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直流调速的基础知识
反馈控制直流调速系统
无静差直流调速系统
直流可逆调速系统简介
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提纲
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第一节 直流调速的基础知识
直流电动机优点：
转矩易于控制，具有良好的起制动性能，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。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，所以直流调速一直是研究调速技术的主流。
电动机
直流电动机
交流电动机
交流调速系统
直流调速系统
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对直流调速的基本理论做较详细的介绍。
（5-1）
式中：
——电机转速（r/min）
I
R
Ke
U
——电枢电压（V）
——电枢电流（A）
——电枢回路总电阻（ ）
——励磁磁通（Wb）
——由电机结构决定的结构常数
在稳定运转时，直流电动机的转速与其它参量的关系 ：
由（5-1）式可知，直流电动机的调速方法有三种：
1. 改变电枢回路电阻R
2. 改变励磁磁通Ф
3. 改变电枢外加电压U
对于要求大范围无级调速的系统来说，改变电枢回路总电阻的方案难以实现
改变电动机磁通Ф的方案虽然可以平滑调速，但调速范围不可能很大
调电枢端电压U的方法调速，此时电动机磁通Ф应为最大值(额定值)且保持不变，以求得充分发挥电动机的负载能力。而在额定转速(基速)以上时，因电枢端电压U已不允许再增加，可采用减弱磁通Ф的方法使电动机的转速进一步提高，从而提高整个系统的速度调节范围
调速范围宽、简单易行、负载适应性广，是当今直流电动机调速的主要方法。
一. 可控变流装置
图5-1 旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
工作原理：
交流电动机为原动机，工作时转速基本恒定，由它拖动的直流发电机G给需要调速的直流电动M的电枢供电。GE为一台小型直流发电机，可与交流电动机、直流发电机同轴相连，也可另设一台小型交流电动机对其拖动，它提供一小容量的直流电源供直流发电机和直流电动机励磁用，所以又称GE为励磁发电机。旋转变流机组供电的直流调速系统可简称为G-M系统。改变G的励磁电流If的大小时，也就改变了G的输出电压U，进而改变了直流电动机M的转速 。
结构如图
如果改变If的方向，则U的极性和n的方向都跟着改变，实现G-M系统的可逆运行。 由于能够实现回馈制动，G-M系统在允许的转矩范围内可以四象限运行，其完整的机械特性如图5-2 。
图5-2 G-M系统的机械特性
图5-3 晶闸管整流装置供电的直流调速
GT为晶闸管触发装置，V为晶闸管整流器，合起来为一可控直流电源。可控直流电源给直流电动机电枢供电组成直流调速系统。这类直流调速系统简称V-M系统
工作原理：
改变GT的输入信号大小，就可改变GT输出脉冲的相位，晶闸管在不同的相位
处开始导通，使整流器输出的电压平均值Ud大小变化，进而改变电动机的转速。和传统的G-M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个数量级以上。
2. 晶闸管整流
3. 直流斩波器
图5-4 斩波器 -电动机系统的原理图和电压波形图
工作原理：
图5-49a中，当VT被触发导通时，电源电压Us加到电动机电枢上；当VT在控制信号作用下，通过强迫关断电路关断时，电源与电动机电枢断开，电动机经二极管VD续流，此时，图中A、B两点间电压接近零。若使晶闸管反复通断，就得到A、B间电压波形如图b。常用的是周期T不变，改变导通时间ton,进而改变输出直流电压平均值，最终完成转速调节，这种方式称脉冲宽度调制，此时系统简称
PWM调速系统。目前，由于全控型电力电子器件的发展，作为开关用的VT（半控型）已被取代，线路被优化，性能更优越。
二. 转速控制的要求和调速指标
调速范围
生产机械要求电动机所提供的最高转速与最低转速之比称为调速系统的调速
范围。常用字母D来表示。
（5-2）
这里 、 通常指电动机带上额定负载时的转速值。
系统转速的变化主要由负载变化引起，反映负载变化对转速影响的一个指标
被定义为静差率。其定义为：调速系统在额定负载下的转速降落与理想空载转速
之比。静差率用字母S表示：
（5-3）
调速
稳速
速度变化率
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