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1、第5章直流传动控制系统,机电传动控制系统主要有直流传动控制系统和交流传动控制系统。 直流传动控制系统是以直流电动机为动力，交流传动控制系统则以交流电动机为动力。 由本教材第2.5章节我们已经知道，直流电动机虽不如交流电动机结构简单、制造方便、维修容易、价格便宜等，但由于直流电动机具有良好的调速性能，可在很宽的范围平滑调速，所以截至目前为止，直流电动机仍被广泛地应用于自动控制要求较高的各种生产部门。,5.1直流电动机调速系统的分类与技术性能,5.1.1 直流电动机调速系统的分类 直流电动机转速数学模型在恒转矩负载与电枢、励磁绕组正常接线的条件下，直流电动机的转速与电枢电压成比例关系，因此，调速的
2、问题就成为了调电枢电压的问题。根据调电枢电压方法的不同，常用典型的直流调速系统可分为：旋转变流机组型直流调速系统（G-M系统）；静止变流机组型直流调速系统（V-M系统）；直流斩波器与脉冲宽度调制器型直流调速系统（直流PWM-M系统）,5.1.2直流电动机调速系统的技术指标,1.静态技术指标1)静差度定义：电动机在某一机械特性曲线所示状态下运行时，额定负载下所产生的转速降落 与理想空载转速 之比，称为静差率 ，用 表示 。,图5.1机械特性的静差率,5.1.2直流电动机调速系统的技术指标,2)调速范围定义：电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速最低转速之比，称为调速范围，通常用 来表示,调速范
3、围反映了生产机械对调速的要求，不同的生产机械对电动机的调速范围有不同的要求。,5.1.2直流电动机调速系统的技术指标,2动态技术指标,超调量太大，达不到生产上艺上的要求，如果太小，则会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等，一般超调量为1035。,从输入控制(或扰动)作用于系统开始直到被调量转速进入,稳定值区间时为止(并且以后不再超出这个范围)的段时间，称为过渡过程时间。,在过渡过程时间内，被调整转速在其稳定值上下摆动的次数。,不同的生产机械对动态指标的要求不尽相同，如龙门刨床、轧钢机等可允许有一次振荡，而造纸机则不允许有振荡的过渡过程。,5.2 旋转变流机组型直流调速系统(G-M系统),5
4、21 旋转变流机组型直流调速系统的结构旋转变流机组是用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。G-M系统工作原理是：由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节G 的励磁电流 ig 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。与机组同轴安装的直流励磁发电机GE是为直流发电机G和直流电动机M提供励磁电源。,522 旋转变流机组型直流调速系统的机械特性,当对系统的调速性能要求不高时，通常采用开环控制的方法，此时，由于从给定电位器取出的直流发
5、电机G的励磁给定电流ig比较大，因此，可直接由励磁电源供电，而不需要励磁电流调节放大器，系统结构比较简单。改变ig的极性，可以改变电动机的旋转方向，改变ig的大小，可以电动机的旋转速度。同时，无论正、反转的减速，系统都经历-个回馈制动过程，因此，G-M系统可以很容易的实现四象限运行。G-M系统的机械特性见图5.3。,5.2.3 交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统),交磁电机扩大机是一种具有较高放大倍数、多控制绕组的高性能特殊构造的直流发电机，可作为直流电动机的供电电源或直流发电机的励磁机，并可以组成各种反馈调速系统，以提高系统的静态和动态特性。通常采用下面几种反馈方式。
6、1)电压负反馈 2）电压微分负反馈,523交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统),3)电流正反馈 4）电流截止负反馈,523交磁电机扩大机-直流发电机-直流电动机系统(GA-M系统),带电流截止负反馈的GA-M系统机械特性,5.3 静止变流机组型直流调速系统(V-M系统),直流调速系统中，目前，用得较多的是晶闸管-直流电动机调速系统。由于采用晶闸管作为变流器件，系统没有旋转机组，因此也称静止变流机组型直流调速系统，简称V-M系统。,531变流器件,1晶闸管的结构和符号,(a)内部结构(b)示意图(c)表示符号1-钢底座2-钔片3-铝片4-金锑合金片5-金硼钯片6-硅片图5.
7、9晶闸管内部结构及图示方法,531变流器件,2晶闸管的工作原理(1)起始时若控制极不加电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力。(2)晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时晶闸管才能导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件。(3)在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用。欲使晶闸管恢复阻断状态，必须把阳极正向电压降低到一定值(或断开，或反向)。所以说晶闸管是控制导通而不控制关断的半控器件。,3晶闸管的伏安特性,当晶闸管控制极流过正向电流Ig时，晶闸管的正向转折电压降低，Ig 越大，转折电压越小，当Ig足够大时，晶闸管正向转折电压很小，一加上正向阳
8、极电压，晶闸管就导通。实际规定，当晶闸管元件阳极与阴极之间加上6V直流电压时，能使元件导通的控制极最小电流(电压)称为触发电流(电压)。在晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时，开始晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，这时，所对应的电压称为反向不重复峰值电压(URsM)，或称反向转折(击穿)电压(UBR)。可见，晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。,4晶闸管的应用,1)零式整流电路,零式整流电路特点,在零式整流电路中，由于电源变压器副边绕组只能通以直流电流，磁滞损耗大，材料利用率低，变压器发热严重。仅适用作小功率的整流电源。,2)桥
9、式整流电路,三相桥式全控变流电路电流波形以及触发脉冲顺序图(=0时),(a)交流电源电压(b)相电流(c)触发脉冲顺序(d)整流输出电压,=3001500输出电压的波形,三相桥式全控变流电路整流与逆变工作状态,当=90 0时，平均输出电压Ud=0，当90 0)时，Ud=“+”。三相桥式全控变流电路工作在整流状态。当90 0(或0，移到300处，如继续增大uk，ik也随之增大，如果没有设置i限制环节，则|ik|将有可能大于|i(峰值)|，造成丢失脉冲。(3)当uk0，移到1500处。由于加入U以后，D3导通，此时ib1=ik+i。上述线路中，由于设置u比u超前600，而u比u滞后600，故实际移
10、相范围在=3001500区间，实际只有1200左右。,（2）锯齿波移相触发器电路,触发电路所产生的触发脉冲波形,2）KC系列单片集成触发器,为了提高触发器电路的工作可靠性，缩小调速控制系统的体积和降低成本，将分立器件触发器电路集成在单一的芯片上，从而制造成单片集成触发器，已经广泛地应用在变流系统中。KC系列单片集成触发器有很多型号，一些型号可以单独应用在简单系统，一些型号经过组合可以应用在复杂系统中。（1）KC04移相触发器 用于单相、三相全控桥式变流装置中作晶闸管双路脉冲移相触发。其两路相位差180o的移相脉冲可方便的构成全控桥式触发线路。该电路具有负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位值
11、均衡性好，移相范围宽，对同步电压要求不严，有脉冲列调制输入端等功能特点。 KC04集成触发器电路原理与分立元件的锯齿波移相电路相似，由同步、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成，功率放大几部分组成。,KC04移相触发器引脚功能简介,同步检测电路：正弦同步电压uT经电阻R接至8端；锯齿波形成电路：外接电容Cl接于3、8端，与内部电路组成密勒积分器，形成线性增大的锯齿波；移相电路：经9端输入的移相控制电压uk，偏移电压uP和锯齿波电压uC，分别经外部电阻在内部叠加，以形成一定宽度的移相脉冲；功率放大电路：内部功放电路对该移相脉冲进行放大，得到正负半周相隔180的两组触发脉冲。分别经11和15端生产输出。
12、高频脉冲列调制和脉冲封锁控制信号，分别经由13和14端控制。,（2）KC42高频脉冲列调制发生器,在需要宽触发脉冲输出场合，为了减小输出脉冲变压器的体积，可采用脉冲列触发方式。一般是在触发脉冲形成后加以频率较高的脉冲列调制。适用于作晶闸管三相全控桥式整流电路的脉冲列调制电源。也可用于三相半控、单相全控、单相半控等电路中。电路具有脉冲占空比可调性好，频率调节范围宽，触发脉冲上升沿可与调制信号同步等优点。 KC42脉冲列调制发生器内部主要包括：逻辑组合及环形振荡器等电路。KC42高频脉冲列调制发生器引脚功能简介:KC04集成触发器的13端引出触发脉冲信号，分别送至KC42脉冲列凋制器的2，412端，由内部电路进行逻辑组合。形成一个环形振荡器。当KC04集成电路触发器的13端没有输入脉冲时,振荡器停振，反之,振荡器起振。振荡频率由6、10端的外部电容和6、11端的外部电阻决定。内部输出六个经调制的前沿同步间隔60的脉冲列，经由8端输出给三块KC04触发器的14端，从而使kc04触发器的1端和15端翰出与原脉冲相位一致，但已是经过了高频调制的触发脉冲。,
