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直流调速系统 直流调速系统：引言 转速负反馈晶闸管直流调速系统 小功率有静差直流调速系统实例分析 速度和电流双闭环直流调速系统 双极晶体管脉宽调制控制系统的直流调速系统 一、什么是调速 电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为了要缩短工加时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。 目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。 7.1 转速负反馈晶闸管直流调速系统 7.1.1 系统的组成 另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况。例如由于故障造成机械轴被卡住，或挖土机工作时遇到坚硬的石头等。在这此情况下，由于闭环系统的机械特性很硬，若没有限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。 KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图及调节过程 速度和电流双闭环直流调速系统 前面我们已经讲过，转速负反馈单闭环晶闸管直流调速系统是一种以存在偏差为前提并依据偏差对系统进行调节的系统，这种系统虽然可以用PI调节器来实现系统的无静差调速，但同时也给系统的带来了不利的影响。如前例中，动态响应中的上升时间和调节时间变长等问题。 然而在实际的生产过程中，有许多生产机械很大一部分时间是工作在过渡过程中。即它们被要求频繁地起动，或总是处于正反转切换状态。 因此为了提高生产效率，我们就要求这样的调速系统要有尽可能短的过渡过程。 为了解决调速系统无静差与快速响应之间的矛盾，及提高系统的过载能力，我们采用了速度和电流双闭环直流调速系统。 脉冲列调制形成器，外围元件C1、C2、R1、R2构成电路决定调制脉冲频率。 改变锯齿波的斜率 微调各相同步电压的相位，保证六相脉冲间隔均匀，约移相30°。 * * 他励直流电动机的转速公式： 式中：U为他励电动的电枢电压 I为电枢电流 E为电枢电动势 R为电枢回路的总电阻 n为电机的转速 Φ为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数 他励直流电机的调速方案 由直流他励电机有调速方式有三种调速方式：电枢回路串电阻的变电阻调速，改变电枢电压的变电压调速以及减小气隙磁通量的弱磁调速。 由于串电阻调速和弱磁调速都会使直流他励电机的机械特性变软，所以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。 用晶闸管触发整流整流电路实现电枢电压可调，从而达到改变电机转速的目的。 这就是所谓的电源—电动机调速系统（V—M）系统，它属于开环系统。 给定 比较放大 晶闸管触发整流 他励直流电动机 测速发电机 反馈电位器 由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组成框图如下: 由基尔霍夫定律，可得他励直流电动机电枢回路的电压方程： 直流电动机(Direct Current Motor) 晶闸管整流电路(Thyristor Rectifier) √优点：晶闸管整流装置不但经济、可靠而且其功率放大倍数在104以上，门极可直接采用电子电路控制，响应速度为毫秒级。 缺点：由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。另一问题是当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公害”。 晶闸管整流电路的调节特性为输出的平均电压 ??与触发电路的控制电压 ??之间的关系，即 ?????????? 。图7-4为晶闸管整流装置的调节特性。由图可见，它既有死区，又会饱和。 如果在一定范围内将非线性特性线性化，可以把它们之间的关系视为由死区和线性放大区两个部分级成。其中线性放大区有： 死区 线性放大区 t1 α1 t2 t3 τ0 Uc ud Ud0 Ud1 Ud2 死区：晶闸管触发装置和整流装置之间之是存在滞后作用的，这主要是由于整流装置的失控时间造成的。由电力电子学可知，晶闸管是一个半控型电子器件，在