交直流调速系统与MATLAB仿真 第1章-直流调速系统

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1、第一章直流调速系统及其仿真1-2单闭环转速负反馈有静差直流调速系统1-3其它反馈形式在调速系统中的应用1-4转速负反馈无静差直流调速系统1-1直流调速系统的基本概念1-5转速电流双闭环调速系统1-6三环调速系统1-7可逆调速系统1-1直流调速系统的基本概念一、直流调速主要的调速方法1、直流他励电动机供电原理图图1-1直流他励电动机供电原理图为电源空载电压；为电动机电枢电压；E为电枢电动势；R为电枢回路总电阻，n转速，单位r/min；Φ为励磁磁通；Ke为电动机结构决定的电动势系数。2.直流他励电动机转速方程式中：3、直流他励电动机的调速方法(1)电枢回路串电阻调速特点：损耗

2、较大、有级调速，机械特性较软。(2)弱磁调速特点：只能弱磁，调速范围小(3)变电枢电压调速特点：机械特性上下平移、可平滑地调节转速n，但只能降压调速。是主要的调速方式。工程上，常将调压与调磁相结合，可以扩大调速范围。图1-2调压和调磁时的机械特性二、调压调速的关键装置--可控直流电源常用的可控直流电源有以下三种：1、旋转变流机组2、静止可控整流器3、直流斩波器和脉宽调制变换器1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。组成：由~M拖动=G→=G给=M供电→直流励磁发电机GE给=G和=M励磁。原理：调节→U改变→转速n变化。改变方

3、向，n转向跟着改变。特点：设备多、体积大、费用高、效率低、安装维护不便、运行有噪声。2、静止可控整流器--利用静止的可控整流器(如晶闸管可控整流器)，获得可调的直流电压。（V-M系统）晶闸管整流器可以是单相、三相或多相；电路形式可以是半波、全波、半控、全控等类型；通过调节触发电路的移相电压，可改变整流电压Ud，实现平滑调速。优点:整流装置效率高、体积小、成本低、无噪声。缺点:可逆难；过电压、过电流能力差；谐波电流大。组成：原理：3、直流斩波器和脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。VT工作于开关状态。VT通

4、时，U加到M；VT断时，U与M断开，M经VD续流，两端电压接近于零。平均电压可通过改变VT的导通和关断时间来调节，从而调节M的转速。优点:运行稳定、效率高、静动态性能好；缺点:容量不大原理：1、系统组成三、开环V-M系统的机械特性2.调节原理调节→改变移相角α→改变→改变。3.开环系统机械特性晶闸管整流器可看成是一个线性的可控电压源特性很软，呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。电流连续时：电流断续时：其中：为转速降，越小，机械特性的硬度越大。取决于电枢回路电阻R及所加的负载大小。机械特性的近似处理方法：(1)在电流连续段：把特性曲线与纵轴的直线交点n0作为理想空载转速。

5、(2)在断续特性比较显著的情况下，可以改用另一段较陡的直线来逼近断续段特性。或直接用连续段特性的延长线来逼近断续段特性。一般可近似的只考虑连续段。(2)在断续特性比较显著的情况下，可以改用另一段较陡的直线来逼近断续段特性。或直接用连续段特性的延长线来逼近断续段特性。一般可近似的只考虑连续段。1-2单闭环转速负反馈有静差直流调速系统一、开环存在的问题：某一车床的拖动电动机的额定转速，要求，由开环系统决定的要求S≤0.1，问开环V-M系统能否满足要求？如不满足要求，怎么办？问题的提出解：要求：D=?而满足S≤0.1的D=?满足D、S的分析：因为，所以要引入负反馈。?△n=二、

6、系统的组成及静特性(1)原理框图1、系统的组成(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、PI运放器组成(2)各环节介绍(d)速度检测环节：测速机反馈线路求出(反馈系数);单位(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器;整流装置：单相、三相、半控、全控.(e)直流电动机环节直流他励电动机的两个独立的电路：一个是电枢回路，另一个是励磁回路。动态关系：稳态关系：（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：n基本不受负载波动等扰动输入的影响（

7、1）对给定信号的调节——调速过程：改变,则n改变例如：2、系统的自动调节过程3、闭环系统的机械特性(1)闭环系统机械特性的定性分析(2)闭环系统的机械特性的定量分析①系统结构图②系统中各环节的稳态输入输出关系如下：电压比较环节放大器晶闸管整流器及触发装置V-M系统开环机械特性转速检测环节③单闭环转速负反馈调速系统的稳态结构图由系统稳态结构图得到系统的静特性方程为为闭环系统的开环放大系数为闭环系统的理想空载转速为闭环系统的稳态速降。式中：三、闭环系统的静特性与开环系统机械特性的比较1、开环系统的机械特性断开转速反馈回路（令，则K