電機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)課件 項(xiàng)目二 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)

電機(jī)控制與調(diào)速項(xiàng)目二

直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動(dòng)場(chǎng)合，廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。從控制技術(shù)角度來看，直流調(diào)速系統(tǒng)是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。【相關(guān)知識(shí)和技能】直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動(dòng)機(jī)供電，通過改變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該方法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場(chǎng)合?！卷?xiàng)目工作場(chǎng)景】

直流電動(dòng)機(jī)分為有換向器和無換向器兩大類。發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制方法可獲得較寬的調(diào)速范圍、較小的轉(zhuǎn)速變化率和平滑的調(diào)速性能。主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。晶閘管變流器供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動(dòng)態(tài)性能、可靠性有了很大的提高。目前電力電子技術(shù)中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)。目錄CONTENTS任務(wù)一、直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速技術(shù)任務(wù)二、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)一直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速技術(shù)目錄CONTENTS【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。1.了解直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。2.掌握直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。3.熟悉直流電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速原理和方法?！救蝿?wù)目標(biāo)】直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子（又稱電樞）兩大部分組成。定子、轉(zhuǎn)子之間有一定的間隙，稱為氣隙。（1）定子定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)并作電機(jī)的機(jī)械支撐，他由主磁極、換向極、電刷裝置、機(jī)座、端蓋等組成。①主磁極：主磁極是一種電磁鐵，它是由主磁極鐵心和套在鐵心上的主磁極繞組(又稱勵(lì)磁繞組)組成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。主磁極用來產(chǎn)生一個(gè)恒定的主磁場(chǎng)，它總是成對(duì)的，相鄰磁極的極性按N極和S極交替排列。勵(lì)磁繞組的兩個(gè)出線端引到接線盒上，以便外接直流勵(lì)磁電源的正負(fù)極。改變勵(lì)磁電流的方向，就能改變主磁場(chǎng)的方向。②換向磁極：換向極裝在兩個(gè)主磁極間，也是由鐵心和繞組組成。它的作用是產(chǎn)生一個(gè)附加磁勢(shì)，抵消交軸電樞反應(yīng)磁勢(shì)，并在換向區(qū)域內(nèi)建立一個(gè)磁場(chǎng)，使換向元件中產(chǎn)生一個(gè)附加電勢(shì)去抵消電抗電勢(shì)，從而可以避免電樞換向過程中在電刷下出現(xiàn)火花，以保護(hù)電機(jī)。③電刷裝置④機(jī)座（2）轉(zhuǎn)子(電樞)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩都在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生，是電機(jī)的重要部件。轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成。（a）（b）①電樞鐵心

電樞鐵心是磁路的一個(gè)部分，用來嵌放電樞繞組。②電樞繞組

電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過電流，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換。

③換向器

換向器的作用是將電樞繞組中的交流電動(dòng)勢(shì)和電流轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)和電流。2.直流電動(dòng)機(jī)的工作原理（1）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。

電刷兩端加上直流電壓，線圈abcd內(nèi)便有電流通過，通電導(dǎo)體ab和cd在主磁極磁場(chǎng)內(nèi)受到電磁力的作用（左手定則判斷受力方向）產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，若電磁轉(zhuǎn)矩能克服電樞軸上的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將旋轉(zhuǎn)起來。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后，電樞繞組又切割主磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向可由右手定則判定，正好與通入的電流方向相反，因此，稱此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為反電動(dòng)勢(shì)。輸入的直流電能必須克服電動(dòng)機(jī)內(nèi)反電動(dòng)勢(shì)的作用，才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)正常工作，從而實(shí)現(xiàn)將電源的電功率轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率。（2）電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電樞繞組受到電磁力作用時(shí)，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，該電磁轉(zhuǎn)矩為：式中CT—轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電機(jī)構(gòu)造有關(guān)，CT=pN/2πa；p—磁極對(duì)數(shù)；

N—電樞繞組總的有效導(dǎo)體根數(shù)；a—電樞繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；Φ—每極磁通，單位：Wb；Ia—電樞電流，單位：A。電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)來說是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是由電源供給電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換來的，能夠拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)；對(duì)發(fā)電機(jī)來講是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)必須克服電磁轉(zhuǎn)矩才能使電樞轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)出電能。（3）電樞電動(dòng)勢(shì)

當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，其大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁通成正比，即：式中

p—磁極對(duì)數(shù)；N—電樞繞組總的有效導(dǎo)體根數(shù)；

a—電樞繞組并聯(lián)支路對(duì)數(shù)；n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位：r/min。電樞電動(dòng)勢(shì)在電動(dòng)機(jī)中是個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，而在直流發(fā)電機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)則是電源電動(dòng)勢(shì)。3.直流電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)主磁極勵(lì)磁繞組與電樞電路之間的連接方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)一般分為４種：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。（1）他勵(lì)電動(dòng)機(jī)

勵(lì)磁繞組與電樞繞組分別由獨(dú)立的直流電源供電，如圖a。（2）并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，由同一直流電源供電，如圖b。（3）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流等于電樞電流，如圖c。（4）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

勵(lì)磁繞組分成兩部分，一部分與電樞并聯(lián)，另一部分與電樞串聯(lián)，如圖d。通常采用的是積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，其兩勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致。二、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法調(diào)速是為了滿足工作機(jī)械對(duì)不同轉(zhuǎn)速的需要，而人為的對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：可知，在一定負(fù)載下，改變電樞電路的電阻、磁通、電樞電壓三者中的任一參數(shù)，都能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。1.調(diào)速指標(biāo)（1）調(diào)速范圍工作機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，用系數(shù)D表示。（2）靜差率靜差率也稱相對(duì)穩(wěn)定性，是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，用δ表示。不同的生產(chǎn)設(shè)備對(duì)靜差率的要求不相同，一般設(shè)備要求δ取30%～50%，高精度的設(shè)備要求δ<0.1%。如龍門刨床主拖動(dòng)要求為δ取0.05～0.1、普通車床要求δ≤0.3，冷軋機(jī)要求δ≤0.02。（3）調(diào)速的平滑性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)調(diào)速的級(jí)數(shù)越多調(diào)速就越平滑，相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比稱為平滑系數(shù)φ。φ值越接近1，平滑性越好，當(dāng)φ=1時(shí)，稱為無級(jí)調(diào)速。（4）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性指調(diào)速所需的設(shè)備投資、調(diào)速過程中的能量損耗以及電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)能否得到充分利用。在選擇調(diào)速方法時(shí)，既要滿足負(fù)載的要求，又要使電動(dòng)機(jī)得到充分利用。充分利用的標(biāo)志就是使工作電流為電機(jī)的額定電流。2.電樞電路串電阻調(diào)速

保持電壓U和磁通Φ均為額定值不變，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL一定時(shí)，在電樞回路中串入調(diào)速電阻Rpa，特性曲線的斜率增加，轉(zhuǎn)速將降低，實(shí)現(xiàn)了調(diào)速目的。

這種調(diào)速方法簡單易行，但只能從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)。Rpa的串入使機(jī)械特性變軟，靜差率增大，調(diào)速的范圍D一般小于2，并且調(diào)速的平滑性差，能量損耗大，調(diào)速效率低。只能適用于小容量、短時(shí)間調(diào)速的場(chǎng)合。3.弱磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，磁路接近飽和，改變磁通只能從額定磁通向下調(diào)，因此，弱磁調(diào)速是在電樞電壓保持不變的情況下，在勵(lì)磁回路中串入電阻或降低勵(lì)磁回路電壓，使勵(lì)磁電流減小，磁通減弱，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升的一種調(diào)速方式，如圖。4.降低電樞電壓調(diào)速保持磁通不變，降低電樞電壓將使理想空載轉(zhuǎn)速n0降低，轉(zhuǎn)速降Δn保持不變，即得到一組與固有機(jī)械特性相平行的曲線，如圖右圖所示。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電樞電壓的降低，使轉(zhuǎn)速下降，實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。以上的敘述主要是針對(duì)他（并）勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言的，對(duì)串磁電動(dòng)機(jī)也可采用電樞串電阻和降低電壓的方法，調(diào)速原理與他勵(lì)電動(dòng)機(jī)基本相同。改變磁通調(diào)速在串勵(lì)電動(dòng)機(jī)中使用較少，若要采用該方法，可在電樞繞組兩端或在串勵(lì)繞組兩端并聯(lián)電阻以達(dá)到減小勵(lì)磁電流的目的。例4—1:一臺(tái)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，PN=10KW，UN=UfN=220V，IN=52.6A，nN=1500r/min，Ra=0.3Ω，在額定負(fù)載下，求：（1）電樞電路串入電阻Rpa=0.5Ω時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。（2）電源電壓下降20%，Rpa=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。（3）磁通減弱10%，Rpa=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速?！救蝿?wù)實(shí)施】訓(xùn)練項(xiàng)目一：直流電動(dòng)機(jī)的拆裝一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測(cè)電筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬用表、5050型兆歐表。3.器材：直流電動(dòng)機(jī)。二、直流電動(dòng)機(jī)的拆裝（1）拆卸。打開電動(dòng)機(jī)接線盒，拆下電源連接線。在端蓋與機(jī)座連接處作好標(biāo)記。（2）取出電刷打開換向器側(cè)的通風(fēng)窗，卸下電刷緊固螺絲，從刷握中取出電刷，拆下接到刷桿上的連接線。1.直流電動(dòng)機(jī)的拆裝步驟及要點(diǎn)（3）拆卸軸承外蓋

拆除換向器側(cè)端蓋螺絲和軸承蓋螺絲，取出軸承外蓋；拆卸換向器端的端蓋，必要時(shí)從端蓋上取下刷架。（4）抽出轉(zhuǎn)子抽出電樞時(shí)要小心，不要碰傷電樞。（5）拆卸轉(zhuǎn)子用紙或軟布將換向器包好。拆下前端蓋上的軸承蓋螺絲，并取下軸承外蓋[將連同前端蓋在內(nèi)的電樞放在木架上或木板上；軸承一般只在損壞后方可取出，無特殊原因，不必拆卸。2.直流電動(dòng)機(jī)的裝配步驟訓(xùn)練項(xiàng)目二：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速控制電路的安裝與調(diào)試一、設(shè)備器材1.工具:測(cè)電筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:兆歐表、萬用表。

3.電氣元件：并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速控制線路安裝器材全套。二、訓(xùn)練步驟1.電氣原理圖識(shí)讀與分析并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)控制電路如圖工作原理分析如下:啟動(dòng)前工作原理分析，

檢查變阻器RS和RP，其中變阻器RP應(yīng)處于短接狀態(tài)，變阻器RS的手輪置于0位。合上電源開關(guān)QF，接通直流電源。啟動(dòng):慢慢旋轉(zhuǎn)手輪8，使手輪從0位轉(zhuǎn)到靜觸頭1，此時(shí)變阻器RS的全部電阻接入電樞電路，電動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，將手輪依次轉(zhuǎn)到靜觸頭2、3、4、5等位置，使啟動(dòng)電阻逐級(jí)切除直至完全切除，此時(shí)電磁鐵6吸住手輪銜鐵9，直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)速:調(diào)節(jié)調(diào)速變阻器RP，逐漸增大其阻值，從而減小了電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組的阻值，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高。但要注意轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)的過高，防止出現(xiàn)“飛車”事故。2.電器元件安裝固定(1)列表并清點(diǎn)、檢查器材元件完好，并填入表中。(2)設(shè)計(jì)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速控制線路電器布置圖。(3)根據(jù)電氣安裝工藝規(guī)范安裝固定元器件。3.電氣控制電路連接(1)設(shè)計(jì)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速控制線路電氣接線圖。(2)按電氣安裝工藝規(guī)范實(shí)施電路布線連接。4.電氣控制電路通電試驗(yàn)、調(diào)試排故。(1)學(xué)生先按圖檢查接線正確性。(2)經(jīng)指導(dǎo)教師復(fù)查認(rèn)可，且在場(chǎng)監(jiān)護(hù)的情況下進(jìn)行通電校驗(yàn)。(3)通電校驗(yàn)的操作順序是：①合上電源開關(guān)QF前，先檢查啟動(dòng)變阻器RS的手輪是否置于最左端的0位;調(diào)速變阻器R的阻值是否調(diào)到零。②合上電源開關(guān)QF。③慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)變阻器手輪8，使手輪從0位逐步轉(zhuǎn)至5位，逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻。在每切除一級(jí)電阻后要停留數(shù)秒鐘，用轉(zhuǎn)速表測(cè)量其轉(zhuǎn)速，并填人表中。用鉗形電流表測(cè)量電樞電流以觀察電流的變化情況。④調(diào)節(jié)調(diào)速變阻器R，在逐漸增大其阻值時(shí)，要注意測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)速不能超過電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速2000r/min。測(cè)量結(jié)果填入表中。⑤停轉(zhuǎn)時(shí)，切斷電源開關(guān)QF，將調(diào)速變阻器Rp的阻值調(diào)到零，并檢查啟動(dòng)變阻器RS是否自動(dòng)返回起始位置。

⑥如若在校驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障，學(xué)生應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行調(diào)試、排故。

⑦斷開電源，先拆除電源線，再拆除電動(dòng)機(jī)接線，然后整理訓(xùn)練場(chǎng)地，恢復(fù)原狀?！救蝿?wù)總結(jié)】直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理是必須理解的重要內(nèi)容，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速的方法以及相對(duì)于交流調(diào)速優(yōu)缺點(diǎn)也必須重點(diǎn)掌握，除此之外還應(yīng)該了解直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)知識(shí)。任務(wù)二晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)目錄CONTENTS【任務(wù)目標(biāo)】1.熟悉晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制電路、觸發(fā)電路、主電路和勵(lì)磁電路的工作原理;2.掌握本系統(tǒng)調(diào)試測(cè)量及調(diào)速操作方法;3.掌握本系統(tǒng)常見故障的分析及檢修方法?！局R(shí)準(zhǔn)備】一、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)簡介

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，在不同的場(chǎng)合下要求生產(chǎn)機(jī)械采用不同的速度進(jìn)行工作，以保證生產(chǎn)機(jī)械的合理運(yùn)行，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。改變生產(chǎn)機(jī)械的工作速度就是調(diào)速，調(diào)速的方法主要有兩種：一是采用機(jī)械方法進(jìn)行調(diào)速；二是采用電氣方法進(jìn)行調(diào)速。機(jī)械調(diào)速是人為地改變機(jī)械傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比來達(dá)到調(diào)速的目的，而電氣調(diào)速則是通過改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性來達(dá)到調(diào)速的目的。在現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械中，廣泛采用電氣方法進(jìn)行調(diào)速，組成自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)有直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。鑒于直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，在現(xiàn)代生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。二、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)特性

對(duì)于一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)要不斷地處于啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及突然加減負(fù)載的過渡過程，此時(shí)，必須研究相關(guān)電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如穩(wěn)定性、快速性、動(dòng)態(tài)誤差等。1.跟隨指標(biāo)：系統(tǒng)對(duì)給定信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，稱為“跟隨”性能，一般用最大超調(diào)量σ，超調(diào)時(shí)間ts和震蕩次數(shù)N三個(gè)指標(biāo)來衡量。

2.抗擾指標(biāo):擾動(dòng)量作用時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能稱為抗擾性能。一般用最大動(dòng)態(tài)速降Δｎｍａｘ、恢復(fù)時(shí)間tf和振蕩次數(shù)Ｎ來衡量如圖所示為突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。最大動(dòng)態(tài)速降反映系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。三、G-M系統(tǒng)1.系統(tǒng)工作原理發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)，簡稱G—M系統(tǒng)。簡單的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。該裝置由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁電流if

即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。2.系統(tǒng)特性G—M系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可逆運(yùn)行。缺點(diǎn)是設(shè)備多，體積大，成本高，效率低，有振動(dòng)和噪音，維護(hù)麻煩，響應(yīng)時(shí)間慢，放大倍數(shù)低。四、V-M系統(tǒng)1.工作原理晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)。如圖2-16所示，VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。2.系統(tǒng)特性：（1）由于晶閘管單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)可逆運(yùn)行造成困難。（2）晶閘管對(duì)過電壓、過電流和過高的du/dt與di/dt都十分敏感，若超過允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件，設(shè)計(jì)時(shí)留有2-3倍余量。（3）處于深度調(diào)速狀態(tài)（低速運(yùn)行），可控硅導(dǎo)通角小，系統(tǒng)功率因數(shù)很低，產(chǎn)生高次諧波電流，由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，應(yīng)增加無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。五、晶閘管有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)。

為了提高晶閘管有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，提高系統(tǒng)的機(jī)械特性硬度，在系統(tǒng)中通常設(shè)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋和電流正反饋等環(huán)節(jié)，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。1.具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL增大時(shí)，該系統(tǒng)將同時(shí)存在兩個(gè)調(diào)節(jié)過程。一個(gè)是電動(dòng)機(jī)本身特性決定的，當(dāng)負(fù)載增大、轉(zhuǎn)速降低時(shí)，電機(jī)電樞電流增大，使電磁轉(zhuǎn)矩T自動(dòng)增大，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。另一個(gè)是反饋環(huán)節(jié)的作用，使控制電路產(chǎn)生相應(yīng)變化，結(jié)果使電樞電壓增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大。

上述兩個(gè)調(diào)節(jié)過程，最后都使T=TL，運(yùn)行在新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。既然電動(dòng)機(jī)本身能自動(dòng)達(dá)到T=TL，那么加入反饋環(huán)節(jié)的特殊作用表現(xiàn)為：

如無反饋環(huán)節(jié)，電機(jī)內(nèi)部的電磁轉(zhuǎn)矩將沿著自身的機(jī)械特性變化。如在圖中，原來負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL1，電樞電壓為Ud1，穩(wěn)定運(yùn)行在機(jī)械特性的a點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大至TL2時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將沿著Ud1時(shí)的機(jī)械特性增長，最后穩(wěn)定運(yùn)行在b點(diǎn)，轉(zhuǎn)速降低了。

有了反饋環(huán)節(jié)后，轉(zhuǎn)速下降的結(jié)果將通過控制電路的作用，使電樞電壓增大，如從Ud1增大到Ud2，這樣將穩(wěn)定運(yùn)行在Ud2的機(jī)械特性b’點(diǎn)。同樣，如負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大到TL3，反饋結(jié)果使電樞電壓增大到Ud3，電機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)行在c’點(diǎn)。不難看出，反饋環(huán)節(jié)的作用使轉(zhuǎn)速降落減少。

但無論反饋多強(qiáng)，放大器的放大倍數(shù)多大，總存在轉(zhuǎn)速降落，即負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速總低于空載轉(zhuǎn)速。因此，這種調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的。2.具有電壓負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)電壓反饋信號(hào)取自電動(dòng)機(jī)電樞兩端，通過電位器可以調(diào)節(jié)反饋量的大小。電壓反饋信號(hào)Ufv與給定電壓綜合成的偏差電壓，經(jīng)放大器后作為控制電壓，決定電樞電壓大小。該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程如下：3.具有電壓負(fù)反饋加電流正反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)

電流反饋信號(hào)為主電路中串聯(lián)電阻的兩端電壓，該電壓正比于電樞電流的大小。由于電流反饋信號(hào)UFA與給定電壓UG的極性相同，故稱為電流正反饋。采用電流正反饋環(huán)節(jié)時(shí)容易引起振蕩，因此一般電流正反饋不單獨(dú)使用，而是與電壓負(fù)反饋一起使用，二者互為補(bǔ)充，互相配合，可以獲得很硬的機(jī)械特性。4.具有電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)

圖中穩(wěn)壓管VS構(gòu)成一個(gè)比較環(huán)節(jié)，它的擊穿電壓提供了一個(gè)比較電壓。當(dāng)電樞電流ID小于允許值時(shí)，使反饋電壓UFA小于VS的擊穿電壓，穩(wěn)壓管VS未導(dǎo)通，UFA對(duì)控制不起作用；當(dāng)電流ID大于允許值時(shí)，使UFA于大VS的擊穿電壓，VS被擊穿導(dǎo)通，負(fù)反饋電壓UFA對(duì)控制端起作用，使UD急驟下降，轉(zhuǎn)速N隨之也急驟下降，從而限制了電流增大，起到保護(hù)晶閘管和電機(jī)的作用。六、小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)析KZD-II型直流調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖如圖所示。該系統(tǒng)主要由給定電路、比較環(huán)節(jié)、放大器、觸發(fā)器、整流回路、電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)、電流截止負(fù)反饋、電流正反饋、控制對(duì)象這幾部分組成。1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)數(shù)據(jù)如圖所示，為典型的直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖。此為小容量晶閘管直流調(diào)速裝置，適用于4kW以下直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)的主回路采用單相橋式半控整流線路。具有電流截止負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋和電流正反饋（電動(dòng)勢(shì)負(fù)反饋）。2.晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)線路的分析

晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般分析順序是：主電路→觸發(fā)電路→控制電路→輔助電路（包括保護(hù)、指示、報(bào)警等）。（1）主電路部分①作用：給直流電動(dòng)機(jī)供電。

②采用單相橋式半控橋整流電路。

③平波電抗器Ld:限制電流脈動(dòng)，改善換

向條件，減少電樞損耗，并使電流連續(xù)。

④電抗器Ld兩端并聯(lián)一電阻:減少掣住電流建立的時(shí)間。

⑤電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁由單獨(dú)的整流電路供電。（2）觸發(fā)電路觸發(fā)電路采用由單結(jié)晶體管組成的弛張振蕩電路，為了提高觸發(fā)脈沖的功率，振蕩產(chǎn)生的尖脈沖經(jīng)晶閘管放大并由脈沖變壓器輸出。（3）控制電路①反饋形式的選擇。采用電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)來代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。②控制信號(hào)的合成?？刂菩盘?hào)由給定信號(hào)、電壓負(fù)反饋信號(hào)和電流正反饋信號(hào)綜合組成。

控制信號(hào)為給定信號(hào)Us、電壓負(fù)反饋信號(hào)Ufv和電流正反饋信號(hào)Ufi的綜合，即ΔU＝Us-Ufv-Ufi。如圖所示，為控制信號(hào)局部電路圖。③電流截止保護(hù)電路它的主要作用是抗干擾，消除振蕩環(huán)節(jié)。其基本工作原理為：Id較小時(shí)→UI’較小→2CW9截止、V4截止→電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)不起作用；Id較大時(shí)→UI’較大→2CW9導(dǎo)通、V4導(dǎo)通→有ib

→將C1旁路→使ic減小→脈沖后移→Ud減小→限制電流Id的增加。（4）系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程

當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n下降，由于電流Id的增加，Ud的降低，使Ufi增加、Ufv減少，從而使△U增加（△U=Us-Ufv+Ufi），UK增加，整流裝置輸出電壓Udo增加。并進(jìn)而使電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩Td增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n回升【任務(wù)實(shí)施】任務(wù)名稱：晶閘管直流調(diào)速電路控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一、工具、儀表及電氣元件1.工具:測(cè)電筆、螺釘旋具、斜口鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、電工刀等。2.儀表:MF47型萬用表、5050型兆歐表。3.器材：直流電動(dòng)機(jī)。二、操作步驟1.單閉環(huán)調(diào)節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)電路板基本原理分析單閉環(huán)調(diào)節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)電路板原理圖1）電路的組成電路由兩部分組成，一部分是放大調(diào)節(jié)電路，作用為將給定電壓信號(hào)和電壓負(fù)反饋信號(hào)疊加后進(jìn)行放大，將產(chǎn)生的控制信號(hào)Uk輸入到觸發(fā)電路，同時(shí)也受到保護(hù)信號(hào)的控制。另一部分是保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生過電流、缺相、負(fù)載過載引起電樞電流增大到極危險(xiǎn)時(shí)，采取保護(hù)措施自動(dòng)減小輸出電流或切斷電源。2）給定積分比例調(diào)節(jié)放大環(huán)節(jié)由集成運(yùn)放IC1B、IC1D以及阻容元件共同構(gòu)成積分電路，當(dāng)給定電壓Ug突然變化時(shí)，輸出電壓不會(huì)發(fā)生突變，這可以減少對(duì)電路的沖擊。集成運(yùn)放IC1C構(gòu)成比例調(diào)節(jié)器，給定信號(hào)Ug和電壓負(fù)反饋信號(hào)Uf同時(shí)引入比例調(diào)節(jié)器的反相端，比例調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)是ΔU

=

Ug?Uf，輸出信號(hào)是控制電壓Uk。3）低速封鎖電路由集成運(yùn)放IC1A構(gòu)成比較器，