第5章直流传动控制系统

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1、第5章直流传动控制系统机电传动控制系统主要有直流传动控制系统和交流传动控制系统。直流传动控制系统是以直流电动机为动力，交流传动控制系统则以交流电动机为动力。由本教材第2.5章节我们已经知道，直流电动机虽不如交流电动机结构简单、制造方便、维修容易、价格便宜等，但由于直流电动机具有良好的调速性能，可在很宽的范围平滑调速，所以截至目前为止，直流电动机仍被广泛地应用于自动控制要求较高的各种生产部门。5.1直流电动机调速系统的分类与技术性能5.1.1直流电动机调速系统的分类直流电动机转速数学模型在恒转矩负载与电枢、励磁绕组正常接线的条件下，直流电动机的转速与电枢

2、电压成比例关系，因此，调速的问题就成为了调电枢电压的问题。根据调电枢电压方法的不同，常用典型的直流调速系统可分为：旋转变流机组型直流调速系统（G-M系统）；静止变流机组型直流调速系统（V-M系统）；直流斩波器与脉冲宽度调制器型直流调速系统（直流PWM-M系统）5.1.2直流电动机调速系统的技术指标1.静态技术指标1)静差度定义：电动机在某一机械特性曲线所示状态下运行时，额定负载下所产生的转速降落与理想空载转速之比，称为静差率，用表示。图5.1机械特性的静差率5.1.2直流电动机调速系统的技术指标2)调速范围定义：电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速

3、最低转速之比，称为调速范围，通常用来表示调速范围反映了生产机械对调速的要求，不同的生产机械对电动机的调速范围有不同的要求。5.1.2直流电动机调速系统的技术指标2．动态技术指标3)振荡次数2)过渡过程时间1)最大超调量超调量太大，达不到生产上艺上的要求，如果太小，则会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等，一般超调量为10％~35％。从输入控制(或扰动)作用于系统开始直到被调量转速进入稳定值区间时为止(并且以后不再超出这个范围)的—段时间，称为过渡过程时间。在过渡过程时间内，被调整转速在其稳定值上下摆动的次数。不同的生产机械对动态指标的要求不尽相同，

4、如龙门刨床、轧钢机等可允许有一次振荡，而造纸机则不允许有振荡的过渡过程。5.2旋转变流机组型直流调速系统(G-M系统)5．2．1旋转变流机组型直流调速系统的结构旋转变流机组是用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。G-M系统工作原理是：由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流ig即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。与机组同轴安装的直流励磁发电机GE是为直流发电机G和直流电动机M提供励

5、磁电源。5．2．2旋转变流机组型直流调速系统的机械特性当对系统的调速性能要求不高时，通常采用开环控制的方法，此时，由于从给定电位器取出的直流发电机G的励磁给定电流ig比较大，因此，可直接由励磁电源供电，而不需要励磁电流调节放大器，系统结构比较简单。改变ig的极性，可以改变电动机的旋转方向，改变ig的大小，可以电动机的旋转速度。同时，无论正、反转的减速，系统都经历-个回馈制动过程，因此，G-M系统可以很容易的实现四象限运行。G-M系统的机械特性见图5.3。5.2.3交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统)交磁电机扩大机是一种具有较高放大

6、倍数、多控制绕组的高性能特殊构造的直流发电机，可作为直流电动机的供电电源或直流发电机的励磁机，并可以组成各种反馈调速系统，以提高系统的静态和动态特性。通常采用下面几种反馈方式。1)电压负反馈2）电压微分负反馈5．2．3交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统)3)电流正反馈4）电流截止负反馈5．2．3交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统)带电流截止负反馈的GA-M系统机械特性5.3静止变流机组型直流调速系统(V-M系统)直流调速系统中，目前，用得较多的是晶闸管-直流电动机调速系统。由于采用晶闸管作为变流器件，系统没有

7、旋转机组，因此也称静止变流机组型直流调速系统，简称V-M系统。5．3．1变流器件1．晶闸管的结构和符号(a)内部结构(b)示意图(c)表示符号1-钢底座2-钔片3-铝片4-金锑合金片5-金硼钯片6-硅片图5.9晶闸管内部结构及图示方法5．3．1变流器件2．晶闸管的工作原理(1)起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力。(2)晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件。(3)在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用。欲使晶闸管恢复阻断状态，必须

8、把阳极正向电压降低到一定值(或断开，或反向)。所以说晶闸管是控制导通而不控制关断的半控器件。3