1、主讲人：庄丽任务任务1.1 直流调速系统的概述直流调速系统的概述任务任务1.2 单闭环有静差直流调速系统单闭环有静差直流调速系统任务任务1.3 单闭环无静差调速系统单闭环无静差调速系统任务任务1.4 其它反馈环节在单闭环直流调速系统中的应用其它反馈环节在单闭环直流调速系统中的应用任务任务1.5 KZD-2型小功率直流调速系统实例分析型小功率直流调速系统实例分析任务任务1.11.1单闭环直流调速系统的概述单闭环直流调速系统的概述1.1.1直流调速系统的调速定义直流调速系统的调速定义 电动机的转速应包括两方面的含义：其一，在一定范围内“变速”。以直流电动机为例，当负载TL1不变时，转速可由na变到
2、nb或nc，如图1-1所示。其二，保持“稳速”。当负载从TL1增加到TL2，转速na调节后转速变到nd，与原来的转速na基本一致，如图1-1所示。nTTT12nnnnnnabcd0102UUd1d2d3Un03图1-1直流电动机转速与负载转矩的关系0LL 1.1.2直流电动机调速方法及比较直流电动机调速方法及比较 根据直流电动机转速表达式：eKdIaRdUneKdIaReKdUnn0 改变他励直流电动机转速有三种方法，即调节电枢供电电压Ud的方法；减弱励磁磁通的方法；改变电枢回路电阻Ra的方法。三种调速方法的机械特性曲线如下。通过比较得出直流电动机的调速方法以调压调速为主以调压调速为主。图1-
3、2调压调速的机械特性Ud1Ud2dNUnTTnnnnn12N0102UUd1d2NUn0N0N图1-3调磁调速的机械特性21NnTTnnnnn12N01022N1n0N0N调阻调速的机械特性图1-4R2R13RnTTnnnn12NRR 231R00N1.1.3 1.1.3 直流调速系统的主要性能指标直流调速系统的主要性能指标 1.静态调速指标静态调速指标（1）调速范围D 电动机在额定负载下，运行的最高转速nmax与最低转速nmin之比称为调速范围，用D表示，即（2）静差率s 静差率是指电动机稳定运行时，当负载由理想空载增加至额定负载时，对应的转速降落与理想空载转速之比，用百分数表示为：（3）调
4、速范围与静差率的关系 在调压调速系统中，额定转速为最高转速，静差率为最低转速时的静差率，则最低转速%100%100000nnnnnsNNsnsnsnnnnNNNN)1(min0minminmaxnnD【正文内容 字体：宋体、22磅】如需再新建几页，点击左边 新幻灯片一、项目内容一、项目内容2.动态调速指标动态调速指标(1)跟随性能指标上升时间tr，超调量%，调节时间ts。(2)抗扰性能指标动态降落，恢复时间t，振荡次数N【正文内容 字体：宋体、22磅】如需再新建几页，点击左边 新幻灯片一、项目内容一、项目内容任务任务1.2 1.2 单闭环有静差直流调速系统单闭环有静差直流调速系统1.2.1单闭
5、环有静差调速系统的组成、工作原理单闭环有静差调速系统的组成、工作原理该调速系统的组成框图如下：特点：把转速反馈与给定相比较形成控制信号，组成闭环控制；测速环节：直流测速发电机，与直流电机同轴联结；设置放大器。闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压，而开环系统不能自动调节。以负载增大为例，闭环调速系统的自动调节过程如下：1.1.2.2 2.2 单闭环有静差调速系统的工作原理单闭环有静差调速系统的工作原理 利用自动控制原理中传函的化简原理，得到调速系统的静特性方程式，从而得出系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，它在形式上与开环机械特
6、性相似，但本质上却有很大的不同，故定名为“静特性”这种系统是以存在偏差为前提的，反馈环节只是检测偏差，减小偏差，而不能消除偏差，因此它是有静差调速系统。1.1.2.32.3单闭环有静差直流调速系统的静特性单闭环有静差直流调速系统的静特性bnbnKeCRdIKeCgnUsKPKn0)1()1(1.2.4 反馈控制系统的基本特征反馈控制系统的基本特征 被调量转速n有静差 被调量转速n紧紧跟随给定量的变化 对包围在闭环中前向通路上的各种扰动有较强的抑制作用 反馈控制系统对给定信号和检测装置所产生的扰动无法抑制【正文内容 字体：宋体、22磅】如需再新建几页，点击左边 新幻灯片一、项目内容一、项目内容任
7、务任务1.3 1.3 单闭环无静差调速系统单闭环无静差调速系统1.3.1单闭环无静差直流调速系统的组成单闭环无静差直流调速系统的组成、工作原理工作原理-VCC_+8R RRR+_MLTGRPRPI比例积分UU UnRRU1gn 0fdd221ctf002PIGTVUg转速负反馈检测环节Ud0+_Ufn=nId图1-37单闭环转速负反馈无静差调速系统原理图+_UTG调节器CfS 现以阶跃负载为例（指突增或突降负载的情况），来讨论 PI调节器在扰动调节过程的作用。1.1.3.23.2单闭环无静差直流调速系统的工作原理单闭环无静差直流调速系统的工作原理 由于稳态时PI调节器的输入电压 ，给定电压和反
8、馈电压相等，系统的静特性方程是 对应于不同的给定电压，系统的输出特性是一簇平行线，要改变转速只要改变电压即可。1.1.3.3.3 3单闭环无静差直流调速系统的静特性单闭环无静差直流调速系统的静特性bpibpiedegnsPinnKCRIKCUKKn0)1()1(任务任务1.41.4其它反馈环节在闭环直流调速系统中的应用其它反馈环节在闭环直流调速系统中的应用1.4.1 1.4.1 电压负反馈环调速系统电压负反馈环调速系统-VCC_+8R RRRLRPU UU1gn 0dctf002PGTVUg+_IfdnMURP2电压负反馈检测环节Ud=UfuUd0+_dIRR12图1-43 电压负反馈调速系统
9、原理图S 电压负反馈调速系统的静特性及比较电压负反馈调速系统的静特性及比较电压负反馈系统抗扰动的自动调节过程电压负反馈系统抗扰动的自动调节过程 bubueadeLTdegnspnnCRIKCRRIKCUKKn0)1()1(1.4.2 带电流正反馈补偿的电压负反馈调速系统带电流正反馈补偿的电压负反馈调速系统 系统的静特性：系统的静特性：系统抗扰动的自动调节过程系统抗扰动的自动调节过程 buibuieadedspesLTdegnspnnCRIKCIKKKCRRRIKCUKKn0)1()1()1(1.4.3 带电流截止负反馈环节的转速负反馈调速系统带电流截止负反馈环节的转速负反馈调速系统 系统的静特
10、性系统的静特性 任务任务1.5 KZD-型小功率有静差直流调速系统实例分析型小功率有静差直流调速系统实例分析 1系统的组成系统的组成Ugn UctdUn+Ufip给定环节比例调节器触发整流直流电动机电流截止负反馈U 电流正反馈及检测环节图 1-59 KZD-型小功率直流调速系统组成框图_电压负反馈及检测环节Ufu_电路电路 2.系统抗扰动的自动调节过程系统抗扰动的自动调节过程 任务任务2.1 转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统任务任务2.2 可逆直流调速系统可逆直流调速系统任务任务2.3 转速、电流双闭环数字式直流调速系统转速、电流双闭环数字式直流调速系统任务任务2.1转
11、速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成转速、电流双闭环直流调速系统的组成2.1.2 转速、电流双闭环及速度调节器、电流调节器的作用转速、电流双闭环及速度调节器、电流调节器的作用1电流环及电流环及ACR的调节作用的调节作用2.速度环及速度环及ASR的调节作用的调节作用2.1.3 转速、电流双闭环直流调速系统的静特性转速、电流双闭环直流调速系统的静特性1转速调节器不饱和时系统的静特性转速调节器不饱和时系统的静特性 n=Ugn/=n0 2转速调节器饱和时系统的静特性转速调节器饱和时系统的静特性 Id=Ugim/=Idm 2.1.4 转速
12、、电流双闭环直流调速系统的动态工作过程转速、电流双闭环直流调速系统的动态工作过程任务任务2.2 可逆直流调速系统可逆直流调速系统2.2.1 可逆直流调速系统的基本知识可逆直流调速系统的基本知识1.电枢可逆电路电枢可逆电路 2可逆系统的工作状态可逆系统的工作状态 3可逆直流调速系统中的环流分析可逆直流调速系统中的环流分析2.2.2 逻辑控制的无环流可逆调速系统逻辑控制的无环流可逆调速系统 逻辑无环流可逆系统的动态工作过程逻辑无环流可逆系统的动态工作过程 逻辑无环流可逆系统的优缺点逻辑无环流可逆系统的优缺点 逻辑无环流可逆系统的主要优点是：不需要环流电抗器，没有附加的环流损耗，可节省变压器和晶闸管
13、整流装置的设备容量，因换流失败而造成的事故率低，系统工作可靠性高。主要缺点是：系统存在关断等待时间和触发等待时间等，造成电流换向死区较大，降低了系统的快速性。任务任务2.3 转速、电流双闭环数字式直流调速系统转速、电流双闭环数字式直流调速系统 2.3.1 数字式直流调速系统的组成与工作原理数字式直流调速系统的组成与工作原理 2.3.2 数字式直流调速系统的软件功能数字式直流调速系统的软件功能 2.3.3 数字式直流调速系统的硬件组成数字式直流调速系统的硬件组成模拟量输入模拟量输出数字量输入数字量输出测速反输入馈RS232/422显示及操作键盘RAMEPROME PROM2触发脉冲及分配驱动及脉
14、冲变压器CPU运行状态显示LED控制及保护信号采集及转换电枢电压电枢电流磁场电压过电流保护过电压保护脉冲丢失相序缺序电流互感器电枢电压隔离电流反馈输入电压等级相序缺相磁场电流磁场电压过电压、欠电压相序缺相速度给定电流给定电枢电压电枢电流总给定电压起动点动脉冲封锁速度/电流选择定时停机CPU正常零速输出装置起动测速发电机光电编码器UIIVaaffMAA12阻容 保护L2L1L3F+F-控制继电器控制电源LcNNL5V10V15V24V图2-24 欧陆590型数字式直流调速系统的硬件框图 2.3.4 数字式与模拟式直流调速系统的比较数字式与模拟式直流调速系统的比较 性能调速系统稳态精度动态性能可靠
15、性调试难度模拟式低好低难数字式高稍差高易任务任务3.1 直流脉宽调制调速系统的基础直流脉宽调制调速系统的基础 任务任务3.2 直流脉宽调制调速系统的主要组成环节直流脉宽调制调速系统的主要组成环节任务任务3.3 SG1731控制的双闭环直流脉宽调制调速系统实例分析控制的双闭环直流脉宽调制调速系统实例分析 任务任务3.1 直流脉宽调制调速系统的基础直流脉宽调制调速系统的基础3.1.1直流脉宽调制调速的基本原理直流脉宽调制调速的基本原理 3.1.2 直流脉宽调制调速的组成直流脉宽调制调速的组成 任务任务3.2 直流脉宽调制调速系统的主要组成环节直流脉宽调制调速系统的主要组成环节3.2.1 直流脉宽调
16、制型变换器直流脉宽调制型变换器 3.2.2 直流脉宽触发器直流脉宽触发器1直流脉宽调制器直流脉宽调制器2逻辑电路逻辑电路3隔离电路隔离电路4驱动放大电路驱动放大电路8+_+8+8+_A1A2A3RRRRRRRRR01234567R00RPCuUUzctbupwm图3-9 三角波脉宽调制器VSVS12uP()任务任务3.3 SG1731控制的双闭环直流脉宽调制调速控制的双闭环直流脉宽调制调速系统实例分析系统实例分析 3.3.1 SG1731控制的双闭环调速系统的组成控制的双闭环调速系统的组成 PWMPWM给定环节速度 调节器触发器直流电动机转速负反馈检测环节n图3-22集成控制器SG1731控制
17、的双闭环PWM-M直流调速系统组成结构框图U gn dUn+U 电流调节器i U 电流负反馈检测环节+_Ugi Ufn=nUfiId=速度外环电流内环主电路SG1731集成芯片 3.3.2 SG1731控制的控制的PWM-M系统的工作原理系统的工作原理+-UtUOtOUtOtO+UT-UTUAUBUdA 输出B 输出电动机电压（a）UCT=0Uav=0UtOtOUtOtO+UT-UTAUBUd（b）UCT0Uav0UtOtOUtOtO+UT-UTAUBUd（c）UCT0Uavff1N=EadEad+_(a)(b)(c)(d)(e)图5-1 不同调速方法的机械特性曲线 5.1.2 交流异步电动机
18、调速系统的基本类型交流异步电动机调速系统的基本类型 按转差功率是否消耗，把交流调速系统分为三大类：5.1.3交流调速系统的主要性能指标交流调速系统的主要性能指标 节能性节能性 主要考核调速系统的效率，平均不低于主要考核调速系统的效率，平均不低于85%。可靠性可靠性 电动机和控制装置的故障率低，过载能力强。电动机和控制装置的故障率低，过载能力强。经济性经济性 价格相对低廉，维护费用小，投资回收期短。价格相对低廉，维护费用小，投资回收期短。转差功率消耗型调速系统 转差功率回馈型调速系统 转差功率不变型调速系统 任务任务5.2 变频调速系统的基础知识变频调速系统的基础知识5.2.1功率变频装置（变频
19、器功率变频装置（变频器/变频电源）的分类与特点变频电源）的分类与特点1.交交-交变频器交变频器2.交交-直直-交变频器交变频器5.2.2 变频调速的基本控制方式变频调速的基本控制方式U/f控制方式及其机械特性控制方式及其机械特性1U/f控制方式控制方式2矢量控制方式矢量控制方式3直接转矩控制方式直接转矩控制方式UffU1N1N0abb-带定子电压补偿a-不带定子电压补偿图5-11 恒压频比控制特性曲线11Tn0e1N1112131N111213图5-10恒压频比改变频率时的机械特性补偿定子电压后机械特性nnnn1N111213任务任务5.3 脉宽调制（脉宽调制（SPWM）变频器在）变频器在U/
20、f控制方式控制方式下的变频调速系统下的变频调速系统5.3.1 SPWM变频电源变频电源 5.3.2 SPWM变频调速系统变频调速系统任务任务5.4 矢量控制系统矢量控制系统5.4.1 矢量变换（矢量变换（VC）控制思路）控制思路5.4.2 矢量变换规律矢量变换规律5.4.3 异步电动机动态数学模型下的电磁转矩异步电动机动态数学模型下的电磁转矩5.4.4 异步电动机磁场定向变频调速系统的框架结构异步电动机磁场定向变频调速系统的框架结构5.4.5 异步电动机矢量控制变频调速系统异步电动机矢量控制变频调速系统任务任务5.5 直接转矩控制系统直接转矩控制系统5.5.1直接转矩控制技术的特点直接转矩控制
21、技术的特点 直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。实际应用表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速系统，电动机磁场接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多。5.5.2直接转矩控制直接转矩控制(DTC)的基本思想的基本思想 M3PWM转矩调节器磁链调节器电机模型二极管IGBT异步电动机usTeigigisTeifi
22、f图5-41 直接转矩控制系统基本思路框图 5.5.3 直接转矩控制交流变频调速装置实例（阅读材料）直接转矩控制交流变频调速装置实例（阅读材料）任务任务5.6数字式通用变频器及其应用数字式通用变频器及其应用5.6.1 数字式通用变频器的结构数字式通用变频器的结构1外部结构外部结构 2内部结构及其工作原理介绍内部结构及其工作原理介绍 5.6.2通用变频器的铭牌参数通用变频器的铭牌参数 5.6.3 通用变频器的选择通用变频器的选择 简易通用型变频器简易通用型变频器一般采用Uf控制方式，主要以风扇、风机、泵等为控制对象，其节能效果显著，成本较低。多功能通用型变频器随着工业企业自动化技术的不断应用，自
23、动仓库、升降机、搬运系统等的高效化、低成本化及小型CNC机床、挤压成型机、纺织及胶片机械的高速化、高效率化、高精度化等已日趋重要，选用多功能变频器可满足这些具有一定特殊要求的驱动需要。高性能通用型变频器经过十余年的发展，目前矢量控制的变频器已通用化、实用化。矢量控制回路的数字化以及参数自调整功能的引入，使得变频器自适应等功能更加充实，特别是无速度传感器矢量控制技术的实用化，使得高性能的采用矢量控制方式的通用变频器的应用日益广泛，目前这类变频器主要应用于挤压成型机，电线、橡胶制造等设备的驱动需要。5.6.4 通用变频器的运行与调试通用变频器的运行与调试 1通电前的检查通电前的检查 接线、外观检查
24、对电源电压、电动机和变频器控制信号进行测试2.系统功能设定系统功能设定3.试运行试运行4.控制端子外部信号操作控制端子外部信号操作5.6.5 通用变频器应用实例通用变频器应用实例 1系统主电路系统主电路 2控制系统结构控制系统结构 3变频器的功能设定变频器的功能设定 按图9-40接线完成后，变频器通电，可根据本系统的工艺情况进行变频器的功能设定。最大频率：50 Hz。最小频率：0 Hz。基本频率：50 Hz。额定电压：380 V。加速时间：15 S。减速时间：15 S。过载保护倍数：105。转矩限制：150。转矩矢量控制：不动作。其它功能按照变频器出厂设定值设定。任务任务6.1 交直流调速系统
25、运行交直流调速系统运行 任务任务6.2 电气调速系统维护电气调速系统维护 任务任务6.3 电气流调速系统检修电气流调速系统检修 任务任务6.1 交直流调速系统运行交直流调速系统运行6.1.1 电气调速系统使用规程电气调速系统使用规程 调速系统必须由专职操作人员进行操作；操作人员都必须经过专门的技术培训，熟悉所操作设备的机械、电气、液压、气动等部分的应用环境及加工条件等；系统操作人员必须具备一定的操作水平；操作人员应掌握一定的调速系统的基本知识；操作人员要掌握操作现场制定的操作规程，并严格执行操作规程；操作人员要掌握由厂家提供的设备使用说明书中的操作步骤和要求，严格按照说明书规定的，正确、合理地
26、使用调速系统；操作人员不得动用非正常操作所需的设备；调速控制设备要可靠接地，在使用过程中如果有漏电现象应立即断电并通知相关维修人员进行处理；操作人员如发现系统工作异常，应及时断电，并立即通知有关维修人员进行处理，以免造成重大事故。6.1.2 电气调速系统运行规程电气调速系统运行规程 系统运行操作人员必须穿着必要的保护装置；操作人员不得无故迟到、早退以及工作中脱离现场；操作人员应保持操作现场的安静、整洁，不得把食品、饮料、易燃物品带进操作现场；系统使用前，操作人员应认真检查所需设备是否完好、齐全，如有缺损，应及时报告；操作前操作人员应检查设备是否连接可靠，如有问题及时报告；操作人员应分工明确，并
27、注意操作过程中协调工作；操作人员应严格按照设备操作步骤执行各项工作，仔细观察操作现场的工作现象，观察工作现场仪器、仪表等设备输出值，做好记录，不得伪造结果；在操作中，要爱护仪器、设备，不准擅自动用与本操作无关的其它设备；在操作中如遇突发事件，应及时断电，并报告给维修单位进行处理，待事件处理完毕后，方可继续使用；操作中严禁带电接线、拆线，避免接触带电裸露金属部分，杜绝恶性事故发生；操作完毕后按顺序切断电源；操作完毕后要认真清点、整理现场及设备；操作结束后，要认真分析、总结工作过程中出现的现象。任务任务6.2 电气调速系统的维护电气调速系统的维护1.日常维护日常维护2.定期检查定期检查3.长期停机设备的维护长期停机设备的维护4.长期停机的系统再使用时，要先进行检查、维护长期停机的系统再使用时，要先进行检查、维护任务任务6.3 电气调速系统的检修电气调速系统的检修 6.3.1 电气调速系统检修应具备的条件电气调速系统检修应具备的条件1.高素质检修人员高素质检修人员2必要的检修参考资料必要的检修参考资料3.必要的维修器具与备件必要的维修器具与备件 6.3.2 电气调速系统检修的方法与步骤电气调速系统检修的方法与步骤1故障检查方法故障检查方法2故障检查原则故障检查原则3.故障检查内容故障检查内容 谢谢 谢谢 观观 看看！
