直流电机调速控制.ppt

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1、课题课题:直流电机调速系统升级、直流电机调速系统升级、改造改造 1 1、直流电动机基本控制原理简介、直流电动机基本控制原理简介2 2、直流调速控制线路原理简介、直流调速控制线路原理简介3 3、直流电动机自动调速控制线路的改造。、直流电动机自动调速控制线路的改造。一个还须研讨的导一个还须研讨的导向课题向课题引言引言n n 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和

2、复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。流电动机驱动。流电动机驱动。流电动机驱动。(1)1)调速性能好调速性能好调速性能好调速性能好,调速范围广调速范围广调速范围广调速范围广,易于平滑调节。易于平滑调节。易于平滑调节。易于平滑调节。(2)(2)起动

3、、制动转矩大起动、制动转矩大起动、制动转矩大起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。易于快速起动、停车。(3)(3)易于控制。易于控制。易于控制。易于控制。直流电机的优点：直流电机的优点：直流电机的优点：直流电机的优点：应用应用应用应用:1)1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井矿山竖井矿山竖井矿山竖井 提升机以及起重设备提升机以及起重设备提升机以及起重设备提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。等

4、调速范围大的大型设备。2)2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等一、直流电动机基本控制原理一、直流电动机基本控制原理 他励直流电动机的转他励直流电动机的转他励直流电动机的转他励直流电动机的转 速公式：速公式：速公式：速公式：式中：式中：U为他励电动的电枢电压为他励电动的电枢电压 I为电枢电流为电枢电流 E为电枢电动势为电枢电动势 R为电枢回路的总电阻为电枢回路的总电阻 n为电机的转速为电机的转速 为励磁磁通为励磁磁通 CE为由电机结构决定的电动势系数为由电机结构决定的电动势系数

5、他励直流电机的调速他励直流电机的调速他励直流电动机的调速方式有三种：他励直流电动机的调速方式有三种：1、电枢回路串电阻的变电阻调速，、电枢回路串电阻的变电阻调速，2、改变电枢电压的变电压调速、改变电枢电压的变电压调速3、减小气隙磁通量的弱磁调速。、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以在实际应用中我们通常采用的是变电压调速。电压调速。1 1、电枢回路串电阻调速电枢回路串电阻调速 电枢中串入电阻电枢中串入电阻,使使 n 、n0不变，即电机的特性曲线不变，即

6、电机的特性曲线变陡变陡(斜率变大斜率变大)，在相同力，在相同力矩下矩下,n。特性曲线如图。特性曲线如图。Rann0T 电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此因此 n 只能下调。只能下调。特点：特点：(1)设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。(3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。Ra+R电电电电阻阻阻阻增增增增大大大大2、改变电压调速由转速公式知：由转速公式知：由转速公式知：由转速公式知：调电压调电压调电压调电压U U，n n

7、0 0变化，但斜变化，但斜变化，但斜变化，但斜率不变，所以调速特性率不变，所以调速特性率不变，所以调速特性率不变，所以调速特性是一组平行曲线。是一组平行曲线。是一组平行曲线。是一组平行曲线。n0n0电电电电压压压压降降降降低低低低Tc特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线n0nT0改变电压调速的特点改变电压调速的特点改变电压调速的特点改变电压调速的特点:(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过U UN N，所以调速，所以调速 只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不机械特性较硬，并且电压降低后硬度不 变，稳定性好。变，稳定性好。3、改变磁通调速改变磁通调速 保持电枢电压保

8、持电枢电压U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If(调调Rf)以改变磁通以改变磁通 。R Rf f I If f n n 采用减少励磁电流采用减少励磁电流采用减少励磁电流采用减少励磁电流(减弱磁通减弱磁通减弱磁通减弱磁通)的方法调速的方法调速的方法调速的方法调速,即即即即改变磁通调速的方法：改变磁通调速的方法：改变磁通调速的方法：改变磁通调速的方法：减小磁通，减小磁通，减小磁通，减小磁通，n n只能上调。只能上调。只能上调。只能上调。改变改变改变改变 时的机械特性如图。时的机械特性如图。时的机械特性如图。时的机械特性如图。T TL LTn（减减减减小小小小）R Rf f增增增增加加加加 O什

9、么是调速什么是调速什么是调速什么是调速n n 将调节电动机转速，以适应生产要将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速求的过程就称之为调速；而用于完成；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为自这一功能的自动控制系统就被称为自动调速系统。动调速系统。n n 调速系统分交流和直流调速系统，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性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。速系统。二

10、、直流调速控制线路原理简介二、直流调速控制线路原理简介 用晶闸管触发可控整流电路用晶闸管触发可控整流电路用晶闸管触发可控整流电路用晶闸管触发可控整流电路实现电枢电压可调，从而达到改实现电枢电压可调，从而达到改实现电枢电压可调，从而达到改实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。变电机转速的目的。变电机转速的目的。变电机转速的目的。n n 这就是所谓的电这就是所谓的电源源电动机调速电动机调速系统（系统（VM）系）系统，它属于开环统，它属于开环系统。系统。1、转速负反馈晶闸管直流调速系统的组成、转速负反馈晶闸管直流调速系统的组成比较环节+比例调节器给定电位器测速电机触发电路电源及晶闸管电路电

11、动机电流载止比较电路2、调速系统的组成、调速系统的组成框图框图 由图可见，该系统的控制对象是直流电动机由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M M，被控量是电动机的转速被控量是电动机的转速n n，晶闸管触发及整流电路为，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节器为电压放大和电压(综合综合)比较环节，电位器比较环节，电位器RP1RP1为给定元件，测速发电机为给定元件，测速发电机TGTG与电位器与电位器RP2RP2为转速检测为转速检测元件。该调速系统的组成元件。该调速系统的组成框图框图如下如下:电网波动3、

12、系统的自动调节过程、系统的自动调节过程负载波动4 4、KZD-KZD-型直流调速系统分析型直流调速系统分析(略略)此为小容量晶闸管直流调此为小容量晶闸管直流调速装置，适用于速装置，适用于4kW4kW以下以下直流电动机无级调速。系直流电动机无级调速。系统的主回路采用单相桥式统的主回路采用单相桥式半控整流线路。具有电流半控整流线路。具有电流截止负反馈、电压负反馈截止负反馈、电压负反馈和电流正反馈（电动势负和电流正反馈（电动势负反馈）。具体数据如下：反馈）。具体数据如下：交流电源电压交流电源电压 单相单相220V220V整流输出电压整流输出电压 直流直流180V180V最大输出电流最大输出电流 直流

13、直流30A30A励磁电压励磁电压 单相单相180V180V励磁电流励磁电流 直流直流1A1A调速范围调速范围 直流直流180V180V静差率静差率 s10%s10%5、KZD-型直流调速系统的组成框图型直流调速系统的组成框图KZD-KZD-型直流调速系统的组成框图及调节过程型直流调速系统的组成框图及调节过程KZD-KZD-型直流调速系统型直流调速系统的升级、改造的升级、改造任务：任务：1 1、分析分析KZD-IIKZD-II型直流调速系统各单元电路的原理，型直流调速系统各单元电路的原理，检查分析电路设计中的缺陷。检查分析电路设计中的缺陷。2 2、在保证原电路功能基础上，提出系统改进意见，、在保

14、证原电路功能基础上，提出系统改进意见，并重新设计系统工作原理图。并重新设计系统工作原理图。3 3、选择电子、电器元器件并逐步对单元电路进造、选择电子、电器元器件并逐步对单元电路进造试验。试验。4 4、对现有的直流调速系统进实际改造、安装与调、对现有的直流调速系统进实际改造、安装与调试。试。5 5、绘制修改后电路原理图、写出改进电路工作原、绘制修改后电路原理图、写出改进电路工作原理和系统使用说明书。理和系统使用说明书。实际操作过程参考实际操作过程参考1、检查分析电路设计中的缺陷检查分析电路设计中的缺陷电压负反馈和给定电压反极性串联，为提高电路性能，电压负反馈和给定电压反极性串联，为提高电路性能，

15、建议用比例调节器代替原来的放大和比较节。建议用比例调节器代替原来的放大和比较节。系统供电电源稳定性差、输出电流小、电源降压电阻系统供电电源稳定性差、输出电流小、电源降压电阻功耗大，抗干扰性能差，建议对电源电路进行改进。功耗大，抗干扰性能差，建议对电源电路进行改进。电路中脉冲变压器作为主、控电路隔离变压器，建议电路中脉冲变压器作为主、控电路隔离变压器，建议改用光电耦合器，用来减小脉冲信号的失真和脉冲波改用光电耦合器，用来减小脉冲信号的失真和脉冲波引起的铁损。引起的铁损。电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取

16、样。时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳定，建议用触摸式电压调节器来改进。定，建议用触摸式电压调节器来改进。2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘制系统原理图制系统原理图。n n用比例调节器代替原来的放大和比较节。参考教材电子技术基础 维修电工（技师 高级技师）半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原理 上网系统供电系统电路的改进系统供电系统电路的改进n n1、给定电压和系统控制电路可

17、共用一组高精度稳压电源供电，可节省一套变压器绕组和提高系统稳定性，减少电源电路损耗。n n2、电路改造中，为了保证触发信号与可控整流电路同步，梯形波不能破坏或失真。参考教材电子技术基础 维修电工（技师 高级技师）数电模电相关书籍 电源技术等用光电耦合器代替脉冲变压器用光电耦合器代替脉冲变压器光电光电耦合器 1、设计电原理图、分析工作原理，确保电路的可行性。2、先查找相关元器件的技术参数，后确定改造用元器件参数。3、对改进后电路进行实际安装、调试和试运行，实际测量数据、波形 并记录。4、试运行成功后再对系统电路进行改造。参考教材电子技术基础 维修电工 电机与变压器 半导体变流技术 电力电子技术

18、元器件手册 上网反馈信号用光电耦合电路取样。反馈信号用光电耦合电路取样。参考教材电子技术基础 维修电工（技师 高级技师）半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原理 上网可控整流电路和电机励磁电源的可控整流电路和电机励磁电源的改进改进n参考教材n电子技术基础 维修电工（技师 高级技师）半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原理 电机与变压器 上网调速旋纽的改进调速旋纽的改进1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位器。2、将电路改动后试运行。场效应管增强型N-MOS 参考教材电子技术基础 上网全电路测量与调试全电路测量与调试n n1、对单元电路检查、测量并记录。n n2、用示波器观察各主要测试

19、点的波形、测波形的P-P值。n n3、测可控整流输出的电压变化范围。n n4、带负载试车调试、确定调试后的元件参数。n n5、整修工艺。n n6、写设备使用说明书。巡回指导巡回指导 1 1、对学生解决问题的方案进行检查。对学生解决问题的方案进行检查。2 2、对学生提出的方案进行论证可行性。对学生提出的方案进行论证可行性。3 3、对对学学生生提提出出的的电电路路改改进进方方案案的的解解决决步步骤骤、解解决决 要点进行说明。要点进行说明。4 4、对对学学生生改改造造完完成成后后的的调调速速设设备备进进行行测测量量和和试试运运行。行。5 5、强调安全性的维修和设备改造。、强调安全性的维修和设备改造。

20、检查：检查：学生按所提的解决方案进行实际操作，教师巡回检学生按所提的解决方案进行实际操作，教师巡回检查，及时发现问题及时解决，尤其是对与有安全隐患的查，及时发现问题及时解决，尤其是对与有安全隐患的操作维修要特别的重视。操作维修要特别的重视。巡回检查评价与作业 评价：1、对学生的完成结果进行检查，论证其正确性与可行性。2、对表现优异的学生进行表扬，并对其方法进行推广。3、对没有做出结果的学生查找原因，鼓励其不要妥协，继续努力。作业：转速负反馈晶闸管直流电动机调速系统原理图作业1：在完成本课题任务的同时复习下图原理作业作业2：复习技师考核相关课题原：复习技师考核相关课题原理和故障分析分理和故障分析分n n（1）小功率晶闸管直流电动机单闭环有差调速系统原理图；n n（2）KCZ6集成化六脉冲触发组件原理图；n n（3）锯齿波、正弦波同步触发器的电路原理图；n n（4）三相（或单相）晶闸管 转速单闭环调速系统原理图。