直流拖动过程控制系统.ppt

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1、直流拖动控制系统第1章电力拖动自动控制系统根据直流电动机转速方程直流调速方法（1-1）式中n—转速（r/min）；U—电枢电压（V）；I—电枢电流（A）；R—电枢回路总电阻（）；—励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数。调节电动机转速的三种方法调节电枢供电电压U改变电枢回路电阻R减弱励磁磁通（1）调压调速工作条件：保持励磁=N；保持电阻R=Ra调节过程：改变电压UNUUn，n0调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3调压调速特性曲线nn0OIILUNU1U2U3nN

2、n1n2n3调压调速特性曲线（2）调阻调速工作条件：保持励磁=N；保持电压U=UN；调节过程：增加电阻RaRRn，n0不变；调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3调阻调速特性曲线（3）调磁调速工作条件：保持电压U=UN；保持电阻R=Ra；调节过程：减小励磁Nn，n0调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。nn0OTeTLN123nNn1n2n3调压调速特性曲线三种调速方法的性能与比较改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，在基速以上作小范围

3、的弱磁升速。调压调速能在较大的范围内无级平滑调速。恒转矩调速方式电机长期运行时，电枢电流应小于额定值IN，而电磁转矩Te=KmI。在调压调速范围内，励磁磁通不变，容许的输出转矩也不变，称作“恒转矩调速方式”。恒功率调速方式在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，为“恒功率调速方式”。两种调速方式TeNnNnmax变电压调速弱磁调速UNUPPTeUnO两种调速方式第1章闭环控制的直流调速系统本章着重讨论基本的闭环控制系统及其分析与设计方法。1.1直流调速系统用的可控直流电源调

4、压调速需要有专门向电动机供电的可控直流电源。本节介绍几种主要的可控直流电源。常用的可控直流电源有以下三种旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调的直流电压。静止式可控整流器——用静止式的可控整流器获得可调的直流电压。直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。1.1.1旋转变流机组（G-M系统）图1-1旋转变流机组和由它供电的直流调速系统（G-M系统）原理图Ward-Leonard系统G-M系统特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第I

5、I象限第III象限图1-2G-M系统的机械特性1.1.2静止式可控整流器图1-3晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。V-M系统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晶体管来控制。控制的快速性，晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。V-M系统的问题由于晶闸管的单向导电性，它不允许

6、电流反向，给系统的可逆运行造成困难。晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，造成“电力公害”。1.1.3直流斩波器或脉宽调制变换器a）原理图b）电压波形图tOuUsUdTton图1-5直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形+MUsLVDM+--斩波器的基本控制原理在原理图中，VT表示电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时ton，直流电源电压Us加到电动机上；当VT关断时T–ton，直流电源与电机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近

7、于零。这样，电动机得到的平均电压为输出电压(1-2)式中T—功率器件的开关周期；ton—开通时间；—占空比，=ton/T=tonf,其中f为开关频率。H形主电路结构+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图1-6桥式可逆PWM变换器脉宽调制变换器（PWM-PulseWidthModulation）PWM系统的优点（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少。（3）稳速精度高，调速范围宽。（4）动态响应快，抗扰能力

8、强。（5）直流电源采用不控整流，功率因数高。小结三种可控直流电源，V-M系统在20世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统