《电机驱动与调速》第46讲（V-M调速系统）

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1、1 第第 4646 讲讲 项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务18 18 典型直流调速系统典型直流调速系统 情景情景1 1 V V-M M调速系统调速系统 教学目标教学目标 1 1、熟悉单闭环、熟悉单闭环V V-M M调速系统调速系统 2 2、掌握双闭环、掌握双闭环V V-M M调速系统调速系统 教学重点教学重点 单闭环单闭环V V-M M调速系统调速系统 教学难点教学难点 双闭环双闭环V V-M M调速系统调速系统 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法 教学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教

2、学 作业布置作业布置 作业题作业题7 7-1 1 2 教学过程：教学过程：项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务18 18 典型直流调速系统典型直流调速系统 情景情景1 1 V V-M M调速系统调速系统 直流电动机具有转矩易于控制、良好的起制动性能的优点，在直流电动机具有转矩易于控制、良好的起制动性能的优点，在 相当长的时间内，一直在高性能调速领域占有绝对的统治地位。相当长的时间内，一直在高性能调速领域占有绝对的统治地位。此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和许多此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和许多 基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一

3、直是研究基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究 调速技术的主流。调速技术的主流。直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，而且它又是交流直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，而且它又是交流 调速系统的基础。调速系统的基础。3 1 1、单闭环、单闭环V V-M M调速系统调速系统 （1 1）V V-M M开环调速系统开环调速系统 V V-M M开环调速系统如图开环调速系统如图7 7-1 1所示。所示。图图7 7-1 V1 V-M M开环调速系统开环调速系统 GTGT为晶闸管触发装置，为晶闸管触发装置，V V为晶闸管整流器，合称可控直流电源。为晶闸管整流器，合称可控直流电源。它

4、给直流电动机电枢供电而组成直流调速系统。它给直流电动机电枢供电而组成直流调速系统。4 改变改变GTGT的输入信号大小的输入信号大小，就可改变，就可改变GTGT输出脉冲的相位，晶闸输出脉冲的相位，晶闸管管 在不同的相位处开始导通，使在不同的相位处开始导通，使整流器输出的电压平均值整流器输出的电压平均值U Ud d大小变化大小变化，进而进而改变电动机的转速改变电动机的转速。与传统的与传统的G G-M M系统相比，晶闸管可控直流电源的功率放大倍数系统相比，晶闸管可控直流电源的功率放大倍数 高出旋转变流机组两到三个数量级，而系统反应速度也要高出二高出旋转变流机组两到三个数量级，而系统反应速度也要高出二

5、个个 数量级以上。数量级以上。开环调速系统可实现一定范围的无级调速、结构简单。开环调速系统可实现一定范围的无级调速、结构简单。但不能满足高性能机械对性能指标的要求。但不能满足高性能机械对性能指标的要求。开环系统静态速开环系统静态速降降 太大太大，即负载变化时，转速变化太大。，即负载变化时，转速变化太大。因此须引入转速负反馈构成闭环调速系统。因此须引入转速负反馈构成闭环调速系统。5 （2 2）单闭环有静差）单闭环有静差V V-M M调速系统调速系统 图图7 7-2 2 单闭环有静差单闭环有静差V V-M M调速系统调速系统 由于被调量、反馈量都是转速，故称这种系统为单闭环转速由于被调量、反馈量都

6、是转速，故称这种系统为单闭环转速调调 节系统。因采用了电压负反馈取代测速发动机，故这种系统为单节系统。因采用了电压负反馈取代测速发动机，故这种系统为单闭闭 环电压负反馈调节系统。环电压负反馈调节系统。闭环系统的静特性比开环系统的机械特性的闭环系统的静特性比开环系统的机械特性的硬度大大提高硬度大大提高、静静 差率要小得多差率要小得多、调速范围大大提高调速范围大大提高。6 但该系统但该系统存在两个问题存在两个问题：一是静态精度和动态稳定性的矛盾，：一是静态精度和动态稳定性的矛盾，二是起动冲击电流太大。二是起动冲击电流太大。为弥补电压负反馈静态速降相对较差的不足，在电压负反馈为弥补电压负反馈静态速降

7、相对较差的不足，在电压负反馈的的 基础上增加电流正反馈。基础上增加电流正反馈。图图7 7-3 3 带电流正反馈的电压负反馈带电流正反馈的电压负反馈V V-M M调速系统调速系统 7 由图可看出，当负载增大使静态速降增加时，电流反馈信号由图可看出，当负载增大使静态速降增加时，电流反馈信号也也 增大，通过正反馈作用使整流电压增大，通过正反馈作用使整流电压U Ud d增加，从而补偿了转速的降落。增加，从而补偿了转速的降落。如果参数选择合适，可使静差非常小甚至无差。如果参数选择合适，可使静差非常小甚至无差。由于补偿控制的电流大小反映了负载扰动，又称由于补偿控制的电流大小反映了负载扰动，又称负载扰动量负

8、载扰动量的的 补偿控制补偿控制。补偿控制只能补偿负载扰动补偿控制只能补偿负载扰动，对其他扰动的作用可能是坏的。，对其他扰动的作用可能是坏的。而而负反馈控制对一切包含于负反馈环内前向通道上的扰动都负反馈控制对一切包含于负反馈环内前向通道上的扰动都起起 抑制抑制作用。故作用。故补偿控制不如反馈控制好补偿控制不如反馈控制好。8 （3 3）单闭环无静差）单闭环无静差V V-M M调速系统调速系统 采用采用PIPI（比例（比例积分）调节器能实现静态无差，解决动态稳积分）调节器能实现静态无差，解决动态稳定定 性、快速性和静态精度之间的矛盾。性、快速性和静态精度之间的矛盾。图图7 7-4 4 单闭环无静差单

9、闭环无静差V V-M M调速系统调速系统 9 2 2、双闭环、双闭环V V-M M调速系统调速系统 带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统如图带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统如图7 7-5 5所示。所示。图图7 7-5 5 带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统 10 图图7 7-6 6 带电流截止负反馈调速系统的挖土机特性带电流截止负反馈调速系统的挖土机特性 电流负反馈被截止时相当于图中电流负反馈被截止时相当于图中n n0 0A A段，它就是闭环调速系统段，它就是闭环调速系统 本身的静态特性，显然较硬。本身的静态特性，显然较硬。电流负反馈起作用时相

10、当于图中的电流负反馈起作用时相当于图中的ABAB段，由于电流负反馈的段，由于电流负反馈的作作 用，相当于在电枢回路中串入一个大电阻，因而稳态速降极大，用，相当于在电枢回路中串入一个大电阻，因而稳态速降极大，特特 性急剧下垂，而电流变化较小。性急剧下垂，而电流变化较小。这两段静态特性常被称作下垂特性或这两段静态特性常被称作下垂特性或挖土机特性挖土机特性。11 3 3、可逆、可逆V V-M M调速系统调速系统 （1 1）接触器切换）接触器切换 正转时接触器正转时接触器KM1KM1接通，直流电动机的电枢电流接通，直流电动机的电枢电流IaIa从从A A流向流向B B （如图（如图7 7-7 7实线）；

11、实线）；反转时，反转时，KM2KM2接通，直流电动机电枢电流从接通，直流电动机电枢电流从B B流向流向A A（如图（如图7 7-7 7虚虚 线）。由于电流换向，电动机实现正反转。线）。由于电流换向，电动机实现正反转。图图7 7-7 7 接触器切换的可逆接触器切换的可逆V V-M M调速系统调速系统 12 （2 2）晶闸管切换）晶闸管切换 正转时晶闸管正转时晶闸管1VS1VS、4VS4VS接通，直流电动机的电枢电流从接通，直流电动机的电枢电流从A A流向流向B B （如图图（如图图7 7-8 8实线）；实线）；反转时反转时2VS2VS、3VS3VS接通，直流电动机电枢电流从接通，直流电动机电枢电

12、流从B B流向流向A A（如图（如图中中 虚线）。由于电流换向，电动机实现正反转。虚线）。由于电流换向，电动机实现正反转。图图7 7-8 8 晶闸管切换的可逆晶闸管切换的可逆V V-M M调速系统调速系统 13 （3 3）采用两套晶闸管变流器的可逆线路）采用两套晶闸管变流器的可逆线路 图图7 7-9 9 采用两套晶闸管变流器的可逆采用两套晶闸管变流器的可逆V V-M M系统系统 组整流，电机正向运行，位于第组整流，电机正向运行，位于第1 1象限工作；象限工作；组逆变，电机正转制动，位于第组逆变，电机正转制动，位于第2 2象限工作；象限工作；组整流，电机反向运行，位于第组整流，电机反向运行，位于第3 3象限工作；象限工作；组逆变，电机反转制动，位于第组逆变，电机反转制动，位于第4 4象限工作。象限工作。