直流调速系统的发展状况

时间：2025-05-14

直流调速系统的发展状况

直流调速系统的发展状况

宋畅 s20102137

摘要直流调速系统目前已被广泛应用于自动控制要求较高的产品之中，直流调速系统相应速度快，超调量小，系统稳定性好，并具有很强的抗干扰性。简单介绍直流调速的基本原理详细回顾直流调速的发展过程。

关键词直流调速系统发展状况

在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止是调速系统的主要形式。

1. 直流调速系统简介

最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻实现调速。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、不能在较宽围内平滑调速，所以目前极少采用。30年代末，出现了发电机一电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能。如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性；另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机一电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大、费用高、效率低、安装需有地基、运行有噪声、维修困难等【1】。

20世纪70年代，由于采用电力电子变换器的高效交流变频调速开发成功，结构简单、成本低廉，工作可靠、维护方便、效率高的交流笼型电机进入了可调速领域，从而直流调速被交流调速所替代[4]。

2.直流调速系统原理

直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围平滑调速，在金属切削机床、轧钢机、矿井卷扬机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能电力拖动中得到了广泛应用[3]。直流电机的转速表达式:

n U IR

K （1）

式中，U 为直流电动机电枢两端的电压，I 通过电枢的电流，R 式电枢回路的电阻，Φ为励磁磁通，K e是励磁常数。

2、直流调速的发展过程

下文述及的是当今正在使用和不断发展的直流电机的主流调速方法—晶闸管电动机调速系统。

2.1开环晶闸管电动机系统

原理如图1所示。速度指令电位器发出的指令，经过脉冲触发生成电路产生晶闸管整流器的调相信号，改变直流电机电枢端电压，达到调节电机速度的目的。优点是结构简单，缺点是不能同时满足调速范围和静差率的要求，机械特性软，调速范围窄。应用于静差率要求不高的无级调速场合。

直流调速系统的发展状况

2.2转速负反馈的单闭环调速系统

原理如图2所示。转速反馈电压与

转速指令电压相比较形成偏差电压，偏

差电压经放大作为晶闸管触发脉冲生成

电路的输入信号，后与开换电路相同。

该方法的优点是：与开环系统相比，机

械特性较硬、静差率较小、一定静差率

的调速范围提高了；缺点是起动和堵转

电流过大，对电机换向不利、对晶闸管

不利。改进提高措施：加偏差调节器或

限流措施。目前，有三种改进措施：增

加电流截止负反馈环节、电压负反馈代

替转速负反馈的单闭环直流调速系统、

以电压负反馈加电

流补偿控制代替转

速负反馈。（1 ）两

种电流截止负反馈

环节（2）电压负反

馈代替转速负反馈

的单闭环直流调速

系统为什么用电压

负反馈代替转速负反馈？因为转速负反馈需要测速发电机，而测速发电机的安装维护比较困难，另外反馈信号中含有交流成分，会给调试和运行带来麻烦。对调速指标要求不高的系统，可以考虑电压负反馈代替转速负反馈。（3）以电压负反馈加电流补偿控制代替转速负反馈的单闭环直流调速系统电压负反馈代替转速负反馈的单闭环直流调速系统的调速性能不如转速负反馈的单闭环直流调速系统的性能，若采取一些措施，如增加电流正反馈补偿控制，可以使该系统调速性能接近转速负反馈的单闭环直流调速系统的性能。

2.3 转速、电

流双闭环调速系

统

针对单闭环

系统不能满足快

速起制动、突加负

载动态速降小等

应用要求，引进电

流负反馈，构成双

闭环调速系统。启

动时电流环起主

要作用，保证恒定