课题1 直流调速系统 课题2 开环直流调速系统 课题3 单闭环直流调速系统 课题4 晶闸管直流调速装置装调 课题5 晶闸管直流调速装置统调与检修,课题1 直流调速系统,1.了解自动控制的基本知识。 2.熟悉直流调速系统的组成。 3.熟悉直流电动机的调速方法。,一、自动控制系统知识 1. 自动控制基本概念 （1）系统主要指工程领域中由机电光磁等信号控制的物理装置。 （2）自动控制指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。,（3）自动控制系统具有自动控制的设备或装置。 （4）自动控制的任务是使受控制的对象保持在给定值范围内。电子装置是自动控制的核心。,2. 自动控制基本术语 （1）受控对象，也称被控对象，指要求实现自动控制的机器设备或生产过程。 （2）被控量，指受控对象中要求保持定数值或按给定值规律变化的物理量。 （3）给定值，指作用于自动控制系统输入端并作为控制依据的物理量。,（4）自动控制，又称为自动调节，指在不需要人直接参与的条件下，依靠控制装置使受控对象按规定要求工作。 （5）自动控制系统，指受控对象和控制装置的总体。 （6）干扰量，又称扰动量，干扰系统正常运行的因素。,3. 自动控制系统的类型 （1）开环控制系统 开环控制系统，是指系统不检测被控量，只根据给定值或干扰进行控制或补偿。如图所示为晶闸管整流开环控制系统的原理图。,开环控制系统原理图,（2）闭环控制系统 是指系统随时检测被控量，并将其送回输入端与给定值进行比较，根据给定值与被控量的偏差进行控制。,闭环控制系统原理图,4. 自动控制系统的要求 工程上对自动控制系统性能提出了一些要求，主要有以下三个方面。 （1）稳定性；（2）准确性；（3）快速性。 对自动控制系统的基本要求是：响应动作要快、动态过程要稳、跟踪需要准确。也就是，在稳定的前提下，系统要稳、快、准。这个基本要求，通常称为自动控制系统的动态品质。,二、直流调速系统概述,调速系统分类,龙门刨床 轧钢机 直流调速系统的应用实例,1. 直流电动机的调速方式,上式中，n 直流电动机的转速，单位为r/min Ua电枢电压，单位为V Ia电枢电流，单位为A R 电枢回路总电阻，单位为 励磁磁通，单位为Wb Ke由直流电动机结构决定的机电系数,（1）改变电枢电压Ua的调速方式,改变电枢供电电压Ua的调速机械特性曲线,（2）改变励磁磁通的调速方式,改变励磁磁通的调速机械特性曲线,（3）改变电枢回路电阻R的调速方式,改变电枢回路电阻R的调速机械特性曲线,2. 直流调压调速用可控直流电源 （1）旋转变流机组系统（G-M系统）,旋转变流机组系统（G-M系统）,（2）晶闸管脉冲相位控制系统（VM系统）,由V-M系统构成的直流调速柜,（3）直流脉宽调速系统,应用直流脉宽调制器的设备,3.晶闸管电动机调速系统（VM系统）的分类 以上三种调压调速用的可控直流电源中，最为典型且使用最为广泛的是晶闸管电动机调速系统。晶闸管电动机调速系统从控制方法上可分为以下三种。 （1）开环直流调速系统 （2）单闭环直流调速系统 （3）双闭环直流调速系统,三种直流调速系统的性能对比,4. 直流调速系统的性能指标 衡量一个直流调速系统性能的优劣，除了定性分析外，还必须有定量的指标。此外，应用领域对系统的要求也必须进行量化，以作为设计、生产、调试的依据。 （1）调速 （2）稳速 （3）启动、制动性能,三、实训操作 实训项目：直流电动机的调速。 1. 实训器材 2. 实训方法和步骤,直流电动机调速电路图,课题2 开环直流调速系统,1.掌握开环直流调速系统的组成。 2.掌握开环直流调速系统的工作原理。 3.熟悉开环直流调速系统存在的问题。,开环直流调速系统的应用,一、开环直流调速系统的组成和原理 1. 系统组成,（1）直流电动机M,a) 直流电动机 b) 直流电动机绕组 直流电动机,（2）晶闸管可控整流电路VT,三相全控桥式整流电路,（3）晶闸管触发电路GT,晶闸管触发电路,（4）给定电位器,给定电位器组成的电路,（5）继电保护电路,整流电路中晶闸管的保护电路,2. 系统工作原理 调节给定电位器的阻值，改变控制电压UC大小改变触发电路脉冲的相位，来改变控制角，从而改变输出电压Ud，电动机的转速也就相应改变，达到调速的目的。 电动机内部自动调节的具体过程如下所示：,二、开环直流调速系统的机械特性 1. 直流电动机电流连续时的情况 （1）当电流连续时，开环直流调速系统的转速公式为： 上式中：n0 理想空载转速； n 转速降落； Ce 电动势放大系数， 。,（2）机械特性,电流连续时的V-M系统机械特性,2. 直流电动机电流断续时的情况,电流断续时的V-M系统机械特性,三、开环直流调速系统的稳态性能分析 1. 对自动控制系统的性能要求 （1）稳定性,a)稳定的系统 b)不稳定的系统 系统的稳定性曲线图,（2）准确性,a）有静差系统 b）无静差系统 系统的准确性,（3）快速性,系统的动态响应曲线,2. 调速系统的稳态性能指标 （1）调速范围D （2）静差率S 3. 调速范围、静差率和额定转速降之间的关系,四、开环直流调速系统存在的问题 调速系统是开环直流调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺要求对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速。但是，大多数需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。在这种情况下，开环调速系统就不能满足要求。,五、实训操作 1. 晶闸管直流调速装置调试的步骤 （1）先单元电路测试，后整机测试。 （2）先静态调试后动态调试。 （3）先开环调试后闭环调试。 （4）先轻载调试后满载调试。,2. DSC32型晶闸管直流调速装置开环调速调试的主要内容和步骤 （1）继电控制电路的检查 （2）校对电源相序 （3）对各控制板的调试 （4）开环系统调试（阻性负载）,3. 开环系统调试流程框图 （1）开环调试流程 （2）接线检查流程,开环调试流程框图,接线检查流程图,（3）继电线路检查流程 （4）电源板检查流程,（5）系统开环调试流程,课题3 单闭环直流调速系统,1.掌握单闭环直流调速系统的组成。 2.掌握单闭环直流调速系统的工作原理。 3.熟悉带电流正反馈的电压负反馈单闭环直流调速系统和带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的调速过程。 4.熟练掌握DSC32型晶闸管直流调速装置单闭环调速装置的调速过程。,开环调速系统设备简单、调试方便，但其调速性能低，不能满足要求较高的生产需要，因此需要采用闭环调速系统提高调速性能。,闭环调速系统的框图,一、转速负反馈单闭环直流调速系统 1. 转速负反馈单闭环调速系统的组成及各部分作用,转速负反馈直流调速系统原理图,（1）转速检测环节,a) 直流测速发电机 b) 旋转编码器 转速检测设备,（2）比较放大电路,a) 比例调节器原理图 b) 比例调节器输入输出特性曲线 比例调节器,该调节器实际上就是一个反相放大器，其放大倍数为：,式中的负号是由于运放为反相输入方式，其输出电压U0的极性与输入电压Ui的极性是相反的，即U0的实际极性与其在图中的参考极性相反。为便于系统的分析，比例调节器的比例系数Kp可用正值表示，而其极性的关系在分析具体电路时再考虑。,如图所示，其输出电压Uc为：,由于该调节器是用来调节并稳定直流电动机的转速，因此将此调节器又称为速度调节器或转速调节器。,2. 转速负反馈单闭环调速系统的工作原理 如果通过调节图中的给定电位器RP1，改变给定电压Ug，即可调节电动机的转速。其调节过程如下所示：,在这个调节的过程中，U0，UgUfn，电动机的转速反馈值与目标值始终有偏差，而正是通过这个偏差进行电动机转速的调节。此种调速系统称为有静差调速系统。,（1）直流电动机内部自动调节过程 1）此调节过程主要通过直流电动机内部电动势E的变化来进行调节。 2）调节过程是以转速的改变为前提，当负载发生变化时，通过转速的改变使其达到新的稳定状态。 （2）转速负反馈自动调节过程,（3）转速负反馈调速系统的调节过程,3. 转速负反馈单闭环调速系统的性能分析 （1）转速负反馈直流调速系统静特性方程（即转速公式）,转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图,（2）开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系,闭环系统静特性和开环机械特性的关系,（3）转速负反馈单闭环调速系统的基本特性,闭环调速系统的给定作用和扰动作用,二、转速负反馈单闭环无静差直流调速系统 1. 积分调节器 （1）积分调节器 由运算放大器可构成一个积分电路，其电路如图所示。输出电压Uo与输入电压Ui的关系为：,积分调节器的输出电压 UO与输入电压Ui对时间的积分成正比，且极性相反。,采用积分调节器后，当电动机的转速与给定转速一致时，闭环系统仍有控制信号，从而保证了系统的稳定运行，这是积分控制的最大优点。,（2）转速积分控制的特点,积分调节器的输入输出特性,2. 比例积分（PI）调节器 可将积分调节器和比例调节器组合构成比例积分（PI）调节器，其电路如图所示。输出电压Uo与输入电压Ui的关系为：,比例积分调节器的输出电压由比例和积分两部分叠加而成，输出电压和输入电压的极性相反。当输入电压是阶跃信号时，输出电压瞬间放大Kp倍，相当于比例调节器，实现了调节的快速性。然后积分调节器起作用，最终实现无静差调速。 比例积分调节器既有两者的优点，又克服了各自的缺点，比例部分提高了系统的响应速度，积分部分实现了无静差。,a 阶跃信号时的输出特性 b 负载变化时的输出特性 比例积分调节器输入输出特性,3. 转速负反馈无静差直流调速系统 系统也是由晶闸管整流装置、直流电动机、转速检测环节、比较放大电路等组成，但采用了比例积分调节器以实现无静差调速。,转速负反馈无静差直流调速系统原理图,负载增大时系统的调节过程,无静差直流调速系统稳态结构图,无静差直流调速系统的静特性,三、带电流正反馈的电压负反馈单闭环直流调速系统 1. 电压负反馈直流调速系统,电压负反馈直流调速系统原理图,电压负反馈直流调速系统静态结构图,2. 带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统,带电流正反馈补偿的电压负反馈直流调速系统原理图,带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统的静态结构图如图所示。从图中可以看出，引入电流正反馈正是为了抵消电枢电流的变化而引起的电动机转速的变化，其实质就是对系统进行了补偿控制。,带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统静态结构图,四、带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统 1. 引入电流截止负反馈的原因 直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，可能会烧坏晶闸管元件和电动机，因此要加以限制。若采用电流负反馈，会使系统的机械特性变软。为此可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超过某个允许值（称为阈值）时才起作用，这就是电流截止负反馈。,2. 电流截止负反馈环节,a ）独立直流电源作比较电压的反馈环节 b） 利用稳压管产生比较电压的反馈环节 电流截止负反馈环节,带电流互感器的电流截止负反馈环节,3. 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统,带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统原理图,（1）电流截止负反馈的调节原理 （2）带电流截止负反馈的直流调速系统的特点 （3）电流截止负反馈环节的参数设计,电流截止负反馈的挖土机特性,4. 带电流截止负反馈的无静差直流调速系统实例,无静差直流调速系统示例,五、实训操作 1. DSC32型晶闸管直流调速装置单闭环调速调试的主要内容和步骤 （1）继电控制电路的检查 （2）校对电源相序 （3）对各控制板的调试 （4）开环系统调试（阻性负载） （5）闭环调试