可控直流电源-电动机系统

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1、运动控制系统第1篇直流调速系统直流电动机的调速方法直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可表示为：－转速（r/min）－电枢电压(V)－电枢电流(A)－电枢回路总电阻(Ω)－励磁磁通（Wb）－由电机结构决定的电动势常数。式中：调节直流电动机的转速的方法：改变电枢回路电阻调速法减弱磁通调速法调节电枢电压调速法改变电枢回路电阻调速法电枢回路串接外加电阻,通过增大的方法实现直流电动机的调速。（1-2）保持直流电动机外加电枢电压与励磁磁通为额定值，直流电动机的理想空载转速不变，转速降落将随的增加而增大。外加电阻的阻值越大，机械特性的斜率就越大。图1－1直流电动机调阻调速时

2、的机械特性减弱磁通调速法理想空载转速将随的减少而增大。（1-3）保持电枢电压为额定值，电枢回路不加入附加电阻，减小直流电动机的励磁电流以减弱磁通，电动机带负载时的速降与成反比。图1－2直流电动机弱磁调速时的机械特性调节电枢电压调速法用改变电动机电枢的外加电压U来实现直流电机的调速。（1-1）保持直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串入外加电阻，理想空载转速将随U的减少而成比例地降低，转速降落则与U的大小无关。图1－3直流电动机调压调速时的机械特性三种调速方法之比较改变电枢回路电阻调速只能对电动机转速作有级的调节，转速的稳定性差，调速系统效率低。减弱磁通调速能够实现

3、平滑调速，但只能在基速（额定转速）以上的范围内调节转速。调节电枢电压调速所得到的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速（额定转速）以下实现平滑调速。直流调速系统往往以调压调速为主，只有当转速要达到基速以上时才辅以弱磁调速。运动控制系统第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1.1相控整流器-电动机系统直流调速系统系统的硬件结构至少包含了两个部分：调节直流电动机电枢电压的直流电源,被调节转速的直流电动机。可控直流电源主要有两大类，第一类是相控整流器，它把交流电源直接转换成可

4、控的直流电源。1.1.1相控整流器图1－4相控整流器-电动机调速系统原理图V-M系统工作原理调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压Ud，实现直流电动机的平滑调速。晶闸管可控整流器的特点晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸

5、变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。1.1.2相控整流器-电动机系统的特殊问题1．触发脉冲相位控制触发脉冲的相位角α控制整流电压Ud0的平均值。α与Ud0的关系因整流电路的形式而异。表1－1不同整流电路的整流电压波峰值、脉冲数及平均整流电压整流电路单相全波三相半波三相桥式m236表1-1中——整流变压器二次侧额定相电压的有效值，——时的整流电压波形峰值，——交流电源一周内的整流电压脉波数，——整流电压的平均值。m2．电流脉动及其波形的连续与断续输出电流是脉动电流，交流电源一周内存在的脉波数m与整流电路的形式相关。电枢电流平均值Id由负载转矩决定，在I

6、d上升阶段，电感储能；在Id下降阶段，电感中的能量将释放出来维持电流连续。图1－5V-M系统的电流波形(a)电流连续图1－5V-M系统的电流波形（b）电流断续当负载电流较小时，电感中的储能较少，等到Id下降到零时，造成电流波形断续。1.1.3相控整流直流调速系统的机械特性及数学模型当电流连续时，V－M系统的机械特性方程式为1．相控整流器－电动机系统的机械特性（1－8）式（1-8）中——电机在额定磁通下的电动势系数，——电枢回路总电阻，——电枢回路电阻，——电抗器电阻，——整流装置内阻。当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方程要复杂得多。电流断续区与电流连续区的

7、分界线是的曲线，当时，电流便开始连续了。——一个电流脉波的导通角。图1－6V-M系统机械特性在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。在电流连续区，显示出较硬的机械特性；2．晶闸管触发电路和整流装置的数学模型晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节，得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。放大系数的计算图1-7晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定（1-12）晶闸管触发和整流装置的输入量是ΔUc，输出量是ΔUd，晶闸管触发电路和整流装置的放大系数Ks。如果没有得到

8、实测特性，