直流调速系统知识点
直流调速系统2
第三章 直流电动机调速系统本章教学重点：调速系统的性能指标 ；直流调速系统 。
本章教学难点：直流调速系统 。
第一节 直流调速基础知识一、直流调速系统的性能指标衡量一个调速系统的性能高低、质量好坏，必须从调速的稳定指标和动态指标两个方面考虑，即从调速系统的稳态指标和动态指标来分解调速系统的性能。
1． 稳态指标调速系统的稳态指标，是指系统处于稳定运行时的性能指标。
主要有静差率s 、调速范围D 、调速系统与负载配合能力等。
⑴ 静差率s静差率s 反映了当负载变化时电动机转速的变化程度，表示在电动机的某一条机械特性上，由理想空载增加到额定负载时的转速降落N n ∆（又称静态速降）与理想空载转速0n 之比，即 000n n n n n s NN ∆=-=，生产机械对静差率的要求是针对最低转速而言的。
⑵ 调速范围 D生产机械要求电动机能提供的最高转速max n 与最低转速之比min n 叫做调速范围，通常用D 表示，即 minmaxn n D =。
⑶ 调速系统与负载配合能力各种生产机械在调速过程中，电动机输出转矩与输出功率以及负载转矩与消耗功率，随转速变化的规律是各不相同的。
例如起重机、卷扬机等机械，在调速时，电动机轴上承受的负载转矩不变，其输出功率与转速成正比变化，这种调速称为恒转矩调速。
另一类生产机械，例如金属切削机床的主轴调速，电动机轴上的负载随转速的增大而减小，其输出功率基本维持不变，这种调速称为恒功率调速。
还有一类生产机械，如轧钢机，在其整个调速过程中，一部分要求恒功率调速，一部分要求恒转矩调速，这种调速可称为混合调速。
而风机、离心泵等负载，在调速时，负载转矩随转速的变化的平方关系成正比，轴上输出功率随转矩的立方成正比。
一般来说，调速方案的选择应充分考虑到拖动负载的性质，以保证拖动要求的实现，且充分发挥电动机的作用，否则，电动机容量不能充分利用而造成电能的浪费。
2． 动态指标生产机械的调速过程，即从一种转速调节到所需的另一种转速，并不是瞬间完成的，是一个动态的过渡过程。
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
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
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
直流调速系统概述
(2)弱磁调速（恒功率调速）
(3)电枢回路串电阻调速
※由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他 励电机的机械特性变软，所以在实际应用 中通常采用的是变电压调速。
• 晶闸管整流电路实现调压调速特点
优点：晶闸管整流装置经济、可靠，门极可直接 采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。 缺点（1）由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。 （2）当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很 低，并产生较大的谐波电流，从而引起电网电压 波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公 害”。
直流调速系统概述
概述
1.什么是调速？
将调节电动机转速，以适应生产要求的过程 称之为调速。
2.什么是调速系统？ 用于完成调速这一功能的自动控制系统就被 称为是调速系统。
3.为什么要调速？
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设 备，所以需要根据工艺要求调节其转速。
比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件 表面对刀具的磨损，因此加工时要求电机低 速运行。
5.直流调速应用
（1）无缝钢管生产
（3）纺织机
（2）造纸机
直流电机
一、直流电机结构
直流电机主要由定子和转子两大部分构成。 1.定子
主磁极：产生主磁场 ，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 定子 电刷装置：把直流电压和直流电流引入
机座和端盖：起支撑和固定作用。
2.转子（电枢）
转子
电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。
平波 电抗
Ld
Id +
M Ud
-
RP2
调节器
+
转速反馈控制的直流调速系统详解
一、V-M系统的机械特性
V-M系统等效电路
整流装置等效电路
直流电动机等效电路
V-M系统电压方程
ud0
E
id R
L
did dt
(2-2)
式中 E——电动机反电动势(V)； id——整流电流瞬时值(A)； L——主电路总电感(H)；
R——主电路总电阻(Ω) 。
V-M系统电压方程
图2-10 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 电压和电流波形
直流电动机电枢两端的平均电压为
Ud
ton T
U
s
U s
（2-17）
改变占空比 0 1 ，即可实现直流电动
机的调压调速。
令
Ud
Us
为PWM电压系数，则在不可逆
PWM变换器中
（2-18）
小结：
不可逆PWM变换器-直流电动机系统不允 许电流反向。
制动状态
在ton≤t<T期间，Vg2为正，VT2导通，在感 应电动势E的作用下，反向电流沿回路3能 耗制动。
在T≤t<T+ton（即下一周期的0≤t<ton）期间， Vg2为负， VT2关断，-id沿回路4经VD1续流， 向电源回馈能量。
VT2和VD1交替导通， VT1和VD2始终关断。
情况3：轻载电动状态 图2-11 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
四个管子轮流导通。 (d) 轻载电动状态的电流波形
情况3：轻载电动状态 图2-11 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
id
VT1通 VD2 Id减小到0
1
2
0
t4
4
ton
直流调速系统复习资料
直流调速系统复习资料直流调速系统复习资料直流调速系统是一种常见的电力传动系统，广泛应用于工业生产中。
它通过控制电机的电压和电流，实现对电机转速的精确调节。
本文将从基本原理、调速方式和常见故障等方面进行复习资料的总结。
一、基本原理直流调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。
在直流调速系统中，电源、电机和调速器是三个主要的组成部分。
电源是提供电能的来源，常见的有直流电源和交流电源。
直流电源常用于直流调速系统中，它可以提供稳定的直流电压。
电机是直流调速系统中的执行器，它将电能转化为机械能。
直流电机具有转速调节范围广、启动扭矩大等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。
调速器是直流调速系统中的核心部件，它通过改变电机的电压和电流来实现对电机转速的调节。
调速器通常由电阻、电容、晶闸管等元件组成，通过改变这些元件的电阻、容值或导通时间来改变电机的电压和电流。
二、调速方式直流调速系统有多种调速方式，常见的有电压调速、电流调速和外特性调速等。
电压调速是通过改变电机的电压来实现对转速的调节。
当电压增加时，电机的转速也会增加；当电压减小时，电机的转速也会减小。
电压调速简单可靠，适用于转速要求不高的场合。
电流调速是通过改变电机的电流来实现对转速的调节。
当电流增加时，电机的转速也会增加；当电流减小时，电机的转速也会减小。
电流调速精度高，适用于对转速要求较高的场合。
外特性调速是通过改变电机的外特性曲线来实现对转速的调节。
外特性调速可以根据负载的变化自动调节电机的转速，适用于负载波动较大的场合。
三、常见故障直流调速系统在使用过程中可能出现一些故障，常见的有电机过热、调速器故障和电源故障等。
电机过热是由于电机长时间工作或负载过大导致的。
当电机过热时，应及时停机并检查电机的散热系统是否正常。
调速器故障可能导致电机无法正常调速。
常见的调速器故障有晶闸管损坏、电容老化等。
当调速器故障时，应及时更换故障元件。
电源故障可能导致电机无法正常工作。
直流调速系统概述
直流调速系统的未来展望
应用领域：广泛应用于工业、交通、能源等领域 技术发展趋势：智能化、集成化、高效化 市场需求：随着环保和节能要求的提高市场需求将持续增长 技术挑战：需要解决直流调速系统的稳定性、可靠性和效率等问题
06
直流调速系统的优缺点 比较
与交流调速系统的比较
交流调速系统：控制复杂调 速范围窄但成本低维护简单
直流调速系统的原理
直流调速系统的基 本概念：通过改变 直流电动机的转速 来控制机械设备的 运行速度
直流调速系统的组 成：包括直流电源、 直流电动机、调速 器等
直流调速系统的工 作原理：通过改变 直流电动机的电枢 电压或励磁电流来 改变电动机的转速
直流调速系统的应 用：广泛应用于各 种需要精确控制速 度的机械设备中如 电梯、机床、起重 机等
直流调速系统概述
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汇报人：
目录 /目录
01
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04
直流调速系统 的性能指标
02
直流调速系统 的基本概念
05
直流调速系统 的应用场景和 发展趋势
03
直流调速系统 的控制方式
06
直流调速系统 的优缺点比较
01 添加章节标题
02
直流调速系统的基本概 念
直流调速系统的定义
直流调速系统是一种通过改变直流 电动机的转速来控制机械设备运行 的系统。
直流调速系统：控制简单调 速范围广但成本高维护复杂
直流调速系统：适用于大功 率、低速、高精度的场合
交流调速系统：适用于小功 率、高速、低精度的场合
与PWM控制方式的比较
直流调速系统：通过改变直流电机的电枢电压来调节转速具有结构简单、控制方便、调速范 围广等优点。
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142.斩波器调速系统
143.生产机械对调速装置的要求
144.调速范围
145.静差率
146有转速负反馈闭环直流调速系统的组成147.转速反馈
148.转速微分负反馈
149.转速反馈系数
150.电流反馈系数
151.直流电动机静态模型
152.无静差系统
153.有静差系统
154.静特性
155.静特性方程
156.静特性曲线
157.转速降落
158.最大转速
159.额定转速
160.理想空载转速
161.开环放大倍数
162.闭环放大倍数
163.数字调节器
164.可控直流电源静态放大倍数和静态模型164.直流电动机调速原理
166.G-M调速系统
167.有转速反馈直流调速系统静特性
168.有转速反馈直流调速系统静态结构图
169.开环调速系统与闭环调速系统的不同
170.转速负反馈闭环系统静态参试计算
171.晶闸管装置供电转速负反馈单闭环系统的调试
172.电流截止负反馈
173.电流截止负反馈环节
174.电流截止负反馈系统的静态结构图175.带电流截止负反馈闭环系统的静特性176.电流截止环节参数的计算
177.电压负反馈
178.电压负反馈环节
179.电压负反馈闭环系统的静态结构图180.电压负反馈系统的静特性
181.电压负反馈系统静参数计算
182.电流补偿控制
183.电流补偿控制的作用
184.电流补偿控制与转速反馈控制的不同185.前向通道
186.前向通道放大倍数
187.检测反馈元件
188.滤波元件
189.反馈通道
190.反馈通道放大倍数
191.开环前馈补偿
192.给定信号
193.给定元件
194.转速给定信号
195.电流给定信号
196.数字斜波给定
197.扰动信号
198.负载扰动
199.电源电压扰动
200.不可预见扰动
201.跟随性能
202.抗扰性能
203.反馈控制规律
204.转速电流双闭环系统的概念205.转速电流双闭环系统组成206.双闭环系统的工作原理
207.双闭环系统的静态结构图208.双闭环系统的静特性
209.双闭环系统各变量的稳态值210.双闭环系统稳态参数计算211.电流控制环的概念
212.电流控制环对电机运行性能分析213电流控制环实现形式
214.电机电流测量
215.转速控制环
216.转速控制环对电机运行性能分析217.转速控制环实现形式。