山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第2章 转速开环控制的直流调速系统 2.1 V-M系统的工作原理及调速特性

目录 山东程子大军 第2章转速开环控制的直流调速系统 2.1晶闸管整流器-直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.2PWM变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 2.3稳态调速性能指标和开环系统存在的问题 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 目录 第2章 转速开环控制的直流调速系统 2.1 晶闸管整流器-直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.2 PWM变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 2.3 稳态调速性能指标和开环系统存在的问题

内容提要 山东程子大军 2.1晶闸管整流器一直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.1.1触发脉冲相位控制 2.1.2电流脉动及波形断续问题 2.1.3晶闸管整流器一直流电动机系统的机械特性 2.1.4晶闸管触发和整流装置的传递函数 2.1.5晶闸管整流器一直流电动机系统的可逆运行 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 内容提要 2.1晶闸管整流器——直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.1.1 触发脉冲相位控制 2.1.2 电流脉动及波形断续问题 2.1.3 晶闸管整流器——直流电动机系统的机械特性 2.1.4 晶闸管触发和整流装置的传递函数 2.1.5 晶闸管整流器——直流电动机系统的可逆运行

1.2.1触发脉冲相位控制 晶闸管的基本特性（复习） 山东理子大军 晶闸管的静态特性一正常工作时的特性 K 口当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流 晶闸管 都不会导通 口当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸 管才能开通。 口晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是 否还存在，晶闸管都保持导通 若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作 用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 1.2.1 触发脉冲相位控制 晶闸管的基本特性（复习）  晶闸管的静态特性——正常工作时的特性  当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管 都不会导通 。  当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸 管才能开通 。  晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是 否还存在，晶闸管都保持导通 。  若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作 用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下

1.2.1 触发脉冲相位控制 在如图可控整流电路中，调 b) 节晶闸管VT的触发装置GT 0 输出脉冲的相位，即可很方 c 便地改变可控整流器VT输 出瞬时电压wa的波形，以 d) 及输出平均电压U,的数值

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 1.2.1 触发脉冲相位控制 在如图可控整流电路中，调 节晶闸管VT的触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方 便地改变可控整流器 VT 输 出瞬时电压 ud 的波形，以 及输出平均电压 Ud 的数值。 a) u1 T VT R L u2 uVT ud i d u2 0 ωt 1 π 2π ωt ωt ωt ωt ωt ug 0 ud 0 i d 0 uVT 0 θ α b) c) d) e) f) + + O O O O O

V-M系统 少求理上大军 M 灯 图2一1晶闸管整流器-电动机调速系统(V-M系统)原理图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 V-M系统 图2－1 晶闸管整流器-电动机调速系统（V-M系统）原理图

输入输出关系 山东程子大军 在理想情况下，U,和U。之间呈线性关系： Ua=K U (2-1) GT 式中，U 平均整流电压， U。控制电压， K,一晶闸管整流器放大系数。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 输入输出关系 在理想情况下，Ud 和Uc 之间呈线性关系： （2-1） 式中， Ud——平均整流电压， Uc ——控制电压， Ks——晶闸管整流器放大系数。 Ud = Ks Uc

1.2.1触发脉冲相位控制 山东程子大军 U=KU 调节控制电压U: 口移动触发装置GT输出脉冲的相位， 改变可控整流器VT输出瞬时电压u,的波形，以及输出 平均电压U的数值。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 1.2.1 触发脉冲相位控制  调节控制电压Uc，  移动触发装置GT输出脉冲的相位，  改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出 平均电压Ud的数值。 Ud = Ks Uc

等效电路分析 山东程上大家 如果把整流装置内阻移 到装置外边，看成是其负载 电路电阻的一部分，那么， 整流电压便可以用其理想空 载瞬时值Wao和平均值Uao 来表示，相当于用图示的等 效电路代替实际的整流电路。 图2-2VM系统主电路的等效电路图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 等效电路分析 如果把整流装置内阻移 到装置外边，看成是其负载 电路电阻的一部分，那么， 整流电压便可以用其理想空 载瞬时值 ud0 和平均值 Ud0 来表示，相当于用图示的等 效电路代替实际的整流电路。 图2-2 V-M系统主电路的等效电路图

瞬时电压平衡方程 山东程子大军 udo E+igR+L dia dt (2-2) 式中 E 电动机反电动势()； 一整流电流瞬时值(A); L 主电路总电感（田； R 主电路总电阻(2)，； 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 瞬时电压平衡方程 dt di u E i R L d d 0 = + d + (2-2) 式中 E——电动机反电动势(V)； id——整流电流瞬时值(A)； L——主电路总电感(H)； R——主电路总电阻(Ω), ；

触发脉冲相位控制 山东程子大军 udo E+iR+L dt 口对uo进行积分，即得理想空载整流电压平均值Uo。 ▣ 用触发脉冲的相位角α控制整流电压的平均值U是晶闸管整流器 的特点。 ▣ U,与触发脉冲相位角α的关系因整流电路的形式而异，对于一般 的全控整流电路，当电流波形连续时，U=f(a侧，可用下式表示 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 触发脉冲相位控制  对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0 。  用触发脉冲的相位角α 控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器 的特点。  Ud0与触发脉冲相位角 α 的关系因整流电路的形式而异，对于一般 的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud0 = f (α) 可用下式表示 dt di u E i R L d d 0 = + d +