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直流电机道理及限度

来源:鸿运,鸿运游戏,鸿运电子游戏发布时间:2020/02/17点击数:

  直流电机原理及控制_物理_自然科学_专业资料。电力拖动自动控制系统 第1章 直流拖动控制系统 ? 直流调速方法 根据直流电动机转速方程 U ? IR n ? KeΦ (1-1) 式中 n — 转速(r/min); U — 电枢电压(

  电力拖动自动控制系统 第1章 直流拖动控制系统 ? 直流调速方法 根据直流电动机转速方程 U ? IR n ? KeΦ (1-1) 式中 n — 转速(r/min); U — 电枢电压(V); I — 电枢电流(A); R — 电枢回路总电阻(?); ? — 励磁磁通(Wb); Ke— 由电机结构决定的电动势常数。 调节电动机转速的三种方法 1. 调节电枢供电电压 U 2. 改变电枢回路电阻 R 3. 减弱励磁磁通 ? (1)调压调速 ? 工作条件: n 保持励磁 ? = ?N ; n0 保持电阻 R = Ra ? 调节过程: 改变电压 UN ? U? U? ?n ?, n0 ? ? 调速特性: O 转速下降,机械特性 曲线 IL I 调压调速特性曲线)调阻调速 n ? 工作条件: 保持励磁 ? = ?N ; n0 保持电压 U =UN ; ? 调节过程: 增加电阻 Ra ? R? R ? ?n ?,n0不变; ? 调速特性: O 转速下降,机械特性 曲线 IL I 调阻调速特性曲线)调磁调速 ? 工作条件: 保持电压 U =UN ; n n3 保持电阻 R = R a ; ? 调节过程: n0 nn12 nN ?N 减小励磁 ?N ? ?? ?1 ? ? ? n ?, n0 ? ?2 ? 调速特性: ?3 转速上升,机械特 性曲线变软。 O TL 调压调速特性曲线 Te ? 三种调速方法的性能与比较 改变电阻只能有级调速; 减弱磁通虽然能够平滑调速,但调速 范围不大,在基速以上作小范围的弱磁 升速。 调压调速能在较大的范围内无级平滑 调速。 恒转矩调速方式 电机长期运行时,电枢电流应小于额定 值 IN,而电磁转矩 Te = Km? I 。 在调压调速范围内,励磁磁通不变,容 许的输出转矩也不变,称作“恒转矩调速 方式”。 恒功率调速方式 在弱磁调速范围内,转速越高,磁通越 弱,容许输出转矩减小,而容许输出转矩 与转速的乘积则不变,即容许功率不变, 为“恒功率调速方式”。 两种调速方式 U Te ?P ?N UN Te ? UP O nN nmax n 变电压调速 弱磁调速 两种调速方式 第1章 闭环控制的直流调速系统 本章着重讨论基本的闭环控制系 统及其分析与设计方法。 1.1 直流调速系统用的可控直流电源 调压调速需要有专门向电动机供 电的可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电 源。 常用的可控直流电源有以下三种 ? 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组,获得可调的直流电压。 ? 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器获得可调的直流电压。 ? 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电,利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制,产生 可变的平均电压。 1.1.1 旋转变流机组(G-M系统) Ward-Leonard系统 图1-1 旋转变流机组和由它供电的直流调速系统(G-M系统)原理图 第II象限 -TL ? G-M系统特性 n n0 O 第I象限 n1 n2 TL Te 第III象限 第IV象限 图1-2 G-M系统的机械特性 1.1.2 静止式可控整流器 图1-3 晶闸管-电动机调速系统(V-M系统)原理图 ? V-M系统工作原理 晶闸管-电动机调速系统(简称V-M 系统,又称静止的Ward-Leonard系统) ,图中VT是晶闸管可控整流器,通过调 节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动 触发脉冲的相位,即可改变整流电压Ud ,从而实现平滑调速。 ? V-M系统的特点 – 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10 4 以上, 其门极电流可以直接用晶体管来控制。 – 控制的快速性,晶闸管整流器是毫秒级,这将 大大提高系统的动态性能。 ? V-M系统的问题 ? 由于晶闸管的单向导电性,它不允许电流反 向,给系统的可逆运行造成困难。 ? 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与 di/dt 都十分敏感,若超过允许值会在很短的 时间内损坏器件。 ? 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变, 造成“电力公害”。 1.1.3 直流斩波器或脉宽调 制变换器 u L Us ton + + Ud Us VD MM - - O t T a)原理图 b)电压波形图 图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形 斩波器的基本控制原理 在原理图中,VT 表示电力电子开关器 件,VD 表示续流二极管。 当VT 导通时ton ,直流电源电压 Us 加 到电动机上;当VT 关断时T – ton ,直流电 源与电机脱开,电动机电枢经 VD 续流, 两端电压接近于零。 输出电压 这样,电动机得到的平均电压为 Ud ? ton T Us ? ?Us (1-2) 式中 T — 功率器件的开关周期; ton — 开通时间; ? — 占空比, ? = ton / T = ton f ,其中 f 为开关频率。 H形主电路结构 脉宽调制变换器(PWMPulse Width Modulation) VVTT1 1 Ug1 VVTT2 2 Ug2 +Us VD1 VD3 A + - MM B VD2 VD4 VVTT3 3 Ug3 VVTT4 4 Ugg44 图1-6 桥式可逆PWM变换器 ? PWM系统的优点 (1)主电路线路简单,需用的功率器件少。 (2)开关频率高,电流容易连续,谐波少。 (3)稳速精度高,调速范围宽。 (4)动态响应快,抗扰能力强。 (5)直流电源采用不控整流,功率因数高。 小结 三种可控直流电源,V-M系统在20 世纪60~70年代得到广泛应用,目前主要 用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术 ,发展迅速,应用日益广泛,特别在中 、小容量的系统中,已取代V-M系统成 为主要的直流调速方式。 1.2 晶闸管-电动机系统(V-M系统) 的主要问题 V-M系统的几个主要问题: (1)触发脉冲相位控制。 (2)电流脉动及其波形的连续与断续。 (3)抑制电流脉动的措施。 (4)晶闸管-电动机系统的机械特性。 (5)晶闸管触发和整流装置的放大系数和 传递函数。 VT 1.2.1 触发脉冲相位T 控制uVT a) u1 u2 id L ud R 调节晶闸管触发 脉冲相位,可改变 u2 b) 可控整流器输出电 O0 ?t1 ? 2? ?t ug 压的波形。 整流器输出电瞬 时值ud 的呈周期性 变化。 c) O0 ud d) O0 ? id e) O0 uVT + ? ?t + ?t ?t f) O0 ?t ? 等效电路分析 把整流装置内阻 移到装置外。