1直流電動機調(diào)速方法課件

1、第2章 直流電機調(diào)速系統(tǒng)2.1 直流電機調(diào)速方法2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)中的可控直流電源2.3 直流PWM調(diào)速方法2.4 直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要1第1頁，共33頁。第2章 直流電機調(diào)速系統(tǒng)2.1 直流電機調(diào)速方法2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)中的可控直流電源2.3 直流PWM調(diào)速方法2.4 直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要2第2頁，共33頁。 引 言 直流電動機具有如下優(yōu)點： 良好的起、制動性能 - 線性的轉(zhuǎn)矩-電流曲線 調(diào)速范圍寬 - 線性的機械特性曲線 控制算法簡單，易于實現(xiàn) 在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用3第3頁，共33頁。他勵直流電動機等效電路2.1 直流電機調(diào)速方法

2、他勵直流電動機等效回路：定子電感，定子電阻，供電電壓，定子電流，勵磁繞組以及勵磁電流。4第4頁，共33頁。2.1 直流電機調(diào)速方法nUIRKe式中 轉(zhuǎn)速（r/min）； 電樞電壓（V）； 電樞電流（A）； 電樞回路總電阻（ ）； 勵磁磁通（Wb）； 由電機結構決定的電動勢常數(shù)。(2-1)他勵直流電動機的基本方程式5第5頁，共33頁。 可以看出，有三種方法可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速： （1）改變電樞回路電阻 R； （2）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U ； （3）減弱勵磁磁通 。 下面分別從其調(diào)速原理，機械特性，工作效率幾方面進行分析。2.1 直流電機調(diào)速方法6第6頁，共33頁。2.1.1 改變電樞回路電阻調(diào)速工

3、作條件： 保持勵磁 = N ； 保持電壓 U =UN ；調(diào)節(jié)過程： 增加電阻 Ra R R n ，n0不變；調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線斜率變大，特性變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3圖2-1 調(diào)阻調(diào)速特性曲線7第7頁，共33頁。工作效率：說明：隨著轉(zhuǎn)速下降，效率降低！負載不變，則定子電流保持不變，隨著轉(zhuǎn)速下降，外加電阻損耗加大！2.1.1 改變電樞回路電阻調(diào)速原因：8第8頁，共33頁。2.1.2 改變電樞電壓調(diào)速工作條件： 保持勵磁 = N ； 保持電阻 R = Ra；調(diào)節(jié)過程： 改變電壓 UN U U n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線平行下移

4、。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3圖2-2 調(diào)壓調(diào)速特性曲線9第9頁，共33頁。工作效率：說明：在較大調(diào)速范圍內(nèi)，電機工作效率近似不 變！2.1.2 改變電樞調(diào)壓調(diào)速10第10頁，共33頁。2.1.3 調(diào)磁調(diào)速工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = R a ；調(diào)節(jié)過程： 減小勵磁 N n ， n0 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機械特性曲線變軟。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3圖2-3 調(diào)磁調(diào)速特性曲線11第11頁，共33頁。工作效率：說明：在較大調(diào)速范圍內(nèi)，電機工作效率保持不 變！2.1.3 調(diào)磁調(diào)速12第12頁，共33頁。 三種調(diào)速方法的性能比較

5、改變電阻調(diào)速工作效率較低；只能實現(xiàn)有級調(diào)速；目前在大功率直流電機的啟動等方面有所應用；調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式在一定范圍內(nèi)可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，工作效率高；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，現(xiàn)代直流調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主。13第13頁，共33頁。2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)中的可控直流電源 根據(jù)前面分析，調(diào)壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，而調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門向電動機供電的可控直流電源。 本節(jié)介紹幾種主要的可控直流電源。14第14頁，共33頁。常用的可控直流電源有以下三種旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以

6、獲得可調(diào)的直流電壓。靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關器件斬波或進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。15第15頁，共33頁。2.2.1 旋轉(zhuǎn)變流機組圖2-4旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)） 16第16頁，共33頁。 G-M系統(tǒng)工作原理由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流由 G 給需要調(diào)速的直流電動機 M 供電，拖動直流發(fā)電機 G E發(fā)電作為G的勵磁電源。調(diào)節(jié)G 的勵磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速 n 。 這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱

7、G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。17第17頁，共33頁。 G-M系統(tǒng)機械特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限第III象限圖2-5 G-M系統(tǒng)機械特性18第18頁，共33頁。 G-M系統(tǒng)的特點 可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行以及電機轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)，解決了早期直流電機的調(diào)速控制問題存在的問題采用多級機組聯(lián)合工作的形式，動態(tài)響應慢；體積笨重，效率低，噪聲大，成本高，現(xiàn)已被靜止式變流調(diào)速裝置所取代。19第19頁，共33頁。 2.2.2 靜止式可控整流器圖2-6 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)） 20第20頁，共33頁。 V-M系統(tǒng)工作原理 VT是晶閘管可

8、控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。圖2-8a 單相全控橋電路晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）21第21頁，共33頁。為便于討論，假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關斷至t=+a 時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導通晶閘管整流電路原理2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3i

9、VT1,4圖2-8 單相半控橋帶阻感負載時的電路及波形 22第22頁，共33頁。VT2和VT3導通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流. 晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 晶閘管導通角與a無關，均為180 變壓器二次側電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。 晶閘管整流電路原理23第23頁，共33頁。Ud0IdE 等效電路分析 如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時值 ud0 和平均值

10、Ud0 來表示，相當于用圖示的等效電路代替實際的整流電路。圖2-9 V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖 24第24頁，共33頁。 式中 電動機反電動勢； 整流電流瞬時值； 主電路總電感； 主電路等效電阻；且有 R = Rrec + Ra + RL；EidLR 瞬時電壓平衡方程(2-2)25第25頁，共33頁。整流電壓控制 對ud0進行積分，即得理想空載整流電壓平均值Ud0 。 Ud0與觸發(fā)脈沖相位角 的關系因整流電路的形式而異，對于一般的全控整流電路，當電流波形連續(xù)時，Ud0 = f () 可用下式表示26第26頁，共33頁。 式中 從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角； = 0 時的整流電壓波形峰值；

11、Um 整流電壓的平均值計算(2-2)特點: 用觸發(fā)脈沖的相位角 控制整流電 壓的平均值Ud027第27頁，共33頁。3.2.4 晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性 當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為 式中 Ce = KeN 電機在額定磁通下的電動勢系數(shù)。（2-3）28第28頁，共33頁。 改變控制角，得一族平行直線，這和G-M系統(tǒng)的特性很相似，如右圖所示。 圖2-10 電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性 n = Id R / CenIdILO3.2.4 晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性 29第29頁，共33頁。 V-M系統(tǒng)的特點 與G-M系統(tǒng)相比：經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高技術性能上顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104 以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。30第30頁，共33頁。 V-M系統(tǒng)的問題由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，