= K eΦ K eΦ Ra U = T = n0 Δn 2 K eΦ K e Kt Φ
二、他励直流电机的调速方法
改变电枢电路外串电阻R 改变电动机电枢供电电压U 改变电枢主磁通Φ
三、直流调速用可控直流电源
1. 旋转变流机组
ud id
ωt
ug
u g1
u g3
u g5
u g1
u g3
u g5
ωt
ud id
ωt
ωt
i T1
90
i T1
ωt
ωt
ωt
3、共阳极三相半波可控整流电路 、共阳极
u2
uu
uv
uw
id
ω t1 ω t 2 ω t 3
ud Ld Rd
ωt
ud
α
ωt
id
ωt
i T2
ωt
六、三相桥式全控整流电路
iu
ud
Rd
A P N1 P2 1 VT1 G
N1 P2 N 2
G
P2
VT2
K (a) (b)
K
3、晶闸管的伏安特性
IA
I G 2 > I G1 > I G IG = 0 IG 2 I G1
IH
U R 0 U RSM U RRM
U DRM U B 0 U A U DSM
4、晶闸管的主要参数
（1）断态重复峰值电压UDRM （2）反向重复峰值电压URRM （3）额定通态平均电流（额定正向平均电流）IT （4）维持电流IH
在同一负载电流下，闭环系统的转速降仅为开环系统转速降的 1/(1+K)倍，从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度减 少。
（3）在最大运行转速nnom和低速时的最大允许静差度S不变的情况 下，开环系统的调速范围为： D = nnom S
op
Δnop (1 S )
nnom S nnom S Dcl = = = (1 + K ) Dop 闭环系统调速范围为： Δncl (1 S ) Δnop (1 S ) 1+ K
u2 α = 0 uu
uv
uw
ωt2 ωt4 ωt6 ω t1 ω t 3 ω t 5 ω t 7
u 2L u uvu uwu vwu vuu wuu wvu uv ud
ωt
ωt
i T1
120
u T1
u uvu uwu vwu vuu wuu wvu uv
ωt
ωt
u uvu uw
七、晶闸管整流电路的触发电路
1、晶闸管对触发电路的要求
应能提供足够大的触发电流和电压 触发脉冲要有一定的宽度 触发脉冲要与主电路同步 触发脉冲的前沿要陡 不触发时触发电路的输出电压应小于0.2V
2、晶闸管常用触发电路
单结晶体管触发电路
1、脉冲形成电路 2、同步电路 3、移相电路
集成触发电路
微处理器触发电路
§8.3 晶闸管直流调速控制系统
二、单相半波可控整流电路
1、电阻性负载
u2
ωt1 π
2π
ωt
u1
u2 uT ud
id Rd
ug
ωt
ud
1 Ud = 2π
∫α
π
2U 2 sin ωtd (ωt )
α θT
uT
ωt
2U 2 1 + cos α (1 + cos α ) = 0.45U 2 = 2π 2
ωt
2、电感性负载电路
u2
ωt1 π ωt2 2π
可控整流器的输出电压为
则转速负反馈的晶闸管——电动机有静差调速系统的机械特性方程：
* K 0U n R n= I a = n0 f Δn f Ce (1 + K ) Ce (1 + K )
Kp——放大器的电压放大倍数； α——转速反馈倍数； Ce=KeΦ—— 反电势常数； K0=KpKs——从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数； K=αKpKs/Ce——闭环系统的开环放大倍数。
=
2、单闭环调速系统的稳定性和动态校正 系统特征方程 TmT1Ts 3 Tm (T1 + Ts ) 2 Tm + Ts s + s + s +1 = 0 1+ K 1+ K 1+ K 系统稳定充要条件
系统的静态结构图
Id R
* Un
+ －
Un
Kp
U ct
Ks
Ud 0
+
－
E
1 Ce
n
Un
α
3、开环调速系统与闭环调速系统的比较
* K p K sU n
开环系统有
n=
Ce
RI d = n0 op Δnop Ce
闭环系统有
n=
* K p K sU n
Ce (1 + K )
RI d = n0 cl Δncl Ce (1 + K )
（1）在给定电压一定时，有
n ocl
* n K 0U n = = 0 op C e (1 + K ) 1 + K
闭环系统所需的给定电压要比开环系统高（1＋K）倍，有利于减小 给定误差对转速的影响。但是，若突然失去转速负反馈，就可能造 成严重事故。 （2）在相同负载条件下，则
Δncl = Δnop R Ia = Ce (1 + K ) 1+ K
1）有静差，系统是利用偏差来进行控制的 2）转速n（被调量）紧随给定量Un*的变化而变化 3）对包围在转速反馈环内的各种干扰都有很强的抑制 作用 4）系统对给定量Un*和检测元件的干扰没有抑制能力
二、单闭环调速系统的动态分析
1、单闭环调速系统的动态数学模型 直流电机U d 0 ຫໍສະໝຸດ s)I dL ( s )
闭环系统的调速范围是开环系统的（1+K）倍。 提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有 效措施。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定 现象。
4、闭环调速系统的特性变硬的机理
U d 04 U d 03 U d 02 U d 01
I d1
Id 2
Id 3
Id 4
5、系统基本特性
n
（或 ） b ±5% ±2% C
C∞1
VCmax
C∞ 2
N
0
tv
t
(1) 动态降落Δ Cmax％ 系统稳定运行时，突加一定数值的 阶跃扰动(例如额定负载扰动)后所引起的输出量最大降 落，用原稳态值C∞l的百分数表示。 (2)恢复时间tv 从阶跃扰动作用开始，到输出量恢复到与 新稳态值C∞2之差进入某基准量Cb的±5％(或±2％)范围 之内所需的时间，定义为恢复时间tv 。其中Cb称为抗扰 指标中输出量的基准值，视具体情况选定。
t
U ct 2
0 t
t1 t2 t3
t4
U do ( s ) Ks Ts s = Kse ≈ U ct ( s ) Ts s + 1
单闭环调系统的动态结构图和传递函数
I dL ( s )
R (T1s + 1)
U d 0 (s)
U n ( s)
U ct ( s )
KP
Ks T1s + 1
U d 0 (s)
一、具有转速负反馈的单闭环调速系统 二、无静差转速负反馈的单闭环调速系统 三、转速电流双闭环调速系统
闭环系统的结构框图
一、具有转速负反馈的单闭环调速系统
1、系统组成
2、系统的静特性
* U d = K sU ct = K s K p (U n α n) 对于电动机电枢回路，则有 U d = K e Φn + I a R = Ce n + I a R
Cmax C∞ σ= × 100% C∞
（3）调节时间ts 在阶跃响应过程中，输出衰减到与稳态值 之差进入±5％或±2％ 允许误差范围之内所需的最小时 间，称为调节时间，又称为过渡过程时间。调节时间用 来衡量系统整个调节过程的快慢，ts小，表示系统的快速 性好。
抗扰性能指标
(1)动态降落 ΔCmax％ (2)恢复时间tv
nnom S D= Δnnom (1 S )
2、动态指标
跟随性能指标 当给定信号的变化方式不同时，输出响应也不同。 （1）上升时间tr （2）超调量σ （3）调节时间ts C∞
n
Cmax
（或 ） ∞ ±5% ±2% C
Cmax C∞
0
tr
ts
t
（1）上升时间tr 在阶跃响应过程中，输出量从零起第一次 上升到稳定值C∞所需时间，它反映动态响应的快速性。 （2）超调量σ 在阶跃响应过程中，输出量超出稳态值的 最大偏差与稳态值之比的百分值。
§8.2 晶闸管可控直流电源
晶闸管及电力电子技术 单相半波可控整流电路 单相桥式可控整流电路 三相半波可控整流电路 三相桥式可控整流电路
一、晶闸管及电力电子技术
电 力 电 子 技 术
电力电子器件
电力电子电路
二极管 晶闸管（SCR）
电 力 电 子 器 件
可关断晶体管（GTO） 功率晶体管GTR 绝缘栅双极型晶体管IGBT 智能功率模块（IPM） ……..
ωt ωt
i2
ωt
2、电感性负载电路
ud ud uT 1
ωt
i2 u1 u2 ud
id
Ld Rd
α
iT 1 Id Id
α
ωt
ωt
Id
iT 2
iD 4 iD 3 i2
ωt
Id Id Id