直流調(diào)速技術(shù)第一章

1、第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述1. 了解直流調(diào)速的含義及其應(yīng)用。了解直流調(diào)速的含義及其應(yīng)用。2. 掌握直流調(diào)速的方法及分類。掌握直流調(diào)速的方法及分類。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速技術(shù)是一門專業(yè)課，是前面學(xué)習(xí)的模擬電子技術(shù)、電力電子變流技術(shù)和電機(jī)變壓器原理與維修的后續(xù)課程，與變頻技術(shù)PLC應(yīng)用技術(shù)等課程有著橫向的聯(lián)系。 第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述 本門課程在維修電工高級的職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)（2009年修訂）中占有很高的比重。在理論知識考試部分和技能操作考核部分，交直流傳動系統(tǒng)裝調(diào)維修均占25%。其中直流傳動系統(tǒng)的裝調(diào)維修比重約占交直流傳

2、動系統(tǒng)裝調(diào)維修的一半左右。 第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)之一。交直流調(diào)速系統(tǒng)的功能第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，分為調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電動機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型。調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)驅(qū)動電動機(jī)類型的不同，主要分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）張力控制系統(tǒng)多電機(jī)同步控制系統(tǒng)第一

3、章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述兩種調(diào)速系統(tǒng)性能的對比表第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例a) 龍門刨床b) 軋鋼機(jī)c) 地鐵d) 電車第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述一、直流電動機(jī)的調(diào)速方式一、直流電動機(jī)的調(diào)速方式定義：對直流電動機(jī)進(jìn)行啟動、制動、調(diào)速的系統(tǒng)，稱為直流調(diào)速系統(tǒng)。分類：直流電動機(jī)根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)、復(fù)勵電動機(jī)和永磁電動機(jī)。 第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流電動機(jī)從原理上看，具有兩個獨(dú)立的電路：一個是電樞回路，另一個是勵磁回路，其等效電路圖如圖所示。 直流電動機(jī)電

4、路圖第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述當(dāng)電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行起來時，直流電動機(jī)各物理量間的基本關(guān)系式如下： aaaaaaaaeeeeTaeLUEIUI REREUI RUI REEknnkkTkITTTe電磁轉(zhuǎn)矩；TL摩擦和負(fù)載阻力矩；KT轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ke電動勢常數(shù)。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述從上式中可以得出，直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和其他量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系為：aaeUI RnK要想改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n，有以下三種調(diào)速方法：調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速弱磁升速弱磁升速串電阻調(diào)速串電阻調(diào)速第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述1調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速通過調(diào)節(jié)電樞供電電壓，調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n

5、。電樞電壓只能在額定電壓以下進(jìn)行調(diào)節(jié)。三種調(diào)速方式的機(jī)械特性曲線a) 調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性曲線b) 弱磁升速的機(jī)械特性曲線c) 串電阻調(diào)速的機(jī)械特性曲線第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述2弱磁升速弱磁升速即通過減弱勵磁磁通 ，提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在電流較小的勵磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，其控制方便、能量損耗小、設(shè)備簡單，并且調(diào)速平滑性好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：機(jī)械特性會變軟，轉(zhuǎn)速受負(fù)載波動影響較大；最高轉(zhuǎn)速受到電機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，調(diào)速范圍不是很大。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述3串電阻調(diào)速串電阻調(diào)速通過改變電樞回路電阻R，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便

6、。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：切換電阻調(diào)速屬于有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差；機(jī)械特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差；輕載時調(diào)速范圍?。粨p耗較大，效率較低，經(jīng)濟(jì)性差。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述結(jié)論結(jié)論：對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)壓調(diào)速方式為最好。減弱磁通調(diào)速往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述（1）實(shí)驗器材直流電動機(jī)、固定和可調(diào)直流電源、兩個可變電阻器，測功機(jī)及轉(zhuǎn)速表。直流電動機(jī)三種調(diào)速方式的實(shí)驗演示直流電動機(jī)三種調(diào)速方式的實(shí)驗演示第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概

7、述（2）實(shí)驗步驟1）按圖示電路原理圖將電路連接好。直流電動機(jī)三種調(diào)速方式電路圖第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述演示電路接線第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述2）通電前檢查3）通電實(shí)驗調(diào)壓調(diào)速實(shí)驗演示 弱磁升速實(shí)驗演示串電阻調(diào)速實(shí)驗演示在以上三種調(diào)速實(shí)驗演示時，增加電動機(jī)所帶負(fù)載，觀察轉(zhuǎn)速的變化。并比較三種調(diào)速方式下，增加相同負(fù)載時，轉(zhuǎn)速變化的大小。4）斷電操作 第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述（3）實(shí)驗演示結(jié)論 直流電動機(jī)三種調(diào)速方式的實(shí)驗現(xiàn)象及特點(diǎn)比較調(diào)速方式調(diào)壓調(diào)速弱磁升速串電阻調(diào)速實(shí)驗操作 Ua Rf Ra 實(shí)驗現(xiàn)象 n n n增加相同負(fù)載時轉(zhuǎn)速的

8、變化轉(zhuǎn)速下降較小轉(zhuǎn)速下降較大轉(zhuǎn)速下降較大調(diào)速平滑性無級平滑調(diào)速無級平滑調(diào)速無級或有級調(diào)速機(jī)械特性較硬變軟變軟調(diào)速范圍調(diào)速范圍大調(diào)速范圍小輕載調(diào)速范圍小第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述二、調(diào)壓調(diào)速用的可控直流電源二、調(diào)壓調(diào)速用的可控直流電源旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）系統(tǒng)）靜止式可控整流器（靜止式可控整流器（V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述1旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）系統(tǒng)）定義定義：指由交流電動機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)

9、電機(jī)的勵磁電流并改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)；在停車或改變轉(zhuǎn)向時，可以實(shí)現(xiàn)回饋制動。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：系統(tǒng)至少需要兩臺發(fā)電機(jī)組，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、損耗大、效率低，安裝需打地基，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述2靜止式可控整流器靜止式可控整流器第一階段：采用閘流管或汞弧整流器的離子拖動變流裝置。第二階段：用晶閘管整流裝置給直流電動機(jī)提供可調(diào)的直流電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式稱為晶閘管晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡

10、稱V-M系統(tǒng)系統(tǒng)）。由V-M 系統(tǒng)構(gòu)成的直流調(diào)速柜第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍寬、工作可靠、效率高、經(jīng)濟(jì)性好。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?，如要?shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，需要兩套晶閘管變流裝置，主電路元器件多、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。（2）晶閘管對過電壓、過電流和過高的du/dt、di/dt都十分敏感。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述（3）系統(tǒng)工作時，會產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，形成“電力公害”，因此還需增加濾波裝置。由于V-M系統(tǒng)是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng)，也是本書主要介紹的內(nèi)容。第一章第一章

11、 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述3直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）利用現(xiàn)代電力電子器件的通斷控制進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均直流電壓進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速。若采用簡單的單管控制，稱為直流斬波器直流斬波器；若采用微處理器的數(shù)字輸出控制開關(guān)器件的通斷，稱為脈寬調(diào)制變換器脈寬調(diào)制變換器（PWM）。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述應(yīng)用直流斬波器的地鐵和電動車第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）主電路線路簡單，需要的功率器件少。（2）開關(guān)頻率高，電流連續(xù)并且諧波少，使電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小、發(fā)熱少。（3）低速性能好，穩(wěn)速性能高，調(diào)速范圍寬。（4）轉(zhuǎn)速

12、調(diào)節(jié)迅速，動態(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)。（5）器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，裝置的效率較高。（6）與V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)采用不可控整流電路，其從電網(wǎng)側(cè)看進(jìn)去的設(shè)備功率因數(shù)較高。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述三、晶閘管三、晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的類別電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的類別1開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的控制精度不高，轉(zhuǎn)速受負(fù)載波動、電網(wǎng)電壓變化等影響較大，常應(yīng)用于生產(chǎn)工藝要求低的場合。2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制或電壓負(fù)反饋，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度較高，轉(zhuǎn)速受負(fù)載波動影響小，常應(yīng)用于負(fù)載波動較大、轉(zhuǎn)速精度要求較高的場合。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)受負(fù)載波動、電網(wǎng)電壓變化等影響最小。該系統(tǒng)啟動時間短，可實(shí)現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)速控制，常應(yīng)用于轉(zhuǎn)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好的場合。第一章第一章 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)概述三種直流調(diào)速系統(tǒng)的性能對比表類型開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制方式轉(zhuǎn)速開環(huán)控制轉(zhuǎn)