7直流调速
直流电机工作原理及调速
直流电机的基本工作原理直流励磁的磁路在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。
在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直流电动机。
此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。
直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。
在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。
虽然直流发电机和直流电动机的用途各不同，但是它们的结构基本上一样，都是利用电和磁的相互作用来实现机械能与电能的相互转换。
直流电机的最大弱点就是有电流的换向问题，消耗有色金属较多，成本高，运行中的维护检修也比较麻烦。
因此，电机制造业中正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大量代替直流电动机。
不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得了很大进展。
包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两条基本原则制造的。
一条是：导线切割磁通产生感应电动势；另一条是：载流导体在磁场中受到电磁力的作用。
因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。
从上述原理可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电、磁这两个矛盾着的对立面的统一。
我们在这一章里讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的“磁”和“电”如何相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势、电磁转矩、电磁功率、电枢反应等）。
一、直流发电机的基本工作原理直流发电机和直流电动机具有相同的结构，只是直流发电机是由原动机（一般是交流电动机）拖动旋转而发电。
可见，它是把机械能变为电能的设备。
直流电动机则接在直流电源上，拖动各种工作机械（机床、泵、电车、电缆设备等）工作，它是把电能变为机械能的设备。
直流电机的调速指标
直流电机的调速指标（1）调速范围电动机额定负载的调速范围指的是可以运行的最高转速和最低的转速的比，用D 表示minmax n n D = ，不同的机械生产，对电动机要求的调速范围不一样，需要尽可能的降低电动机的最低转速，尽可能的提高电动机最高转速。
电动机最高转速，受到电动机的电压等级和机械强度方面的限制，低转速会被相对稳定性的限制。
（2）静差率（相对稳定性）转速的相对稳定性就是指负载变化的时候，转速变化的稳定程度。
如果转速变化不大，转速的稳定性就很好。
转速的静差率用相对稳定性来代表，电动机在机械上运动的时候，由理想空载运转到额定负载时，电动机的转速降和理想的空载转速的比值，叫做静差率，计算公式:000n n n n n -=∆=δ(3-7)电动机的机械特性曲线中，在一定的条件中，硬度与静差率成比例关系，机械特性硬，转速的稳定性就好。
静差率与调速范围两个指标是相互制约的。
若对静差率的这个要求指标要求越高，则调速范围就越小；反之，若要求条数范围越大，则静差率也越大，转速的相对稳定性越差。
机械生产对相对的静差率的要求本身是不同的，有的精度高，有的可以精度低一点，一般普通的机床要求的静差率不能大于30%，但是精度很高的造纸机床要求的静差率＜0.1%，在保证一定的静差率指标的基础上，如果需要扩大调速的范围，就需要减小转动的速度，也就是提高机械的硬度。
（3）调速的平滑型在调速范围内的调速级数越多就可以说调速越平滑，相邻两级转速的比叫做平滑系数，即1-=i i n n ϕ(3-8) 值越接近1，则平滑型越好，当值为1时，称为无极调速，当调速不连续，级数有限时，称为有级调速。
（4）调速的经济型主要指设备的投资，运行效率级维修等用。
直流电机调速控制ppt课件
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 p半pt精导选体版变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网
④反馈信号用光电耦合电路取样。
参考教材
电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原
理 上网
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⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
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这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
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电子技术基础 维修电工（技 师 高级技师） 半导体变流技 术 电力电子技术 自动控制原 理 电机与变压器 上网
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⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
参考教材 电子技术基础 上网
场效应管增强型N-MOS
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⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速
直流调速系统
GT
Ud
Id
-
- Un +
+ RP2
-
n
+ IG
-
U tg
V-M闭环系统原理框图
-
( a ) 给 定 环 节 —— 产 生 控 制 信 号 ： 由 高 精 度 直 流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。 (b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装臵环节（组合体）--功率放大
nnom 1000r/min、 Ra=0.05Ω
晶闸管整流器的内阻
Ks=30 问 题
Rrec=0.13Ω
要求D=20，s≤5%
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
特点：
损耗较大、有级 调速，机械特性 较软。 (2)弱磁调速 特点： 只能弱磁，调 速范围小
工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围 。
n
Φn Φ2 Φ1 Φ1 Φ2 Φn nn Un U d3 U d2 U d1 Ten
图1-2 调压和调 磁时的机械特性
U d1 U d2 U d3 U n
①系统结构图
U n
Un U d0
电动机
U n
放大器
U ct 整流器及
触发装置
n
速度检测
②系统中各环节的稳态输入输出关系如下： 电压比较环节 放大器
* U n U n Un
U ct K P U n
晶闸管整流器及触发装臵 U d 0 K sU ct
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第3章7直流电动机的起动、调速和制动
调速的方法
U I a Ra n Ce
磁场控制
9 调励磁电流调速
电机学
调速 Speed Governing
调速：调节转速、转速控制 电动机调速的基本要求
– – – –
n nN n1 t1 O t
调速范围：D=nmax/nmin 平滑性 经济性
调速设备简单、可靠、操作方便
10
电机学
If
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电机学
直流电动机的反接制动
方法
励磁回路不变，将加在电枢回路的电 压反接。
-U=Ea+Ia(Ra+RL) Ia=-(U+Ea)/(Ra+RL) 将产生很大的制动性质的电磁转矩。
原理
19
电机学
直流电动机的反接制动
+ U 电动
Q 制动 B n0
n A
Ra
Ia
RL I’a + Ea –
n Ia1
If3
ia
n0
O
If1>If2>If3
If2
If1 TeN Te
IaN n1 nN
O
Te=CTΦIa
n
13
t
电机学
串励电动机的调速
n n
TL
Rs1<Rs2<Rs3 Rs1 Rs3 O Rs2 Te O
TL U1>U2>U3 U1 U3 U2 Te
调速方式 改变Rs 改变U
14
主要优点 简单 转速可调低、可调高
他励和并励电动机的调速 ▲电枢回路串电阻调速
n
n0 RΩ=0
IaN nN n1
自动控制原理与系统第7章直流调速系统
若略去平波电抗器Ld的电压降落ULd，则电枢电压Ua可近似等于
Ud(Ud=Ua+ULd)。当电枢电压Ua增加时，转速n将增加。因此，调节 给定电压Us，即可调节转速n的数值。
图 7-2 具有转速反馈的直流调速系统组成框图
• 当负载转矩TL发生变化时（今设TL增加），则 电动机的转速将下降（n ），则反馈环节的反
•Tn------速度调节器时间常数 T=RnCn ；
•Ke--------电动机电动势恒量 •Φ--------电动机工作磁通量(磁极磁通
•Ki------电流调节增益.Ki=Ri/R0 量） ；
•Ti-------电流调节器时间常数 Ti=RiCi ；
•JG--------电动机及机械负载折合到电 动机转轴上的机械转速惯量；
系统的动态性能分析
• 适当降低增益（即调低比例系数Kk），将使系 统的稳定性改善（ 、 N ），但稳态误差
（ ess ）将有所增大。
实例分析
分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是: 主电路→触发电路→控制电路→辅助电路
(包括保护、指示、报警等）
7.2 转速和电流双闭环直流调速系统
系统的组成：
假设 n Usn / ，其自动调节过程如下：
直至
n Usn
，Un 0
调节过程才结束
图 7-8 速度环的自动调节过程
图 7-9 转速、 电流双闭环直流调速系统框图
框图中的系统结构参数有共13个
•Kn-----速度调节增益。Kn=Rn/R0 ；•KT-------电动机电磁转矩恒量；
馈电压将减小（ U fn ），于是偏差电压 将增U 大Us(Ufn )，经电压U放 大和功率放大后，整
流输出电压Ud也将增大，而
直流电机的调速的方法
直流电机的调速的方法直流电机是一种常见的电动机，它的特性是输出电压和电流是直流的，因此将其应用在不同的机械设备中时，需要根据实际需要对其进行调速，从而满足不同的工作要求。
直流电机调速的方法主要有以下几种：1. 电压调速法电压调速法也称为励磁调速法，就是通过改变电源电压的大小来改变电机的转速。
在实际应用中，常常采用直流电阻切换或场极并联调节的方法来达到不同的调速效果。
在电压调速法中，当电源电压增加时，电机的励磁电流也随之增加，进而使得电机的转矩增大，从而实现调速的目的。
但是，这种调速方式的效率较低，因为当电压降低时，电机的励磁电流也会随之减小，从而使得电机的转矩下降，甚至达不到需要的工作要求。
2. 电流调速法电流调速法也称为串联调速法，就是通过改变电机的电阻大小来改变电机的转速。
在实际应用中，常常采用外加电阻或场极串联调节的方法来实现不同的调速效果。
在电流调速法中，当电阻增加时，电机的总电阻增大，进而使得电机的总电流减小，这时电机的转速也会相应降低，从而实现调速的目的。
但是这种调速方式也存在一定的缺陷，主要是因为电阻耗散能量较大，因此这种调速方式的效率较低。
3. 常规调速法常规调速法是根据工作负载的大小来调节电机的转速。
当工作负载增大时，需要电机输出更多的转矩，从而调高电机的转速；当工作负载减小时，需要电机输出较小的转矩，从而调降电机的转速。
常规调速法的优点是可靠性高、调节精度高，但是需要根据不同的工作负载进行反复调整，因此调节时间较长，不便于实时调节。
4. 变频调速法变频调速法是目前应用最广泛的电机调速方法，它通过改变电机供电电压频率来调节电机转速。
具体来说，变频器是将固定电压电源的输入电压通过变换器组件转换为定电压、可调频率的高压电源，通过改变这个高压电源的输出频率来调节电机的转速。
变频调速法的优点是调速范围大、调节精度高、效率高、稳定性好，因此在各种领域中都有广泛的应用，例如机械制造、电力工业、化工、交通运输等。
7第七章直流调速系统ppt课件
7.1 直流调速系统概述 7.2 单闭环直流调速系统 7.3 带电流截止负反馈的闭环调速系统 7.4 闭环调速系统设计实例 7.5 多环直流调速系统
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7.1 直流调速系统概述
7．1．1．直流调速系统的基本概念
在自动控制系统中，电力拖动系统是最重要的应用系统之一，
而电动机又是电力拖动系统的核心部件，它是将电能转化为机械能
的一种有力工具。根据电动机供电方式的不同，它可分为直流电动
机和交流电动机。由于直流电动机具有良好的启、制动性能，而且
可以在较大范围内平滑的调速，因此，在轧钢设备、矿井升降设备、
挖掘钻探设备、金属切削设备、造纸设备、电梯等需要高性能可控
制电力拖动的场合得到了广泛的应用。但直流电动机本身有着一些
7.1 直流调速系统概述
转速下限受低速时运转不稳定性的限制。对于要求在一定范围 内无级平滑调速的系统来说，此调速方式较好。改变电枢电压调速 (简称调压调速)是直流调速系统的主要调速方式。
2．改变励磁电流调速方式
改变电动机励磁回路的励磁电压大小，可改变励磁电流大小， 从而改变励磁磁通大小而实现调速，此种调速方式称为改变励磁电 流调速方式。其机械特性如图7－2所示。
这种调速方案属于恒功率调速。调磁调速的调速范围不大，一
般只是配合调压调速方式，在电动机额定转速之上作小范围的升速。
将调压调速和调磁调速复合起来则构成调压调磁复合调速系统，
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7.1 直流调速系统概述
可得到更大的调速范围，额定转速以下采用调压调速，额定转 速以上采用调磁调速。 3．电枢回路串电阻调速方式 在电动机电枢回路串接附加电阻，改变串接电阻的阻值，也可 调节转速，此种调速方式称为电枢回路串电阻调速方式。 这种调速方式只能进行有级调速，且串接电阻有较大能量损耗， 电动机的机械特性较软，转速受负载影响大，轻载和重载时转速不 同。另外，该调速方式中的调速电阻损耗大，经济性差，一般只应 用于少数性能要求不高的小功率场合。其机械特性如图7－3所示。