文档介绍：在我国许多工业部门,如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合,仍然广泛采用直流调速系统。而且,直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟,从控制技术的角度来看,它又是交流调速系统的基础。
直流电机调速的意义
直流调速的优点
直流电动机调速方法比较
直流电动机调速的发展历程
直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电,通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉;但缺点是效率低、机械特性软,不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。
30年代末期,发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。这种控制方法可获得较宽的调速范围、较小的转速变化率和平滑的调速性能。但此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。
近年来,随着电力电子技术的迅速发展,由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速系统,它的调速性能也远远地超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展,使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。电力电子技术中IGBT等大功率器件的发展正在取代晶闸管,出现了性能更好的直流调速系统。
直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为
1、电枢回路串电阻调速 2、降压调速 3、弱磁调速
直流电动机的调速方法
图1(a) 改变电枢电阻调速电路图1(b) 改变电枢电阻调速时的机械特性
当负载一定时,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R=(Ra+Rw)增大,电动机转速就降低。其机械特性如图1(b)所示。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。
这种调速方法为有级调速,调速比一般约为2:1左右,转速变化率大,轻载下很难得到低速,效率低,故现在已极少采用。
在实际应用中:
调节电枢电压的方法:
1、GM--旋转变流机组,此种为八九十年代的电动机-发电机-电动机的调速原理,噪声“极为可观”,现在几乎绝迹了吧! 2、VM--禁止可控整流 3、直流斩波和脉宽调制变换器(PWM),此种方法有非常大的应用价值,但在交流电机逐步取代直流电机的潮流中,此种调速方法受到了限制。
改变电枢电压调速
连续改变电枢供电电压,可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。
如前所述,改变电枢供电电压的方法有两种,一种是采用发电机-电动机组供电的调速系统;另一种是采用晶闸管变流器供电的调速系统。下面分别介绍这两种调速系统。
采用发电机-电动机组调速方法
图2 (a)发电机-电动机调速电路
(b)发电机-电动机组调速时的机械特性
如图2(a)所示,通过改变发电机励磁电流IF来改变发电机的输出电压Ua,从而改变电动机的转速n。在不同的电枢电压Ua时,其得到的机械特性便是一簇完全平行的直线,如图2(b)所示。由于电动机既可以工作在电动机状态,又可以工作在发电机状态,所以改变发电机励磁电流的方向,如图2(a)中切换接触器ZC和FC,就可以使系统很方便地工作在任意四个象限内。