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1、第11章直流传动控制系统1第1页，此课件共44页哦11.1机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类1.机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成机电传动控制机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件组合而系统是由电机、电器、电子部件组合而成，通过一定的控制去实现对生产机械成，通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务的驱动任务.(1)(1)开环控制系统开环控制系统:只有控制量只有控制量(输入量输入量)对被控制量对被控制量(输出输出量量)的单向控制作用，而不存在被控的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系，这样的制量对控制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。
2、控制系统称为开环控制系统。第2页，此课件共44页哦(2)闭环控制系统l当系统受到外界的扰动当系统受到外界的扰动(如负载的波动如负载的波动)，使被调量与给定值发生偏差时，由测，使被调量与给定值发生偏差时，由测量环节量环节(测速发电机测速发电机)测量的被调量测量的被调量(电动机的转速电动机的转速)和给定值进行比较，得出偏差，和给定值进行比较，得出偏差，再经过放大环节将偏差信号放大去控制执行环节，达到抵消扰动减少偏差的目再经过放大环节将偏差信号放大去控制执行环节，达到抵消扰动减少偏差的目的。其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制的。其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作
3、用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，故又称闭环控制系统或反馈控制系统。作用，形成一个闭环，故又称闭环控制系统或反馈控制系统。第3页，此课件共44页哦2.自动控制系统的分类 上述的开环控制系统和闭环控制系统是从组成原理上分的。常见的还有下列上述的开环控制系统和闭环控制系统是从组成原理上分的。常见的还有下列的分类方法：的分类方法：(1)按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈控制系统；及电流正反馈控制系统；l(2)按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统；按自动调节系统的
4、复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统；l(3)按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统；统；l(4)按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统；按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统；l(5)按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统；按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统；(6)按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系统。按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系统。第
5、4页，此课件共44页哦例:闭环自动控制系统方框图闭环自动控制系统方框图闭环自动控制系统方框图闭环自动控制系统方框图第5页，此课件共44页哦11.211.2机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择l1.生产机械对自动调速系统技生产机械对自动调速系统技术指标的要求术指标的要求l1)静态技术指标静态技术指标l(1)调速范围调速范围Dl联立解上两式得联立解上两式得:电动机调速特性如下图电动机调速特性如下图,静差度静差度S取取S2的值的值.-额定负载时的转速降额定负载时的转速降.l(2)静差度S式中式中.no-理想空载转速理想空载转速;第6页，此课件共44页哦l2)动态技术指标l(1
6、)最大超调量:为10%-35%.(2)过渡过程时间T(3)振荡次数第7页，此课件共44页哦2.2.机电传动控制系统方案的确定原则l1)不要求电气调速的不要求电气调速的:l(1)空载空载,轻载起动的轻载起动的,选鼠笼选鼠笼式异步电动机式异步电动机;l(2)重载起动的重载起动的,选线绕式异选线绕式异步电动机步电动机;l(3)大容量的选同步电动机大容量的选同步电动机;l其中其中,简单的采用继电器简单的采用继电器-接触器接触器 控制控制;复杂的采用复杂的采用PLC控制控制.l2)要求电气调速的要求电气调速的,根据调根据调速指标确定拖动方案速指标确定拖动方案:l(1)D=2-3.有级调速有级调速,选多速
7、选多速电动机电动机;l(2)D小于小于10,无级调速无级调速,选滑选滑差电动机差电动机;l(3)D大于大于10,无级调速无级调速,采用采用SCR-M自动调速系统自动调速系统.l3)电动机的调速特性与生产电动机的调速特性与生产机械负载特性匹配机械负载特性匹配.第8页，此课件共44页哦例例:某直流调速系统某直流调速系统,其高速其高速,低速特性如图示低速特性如图示,=1450r/min,=145r/min,=1450r/min,=145r/min,=10r/min,=10r/min,问系统达到的调速范围有多大问系统达到的调速范围有多大?系统允许的静差度是多少系统允许的静差度是多少?l解:=1440/
8、135=10.67=10/145=6.9%或=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67第9页，此课件共44页哦11.3 11.3 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管-电动机直流传动控制系统电动机直流传动控制系统电动机直流传动控制系统电动机直流传动控制系统一一一一.单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统1.1.有静差调速系统有静差调速系统有静差调速系统有静差调速系统l1).转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统-系统原理方框图系统原理方框图第10页，此课件共44页哦转速负反馈自动调速系统转速负反馈自动调速系统(1)系统组成系统组成直流电源直流电源;
9、晶闸管触发电路和主电路晶闸管触发电路和主电路;放大器放大器(比例调节器比例调节器);给定环节给定环节给定电压给定电压Ug;反馈环节反馈环节-反馈电压反馈电压Uf=;第11页，此课件共44页哦放大器放大器 闭环系统的开环放大倍数为闭环系统的开环放大倍数为令前向通道放大倍数为令前向通道放大倍数为电动机电枢回路电动机电枢回路整流环节输出电压整流环节输出电压(2)静特性方程式静特性方程式比较环节比较环节第12页，此课件共44页哦静特性方程式l联立求解上页几式得闭环系统静特性方程式联立求解上页几式得闭环系统静特性方程式l比较式比较式(11.5)和式和式(11.6),得到两个重要的结论得到两个重要的结论:
10、l由电动机电枢电路方程式可得开环系统静特性方程式由电动机电枢电路方程式可得开环系统静特性方程式第13页，此课件共44页哦例例例例1:1:某直流闭环调速系统的速度调节范围是某直流闭环调速系统的速度调节范围是某直流闭环调速系统的速度调节范围是某直流闭环调速系统的速度调节范围是1500-1500-150r/min,150r/min,静差度为静差度为静差度为静差度为0.05,0.05,问系统允许的速降是多少问系统允许的速降是多少问系统允许的速降是多少问系统允许的速降是多少?如果开环系如果开环系如果开环系如果开环系统的静态速降是统的静态速降是统的静态速降是统的静态速降是80r/min,80r/min,求
11、闭环系统的开环放大倍数求闭环系统的开环放大倍数求闭环系统的开环放大倍数求闭环系统的开环放大倍数.l解解;由由 得得思考题思考题:1500r/min是额定转速还是理想空载转速是额定转速还是理想空载转速?第14页，此课件共44页哦例例2:2:某直流闭环调速系统的速度调节范围是某直流闭环调速系统的速度调节范围是D=1:10,D=1:10,额定转速为额定转速为1000r/min,1000r/min,开环转速速降是开环转速速降是100r/min,100r/min,如果要求系统的静差度由如果要求系统的静差度由1515%降至降至5 5%,%,则闭环系统则闭环系统的开环放大倍数的开环放大倍数.如何变化如何变化
12、?l解:开环时额定转速下的静差度为l=1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26=1000(0.15)/10(1-0.15)=17.65=100/5.26=18=100/17.65=4.67l不满足5%的指标要求,要采用闭环系统.第15页，此课件共44页哦2)2)电压负反馈自动调速系统电压负反馈自动调速系统电压负反馈自动调速系统电压负反馈自动调速系统 转速负反馈是抑制转速变化的最直接而有效的方法，它是自动调转速负反馈是抑制转速变化的最直接而有效的方法，它是自动调速系统最基本的反馈形式。但转速负反馈需要有反映转速的测速发速系统最基本的反馈形式。但转速负反馈需要有反映转速的测速发电机，它
13、的安装和维修都不太方便，因此，在调速系统中还采用其电机，它的安装和维修都不太方便，因此，在调速系统中还采用其他的反馈形式。他的反馈形式。(1)电压负反馈系统：具有电压负反馈环节的调速系统如下图所示电压负反馈系统：具有电压负反馈环节的调速系统如下图所示.电动机电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电压负反馈系统就是把电动机电枢电的转速随电枢端电压的大小而变。电压负反馈系统就是把电动机电枢电压作为反馈量，以调整转速。电压负反馈系统的特点是线路简单，可是压作为反馈量，以调整转速。电压负反馈系统的特点是线路简单，可是它稳定速度的效果并不大，因为，负载增加时，它稳定速度的效果并不大，因为，负载增加时，电动
14、机电枢内阻引起的电动机电枢内阻引起的内阻压降得不到补偿内阻压降得不到补偿.一般线路中采用电压负反馈，主要不是用它来一般线路中采用电压负反馈，主要不是用它来稳速，而是用它来防止过压、改善动态特性、加快过渡过程。稳速，而是用它来防止过压、改善动态特性、加快过渡过程。第16页，此课件共44页哦(2)(2)具有电压负反馈环节的调速系统具有电压负反馈环节的调速系统具有电压负反馈环节的调速系统具有电压负反馈环节的调速系统注意反馈电压与给定电压的极性注意反馈电压与给定电压的极性第17页，此课件共44页哦3)3)电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统电流正反馈与电压负反馈的综
15、合反馈系统电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 (1)(1)电流正反馈的作用电流正反馈的作用:为了补偿电枢电阻压降为了补偿电枢电阻压降,一般在电压负反馈的基础上再增一般在电压负反馈的基础上再增加一个电流正反馈环节加一个电流正反馈环节.它是把反映电动机电枢电流大小的量取出，与电压负反馈一它是把反映电动机电枢电流大小的量取出，与电压负反馈一起加到放大器输入端。由于是正反馈，当负载电流增加时，放大起加到放大器输入端。由于是正反馈，当负载电流增加时，放大器输入信号也增加，使晶闸管整流输出电压增加，以此来补偿电器输入信号也增加，使晶闸管整流输出电压增加，以此来补偿电动机电枢电阻所产生的压降。由于这种反馈
16、方式的转速降落比仅动机电枢电阻所产生的压降。由于这种反馈方式的转速降落比仅有电压负反馈时小了许多，因而扩大了调速范围，如果比例选择有电压负反馈时小了许多，因而扩大了调速范围，如果比例选择恰当，综合反馈将具有恰当，综合反馈将具有电势内反馈电势内反馈,即相似于转速反馈的性质。即相似于转速反馈的性质。第18页，此课件共44页哦电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统方框图第19页，此课件共44页哦4)4)电流截止负反馈系统电流截止负反馈系统电流截止负反馈系统电流截止负反馈系统是一
17、种在过渡过程中起作用的反馈是一种在过渡过程中起作用的反馈,称为软反馈称为软反馈.(1)电流截止负反馈的作用电流截止负反馈的作用 在转速负反馈系统中在转速负反馈系统中,电动机起动电动机起动瞬间瞬间,转子没有动转子没有动,没有反馈电压没有反馈电压,只有给定电压起作用只有给定电压起作用.一方面一方面,电电动机将快速起动动机将快速起动;另一方面另一方面,过大过大的起动电流对电动机不利的起动电流对电动机不利.为了为了限制电动机起动过程时的过大电流限制电动机起动过程时的过大电流,引入电流截止负反馈引入电流截止负反馈.(2)电流截止负反馈的特性电流截止负反馈的特性近似挖掘机特性近似挖掘机特性.如图示如图示.
18、第20页，此课件共44页哦带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图带电流截止负反馈环节的自动调速系统方框图(3)截止电流的整定截止电流的整定截止电流截止电流Io=(1-1.1)IaN堵转电流堵转电流Iao=(2-2.5)IaN(4)电流截止负反馈的组成电流截止负反馈的组成讯号源讯号源IaR;反馈源反馈源Ub;方向整流器方向整流器V.第21页，此课件共44页哦5)5)有静差调速系统举例有静差调速系统举例有静差调速系统举例有静差调速系统举例X2010AX2010A型龙门铣床工作台进给传动型龙门铣床工作台进给传动型龙门铣
19、床工作台进给传动型龙门铣床工作台进给传动晶闸管直流调速系统晶闸管直流调速系统晶闸管直流调速系统晶闸管直流调速系统(1)概述概述:龙门铣床的主运动为铣刀的旋转运动，进给运动为工作台的往复运动，进给运动龙门铣床的主运动为铣刀的旋转运动，进给运动为工作台的往复运动，进给运动属于恒转矩负载属于恒转矩负载.进给运动有工作台的前后移动，左、右主轴箱沿立进给运动有工作台的前后移动，左、右主轴箱沿立柱上下移动，垂直主轴箱沿横梁左右移动柱上下移动，垂直主轴箱沿横梁左右移动(均共用一个电动机，用选择均共用一个电动机，用选择开关控制电磁离合器来进行选择开关控制电磁离合器来进行选择)，传动电机为直流电动机，采用晶闸管
20、整，传动电机为直流电动机，采用晶闸管整流供电，无级调节直流电动机的电枢电压进行调速流供电，无级调节直流电动机的电枢电压进行调速.工作台和主轴箱的快工作台和主轴箱的快速移动，仍用进给电动机传动速移动，仍用进给电动机传动.(2)(2)调速指标调速指标:调速范围调速范围D=50,静差度静差度S15%.(3)进给运动传动系统方框图进给运动传动系统方框图 第22页，此课件共44页哦进给运动传动系统方框图进给运动传动系统方框图第23页，此课件共44页哦(4)SCR-M(4)SCR-M主回路主回路主回路主回路l由于进给电动机正反向工作不频繁，容量也不大由于进给电动机正反向工作不频繁，容量也不大(4kW,10
21、00r/min,200V)，因此采用单相半控桥式整流线路，电动机的正、反转，因此采用单相半控桥式整流线路，电动机的正、反转由接触器由接触器FKM、RKM控制，主回路整流元件均设有阻容保护元件，电控制，主回路整流元件均设有阻容保护元件，电动机的制动采用能耗制动，制动时接触器动机的制动采用能耗制动，制动时接触器KM动作，将电阻动作，将电阻R并接在电并接在电枢两端。电流继电器枢两端。电流继电器2KA作过电流保护，在作过电流保护，在50A左右动作。左右动作。l电动机是一个反电势负载，具有一定的电感，当主回路中没有另加滤波电抗器时，电动机是一个反电势负载，具有一定的电感，当主回路中没有另加滤波电抗器时，
22、主回路电流总是断续的主回路电流总是断续的,特别是在轻负载情况下，晶闸管整流电压要升高，特别是在轻负载情况下，晶闸管整流电压要升高，电动机的转速比有滤波电抗器情况下的转速要高电动机的转速比有滤波电抗器情况下的转速要高.续流二极管续流二极管3VD3VD在低速、在低速、大负载情况下，有续流作用，以保证晶闸管整流器的正常工作。大负载情况下，有续流作用，以保证晶闸管整流器的正常工作。l主电路电气原理图如下主电路电气原理图如下.第24页，此课件共44页哦SCR-MSCR-M主电路图主电路图第25页，此课件共44页哦(5)(5)晶闸管触发电路晶闸管触发电路晶闸管触发电路晶闸管触发电路采用同步波为锯齿波的晶体
23、管移相触发电路采用同步波为锯齿波的晶体管移相触发电路采用同步波为锯齿波的晶体管移相触发电路采用同步波为锯齿波的晶体管移相触发电路第26页，此课件共44页哦(6)(6)放大器放大器放大器放大器采用单级晶体管电压放大器采用单级晶体管电压放大器采用单级晶体管电压放大器采用单级晶体管电压放大器在放大器的输入端加有各种反馈信号：在放大器的输入端加有各种反馈信号：a、采用深度速度负反馈，是为了提高电动机机械特性的硬度，满足调采用深度速度负反馈，是为了提高电动机机械特性的硬度，满足调速范围的要求。速范围的要求。b、电压微分电压微分(软软)负反馈环节，由负反馈环节，由18C、23R组成，进给工作时，继电器组成
24、，进给工作时，继电器4K得电，得电，其常闭触头断开，其常闭触头断开，18C起作用，该环节起软反馈作用，以增强系统的稳起作用，该环节起软反馈作用，以增强系统的稳定性。定性。c、电流微分负反馈环节，由电流微分负反馈环节，由19C、24R组成，同样是为了增强系统的稳定性。组成，同样是为了增强系统的稳定性。d、电流截止负反馈环节，由稳压管电流截止负反馈环节，由稳压管5VZ和滤波电感和滤波电感L组成。从主电路中的组成。从主电路中的1RF上取出的电压正比于主回路负载电流上取出的电压正比于主回路负载电流,在负载电流在负载电流(平均值平均值)较大较大时，从时，从1RF上取出的电压大于上取出的电压大于5VZ的击
25、穿电压，限流回路开放，使的击穿电压，限流回路开放，使5VT截截止，止，Uco增大，增大，增大，晶闸管输出减小，从而限制主回路电流，以保护晶闸增大，晶闸管输出减小，从而限制主回路电流，以保护晶闸管和电动机。管和电动机。第27页，此课件共44页哦放大器电路图放大器电路图第28页，此课件共44页哦2.2.无静差调速系统无静差调速系统无静差调速系统无静差调速系统1)比例积分调节器比例积分调节器(PI调节器调节器)采用采用PI调节器调节器能获得较高的静态精度能获得较高的静态精度能具有较快的动态响应能具有较快的动态响应.电路图时间特性第29页，此课件共44页哦2)具有比例积分调节的无静差调速系统方框图具有
26、比例积分调节的无静差调速系统方框图放大器的反馈电路不是放大器的反馈电路不是R,而是而是R,C第30页，此课件共44页哦当电动机负载增加当电动机负载增加(a)转速下降转速下降(b)比例部分开始起调节作用比例部分开始起调节作用,使整流电压使整流电压增加，见增加，见(c)之之1曲线曲线(c)之后，积分部分之后，积分部分 起作用起作用,并保持数并保持数值不变值不变,见见(c)之之2曲线曲线.PI调节器的综合作用如调节器的综合作用如(c)中中曲线曲线3所示所示.调节作用调节作用第31页，此课件共44页哦二二二二.双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统1.1.转速、电流双
27、闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成有些生产机械经常处于正反转工作状态有些生产机械经常处于正反转工作状态(如龙门刨床、可逆轧钢机等如龙门刨床、可逆轧钢机等)，为了提，为了提高生产率，要求尽量缩短起动、制动和高生产率，要求尽量缩短起动、制动和反转过渡过程的时间，这就要求在起动反转过渡过程的时间，这就要求在起动过程中，把电动机的电流当作被调节量，过程中，把电动机的电流当作被调节量，使之维持为电动机允许的最大值使之维持为电动机允许的最大值IamIam并保并保持不变。这就要求有一个电流调节器来持不变。这就要求有一个电流调节器来完成这个任务。完成这个任务。具有速度调节器具有速度调节器ASRA
28、SR和电流调节器和电流调节器ACRACR的双的双闭环调速系统就是在这种要求下产生的闭环调速系统就是在这种要求下产生的.理想的起动过程曲线理想的起动过程曲线第32页，此课件共44页哦2 2转速、电流双闭环调速系统的静态与动态分析转速、电流双闭环调速系统的静态与动态分析转速、电流双闭环调速系统的静态与动态分析转速、电流双闭环调速系统的静态与动态分析第33页，此课件共44页哦1)静态分析静态分析l从静特性上看，维持电动机转速不变是由速度调节器从静特性上看，维持电动机转速不变是由速度调节器ASR来实现的。来实现的。l在电流调节器在电流调节器ACR上，使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，但转上，
29、使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，但转速负反馈环是外环，内环电流负反馈对于转速环来说相当于一个扰动作用，只要速负反馈环是外环，内环电流负反馈对于转速环来说相当于一个扰动作用，只要转速调节器转速调节器ASR的放大倍数足够大，而且没有饱和，则电流负反馈的扰动作用就的放大倍数足够大，而且没有饱和，则电流负反馈的扰动作用就受到抑制。整个系统的本质由外环速度调节器来决定，它仍然是一个无静差的调受到抑制。整个系统的本质由外环速度调节器来决定，它仍然是一个无静差的调速系统。也就是说，当转速调节器不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的速速系统。也就是说，当转速调节器不饱和时，电流负反馈使静特性可能产
30、生的速降完全被转速调节器的积分作用所抵消了，一旦降完全被转速调节器的积分作用所抵消了，一旦ASR饱和，当负载电流过大，饱和，当负载电流过大，系统实现保护作用使转速下降很大时，转速环即失去作用，只剩下电流环系统实现保护作用使转速下降很大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用，这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂段起作用，这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂段特性。特性。第34页，此课件共44页哦l在突加给定电压在突加给定电压UgnUgn的起动过程的起动过程中，转速调节器输出电压中，转速调节器输出电压Ugi,Ugi,电流电流调节器输出电压调节器输出电压Uk,U
31、k,可控整流器输可控整流器输出电压出电压Ud,Ud,电动机电枢电流电动机电枢电流IaIa和转和转速速n n的动态响应波形如右图。整的动态响应波形如右图。整个过渡过程可以分成三个阶段，个过渡过程可以分成三个阶段，在图中分别标以在图中分别标以,和和.l双闭环调速系统，在起动过程的大双闭环调速系统，在起动过程的大部分时间内，部分时间内，ASRASR处于饱和限幅处于饱和限幅状态，转速环相当于开路状态，转速环相当于开路,系统系统表现为恒电流调节。表现为恒电流调节。2)动态分析动态分析第35页，此课件共44页哦三三三三.可逆直流调速系统可逆直流调速系统1.接触器切换接触器切换2.晶闸管切换晶闸管切换适用于
32、中小型电机适用于中小型电机第36页，此课件共44页哦3.3.采用两套晶闸管变流器的可逆线路采用两套晶闸管变流器的可逆线路采用两套晶闸管变流器的可逆线路采用两套晶闸管变流器的可逆线路线路分为有环流和无环流线路分为有环流和无环流线路分为有环流和无环流线路分为有环流和无环流(逻辑无环流逻辑无环流逻辑无环流逻辑无环流,错位无环流错位无环流错位无环流错位无环流)两种两种两种两种.第37页，此课件共44页哦11.4 晶体管晶体管-电动机直流脉宽调速系统电动机直流脉宽调速系统1.基本工作原理基本工作原理 对角线上的一对大功率晶体管的基极对角线上的一对大功率晶体管的基极,接受同一控制信号同时导通或截止接受同一
33、控制信号同时导通或截止.电动机的转向和转速取决于电压平电动机的转向和转速取决于电压平均值均值 Uav.设矩形波的周期为设矩形波的周期为T,正向脉宽为正向脉宽为t1,定定义占空比义占空比则:第38页，此课件共44页哦2、主要特点、主要特点 晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调速系统比较具有下列特点：晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调速系统比较具有下列特点：(1)主电路所需的功率元件少。实现同样的功能，一般晶体管的数主电路所需的功率元件少。实现同样的功能，一般晶体管的数 量仅为晶闸量仅为晶闸管的管的1/31/6。(2)控制线路简单。晶体管的控制比晶闸管的容易，不存在相序问题，不控制线路简单。晶体
34、管的控制比晶闸管的容易，不存在相序问题，不需要烦琐的同步移相触发控制电路。需要烦琐的同步移相触发控制电路。(3)晶体管脉宽调制晶体管脉宽调制(PWM)放大器的开关频率高放大器的开关频率高,前者的动态响应速度和稳速前者的动态响应速度和稳速精度等性能指标都比后者好。电动机的附加损耗都小。精度等性能指标都比后者好。电动机的附加损耗都小。(4)晶体管脉宽调制放大器的电压放大系数不随输出电压的改变而变化，而晶闸管整晶体管脉宽调制放大器的电压放大系数不随输出电压的改变而变化，而晶闸管整流器的电压放大系数在输出电压低时变小。这样前者的低速性能要比后者好得多，流器的电压放大系数在输出电压低时变小。这样前者的低
35、速性能要比后者好得多，它可使电动机在很低的速度下稳定运转，其调速范围很宽它可使电动机在很低的速度下稳定运转，其调速范围很宽.第39页，此课件共44页哦3.3.晶体管脉宽调速系统组成方框图晶体管脉宽调速系统组成方框图晶体管脉宽调速系统组成方框图晶体管脉宽调速系统组成方框图第40页，此课件共44页哦1)1)主电路主电路(功率开关放大器功率开关放大器功率开关放大器功率开关放大器)晶体管脉宽调速系统主晶体管脉宽调速系统主电路的结构形式有多种，按电路的结构形式有多种，按输出极性有单极性输出和双输出极性有单极性输出和双极性输出之分，而双极性输极性输出之分，而双极性输出的主电路又分出的主电路又分H型和型和T
36、型型两类，两类，H型脉宽放大器又可型脉宽放大器又可分为单极式和双极式两种，分为单极式和双极式两种，右图所示为双极性双极式右图所示为双极性双极式脉宽放大器脉宽放大器.第41页，此课件共44页哦2)控制电路控制电路(1)速度调节器和电流调节器速度调节器和电流调节器:ASR和和ACR都采用比例积分调节器都采用比例积分调节器.(2)三角波发生器三角波发生器:可以获得一个对称的三角波可以获得一个对称的三角波电压电压.(3)电压电压-脉冲变换器脉冲变换器:产生正产生正,负脉宽相等的矩形波电负脉宽相等的矩形波电压压.(4)脉冲分配器及轴功率放大脉冲分配器及轴功率放大,电路图见电路图见右图右图.(5)其他控制
37、电路其他控制电路第42页，此课件共44页哦4.4.晶体管脉宽调速系统的分析晶体管脉宽调速系统的分析 1)静态静态 系统处于静态时电动机停转系统处于静态时电动机停转,，速度调节器，速度调节器ASR、电流调节器、电流调节器ACR的输出均为零，电压的输出均为零，电压-脉冲变换器脉冲变换器BU在三角波的作用下，在三角波的作用下，输出正、负等宽的方波电压输出正、负等宽的方波电压U4,经脉冲分配器和功放电路产经脉冲分配器和功放电路产生的生的Ub1,4和和Ub2,3;加在桥式功率开关管加在桥式功率开关管VT14的基极，使桥的基极，使桥式功率晶体管轮流导通或截止，此时，电动机电枢两端的平均式功率晶体管轮流导通
38、或截止，此时，电动机电枢两端的平均电压等于零，电动机停止不动。必须说明的是，此时，电动机电压等于零，电动机停止不动。必须说明的是，此时，电动机电枢两端的平均电压及平均电流虽然为零，但电动机电枢的瞬电枢两端的平均电压及平均电流虽然为零，但电动机电枢的瞬时电压及电流并不为零，在时电压及电流并不为零，在ASR及及ACR的作用下，系统实的作用下，系统实际上处于动态平衡状态。际上处于动态平衡状态。第43页，此课件共44页哦晶体管脉宽调速系统的分析晶体管脉宽调速系统的分析2)起动起动:以正转起动为例以正转起动为例,速度给定信号速度给定信号Ugn送入后送入后,速度调节器的输入端之后，速度调节器的输入端之后，
39、速度调节器的输出速度调节器的输出Ugi便一直处于最大限幅值，相当于速度调节器处于便一直处于最大限幅值，相当于速度调节器处于开环状态。开环状态。因为速度调节器的输出就是电流调节器的给定，在速因为速度调节器的输出就是电流调节器的给定，在速度调节器输出电压限幅值的作用下，使得电枢两端的平均电压迅速度调节器输出电压限幅值的作用下，使得电枢两端的平均电压迅速上升，电动机迅速启动上升，电动机迅速启动.电动机电枢平均电流亦迅速增加。由于电流调节电动机电枢平均电流亦迅速增加。由于电流调节器的作用，电动机就在这最大给定电流下加速器的作用，电动机就在这最大给定电流下加速.3)制动制动:当电动机处于某种速度的稳态运行时，若突然使速度给定降为零，速度调节当电动机处于某种速度的稳态运行时，若突然使速度给定降为零，速度调节器的输出将立即处于正的限幅值，速度调节器的输出使电流调节器的输出立即处器的输出将立即处于正的限幅值，速度调节器的输出使电流调节器的输出立即处于负的限幅值，电动机即进行制动，直到速度降为零。以后的过程同静态。于负的限幅值，电动机即进行制动，直到速度降为零。以后的过程同静态。第44页，此课件共44页哦