第11章直流傳動控制系統

了解機電傳動自動調速系統的組成;掌握生產機械對調速系統提出的調速技術指標要求;掌握自動調速系統中各個基本環節,各種反饋環節的作用與特點;掌握各種常用的自動調速系統的調速原理,特點及適用場所;能在生產實際中處理控制系統的一般問題.11.1機電傳動控制系統的組成和分類1.機電傳動控制系統的組成機電傳動控制系統是由電機、電器、電子部件組合而成，通過一定的控制去實現對生產機械的驅動任務.(1)開環控制系統:

只有控制量(輸入量)對被控制量(輸出量)的單向控制作用，而不存在被控制量對控制量的影響和聯系，這樣的控制系統稱為開環控制系統。(2)閉環控制系統

當系統受到外界的擾動(如負載的波動)，使被調量與給定值發生偏差時，由測量環節(測速發電機)測量的被調量(電動機的轉速)和給定值進行比較，得出偏差，再經過放大環節將偏差信號放大去控制執行環節，達到抵消擾動減少偏差的目的。其特點是輸入量與輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的反饋控制作用，形成一個閉環，故又稱閉環控制系統或反饋控制系統。2.自動控制系統的分類

上述的開環控制系統和閉環控制系統是從組成原理上分的。常見的還有下列的分類方法：

(1)按采用不同的反饋方式，可分為轉速負反饋、電勢負反饋、電壓負反饋及電流正反饋控制系統；(2)按自動調節系統的復雜程度，可分為單環自動調節系統和多環自動調節系統；(3)按系統穩態時被調量與給定量有無差別，可分為有靜差調節系統和無靜差調節系統；(4)按給定量變化的規律，可分為定值調節系統、程序控制系統和隨動系統；(5)按調節動作與時間的關系，可分為斷續控制系統和連續控制系統；(6)按系統中所包含的元件特性，可分為線性控制系統和非線性控制系統。例:閉環自動控制系統方框圖11.2自動調速系統主要性能指標

機電傳動控制系統選擇調速方案的依據：生產機械對調速系統提出的調速技術指標調速系統的調速技術指標靜態指標動態指標一、靜態技術指標1.靜差度S：

靜差度表示出生產機械運行時轉速穩定的程度。

速度穩定性指標

當負載變化時，生產機械轉速的變化要能維持在一定范圍之內，即要求靜差度S小于一定數值。普通設備普通車床龍門刨床冷軋機熱軋機造紙機S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%

電動機的機械特性愈硬，則靜差度愈小，轉速的相對穩定性就愈高;

在一個調速系統中，如果在最低轉速運行時能滿足靜差度的要求，則在其他轉速時必能滿足要求。2.調速范圍D

在額定負載下，允許的最高轉速和在保證生產機械對轉速變化率要求的前提下所能達到的最低轉速之比稱為調速范圍。車床龍門刨床鉆床銑床軋鋼機造紙機進給機械20～12020～402～1220～303～1510～205～300003.調速的平滑性

調速的平滑性，通常是用兩個相鄰調速級的轉速差來衡量的。

調速無級調速有級調速

以改變直流電動機電樞外加電壓調速為例，說明調速范圍D與靜差度S之間的關系：最高速度由系統中所使用電動機的額定轉速決定；靜差度S和調速范圍D由生產機械的要求決定；當上述三個參數確定后，則要求靜態速降是一個定值。二、動態技術指標

從一種穩定速度變化到另一種穩定速度運轉（啟動、制動過程僅是特例而已），由于有電磁慣性和機械慣性，過程不能瞬時完成，而需要一段時間，即要經過一段過渡過程，或稱動態過程。1.最大超調量

超調量超調量太大，達不到生產工藝上的要求；超調量太小，會使過渡過程過于緩慢，不利于生產率的提高等范圍：超調量2.過渡過程時間T

從輸入控制（或擾動）作用于系統開始直到被調量n進入（0.05～0.02）n2穩定值區間時為止（并且以后不再越出這個范圍）的一段時間，叫作過渡過程時間。

過渡過程時間3.振蕩次數N

在過渡過程時間內,被調量n在其穩定值上下擺動的次數。

如圖所示是三種不同調速系統被調量從x1改變為x2時的變化情況。系統超調量過渡過程時間T振蕩次數性能10長無不好2大長多不好3小短中好2.機電傳動控制系統方案的確定原則1)不要求電氣調速的:(1)空載,輕載起動的,選鼠籠式異步電動機;(2)重載起動的,選線繞式異步電動機;(3)大容量的選同步電動機;其中,簡單的采用繼電器-接觸器控制;復雜的采用PLC控制.2)要求電氣調速的,根據調速指標確定拖動方案:(1)D=2-3.有級調速,選多速電動機;(2)D小于10,無級調速,選滑差電動機;(3)D大于10,無級調速,采用SCR-M自動調速系統.3)電動機的調速特性與生產機械負載特性匹配.例:某直流調速系統,其高速,低速特性如圖示,=1450r/min,=145r/min,=10r/min,問系統達到的調速范圍有多大?系統允許的靜差度是多少?解:=1440/135=10.67=10/145=6.9%或=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.6711.2晶閘管－電動機直流傳動控制系統按結構的不同：單閉環直流調速系統雙閉環直流調速系統可逆系統11.2.1單閉環直流調速系統

一、有靜差調速系統

單純由被調量負反饋組成的按比例控制的單閉環系統屬有靜差的自動調節系統，簡稱有靜差調速系統；

（一）轉速負反饋調速系統

1.基本組成按靜態誤差的不同：無靜差直流調速系統有靜差直流調速系統任務：

調節速度；擴大調速范圍，減小靜態誤差。分類：

測速發電機：與直流電動機M同軸相連，即兩者的速度相同，測速發電機用來測量電動機的速度，稱檢測元件；

轉換元件：將測速發電機的轉速轉換成電壓信號以便與給定電壓進行比較。

給定電位器：調節Rg的位置可改變給定電壓Ug的大小。

放大器：將外加電壓和反饋信號經轉換后的電壓之差進行放大。

觸發電路：將放大器放大后的電壓信號變為脈沖型號去控制整流電路的輸出大小。整流電路：變交流電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸發電路輸出脈沖信號所決定，整流電路的輸出為直流電動機電樞的外加電壓；

直流電動機：系統的控制對象。

系統的調速方法是改變外加電壓調速；

系統的反饋信號是被控制對象n本身;

反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統又稱轉速負反饋調速系統。2.工作原理

當Ug、Uf不變時，電動機的轉速不變，這種狀態稱為穩態。

(2)調速（Uf不變，改變Ug的大小）

改變Ug的大小可改變電動機的轉速，這種狀態稱為調速.

(1)穩態（Ug、Uf

不變）

(3)穩速（Ug不變、負載變化使Uf變化)

當負載發生變化使速度發生變化后，系統通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態稱為穩速。3.靜特性分析

目的：找到減小靜態速降、擴大調速范圍，提高系統性能的途徑。

靜特性表示出電動機的轉速與負載電流之間的大小關系。(1)各環節輸入輸出的關系

電動機電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內阻；

電動機的電樞電阻。

可控硅和觸發電路

設可控硅和觸發電路的放大倍數為K2，則：放大器電路

設放大器的放大倍數為KP，則：

反饋電路

速度反饋信號電壓與轉速n成正比，設放大系數為Kf，則：(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數；——閉環系統的放大倍數。

如果系統沒有轉速負反饋（即開環系統）時，則整流器的輸出電壓:

由此可得開環系統的機械特性方程:(3)分析與結論

理想空載轉速

在給定電壓一定時，有:

轉速降

如果將系統閉環與開環的理想空載轉速調得一樣，即，

調速范圍與靜差度

在最大運行轉速和低速時最大允許靜差度不變的情況下，開環：

閉環：

結論：由于放大倍數不可能為無窮大，即靜態速降不可能為0，因此，上述系統只能維持速度基本不變。這種維持被調量（轉速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統通常稱為有差調節系統（即有差調速系統）。采用轉速負反饋調速系統能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉速的影響。提高系統的開環放大倍數K是減小靜態轉速降落、擴大調速范圍的有效措施。系統的放大倍數越大，準確度就越高，靜差度就越小，調速范圍就越大。但是放大倍數也不能過分增大，否則系統容易產生不穩定現象。（二）其他反饋在自動調速系統中的應用1.電壓負反饋系統

由公式可知：

電動機的轉速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反映電動機轉速的高低。電壓負反饋系統就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以調整轉速。(1)電壓負反饋與轉速負反饋調速系統的區別

反饋信號不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；

檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發電機。(2)工作原理

穩速和調速的工作過程與轉速負反饋相同。

在給定電壓Ug一定時，其調整過程如下：電壓負反饋系統的特點:

線路簡單

穩定速度的效果并不大

電動機端電壓即使由于負反饋的作用而維持不變，但是負載增加時，電動機電樞內阻所引起的內阻壓降仍然要增大，電動機速度還是要降低。或者說電壓負反饋，頂多只能補償可控整流電的等效內阻所引起的速度降落。則Ud=U-UAK2.電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(1)系統特點RP為電壓反饋檢測元件，并接在電動機電樞兩端，其上的電壓大小直接反映電動機電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋；R為電流正反饋檢測元件，串接在電動機電樞回路中，其上的電壓大小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。

系統的總反饋電壓

因為反饋電壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負反饋，反饋電壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋。要使系統穩定運行，系統總的反饋特性必須呈現出負反饋的性質。(2)工作原理

穩速和調速的工作過程與轉速負反饋相同。

在給定電壓Ug一定時，其調整過程如下：(3)靜特性

從電動機電樞回路電勢平衡關系知

上式如果滿足下列條件系統具有轉速反饋的特性。

3.電流截止負反饋系統(1)電流截止負反饋的作用過載保護。

電流正反饋可以改善電動機運行特性，而電流負反饋會使隨著負載電流的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。

如果電動機的速度在負載過分增大時也不會降下來，這就會使電樞過流而燒壞。本來采用過流保護繼電器也可以保護這種嚴重過載，但是過流保護繼電器，要觸頭斷開，電動機斷電方能保護，而采用電流負反饋作用為保護手段，則不必切斷電動機的電路，只是使它的速度暫降下來，一旦過負載去掉后，它的速度又會自動升起來，這樣有利于生產。(2)基本思想方法IO=1.35IaNIao=(2~3)Ian

當負載正常，電樞電流在一定范圍內（如小于1.35倍的額定電流），電流截止負反饋不起作用；

當負載增加使電樞電流超過一定數值（如額定電流的1.35倍）時，電流負反饋開始起作用，減小電動機電樞外加電壓，使轉速下降；

當負載繼續增加使電樞電流超過一定值（大于額定電流的2~3倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將給定信號的絕大部分抵消掉，使電動機速度降到零，電動機停止運轉，從而起到保護作用。

因為只有當電流大到一定程度反饋才起作用，故稱電流截止負反饋。這種特性因它常被用于挖土機上，故又稱“挖土機特性”。

（3）工作原理

當電流小于轉折點的電流時，反饋電壓UI<Ub,二極管V截止，電流反饋不起作用；

當電流大于轉折點的電流時，反饋電壓UI>Ub,二極管V導通，電流反饋UI與Ub比較后反饋

到輸入端一起控制電動機，使其轉速下降；

當電流等于堵轉點的電流時，電流反饋UI與Ub比較后反饋

到輸入端的電壓能夠抵消，給定電壓的大小，時電動機的轉速為零，電流不再增加；

如果電流下降到小于堵轉點的電流，轉速則上升；二、無靜差轉速負反饋調速系統1．比例積分（PI）調節器比例調節器比例器調節器如圖所示：其輸入輸出之間的關系如下：

積分調節器積分調節器如圖所示：其輸入輸出之間的關系如下：

比例積分調節器比例運算電路和積分運算電路組合起來就構成了比例積分調節器，簡稱PI調節器，如圖(a)所示。其輸入輸出之間的關系如下：

當突加輸入信號時，開始瞬間電容相當于短路，反饋回路中只有電阻，此時相當于比例調節器，它可以毫無延遲地起調節作用，故調節速度快；而后隨著電容被充電而開始積分，線性增長，直到穩態。在穩態時，相當于開路，放大器呈現出極大的開環放大倍數。由此可見，PI調節器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分。在零初始狀態和階躍輸入下，輸出電壓的時間特性如圖(b)所示。2．采用PI調節器的無靜差調速系統如圖所示為一常用的具有比例積分調節器的無靜差調速系統。（1）靜態時：，調節作用停止，由于積分作用，調節器的輸出電壓保持在某一數值上，即固定，以維持電動機在給定轉速下運轉。由于靜態時呈現出無窮大的放大倍數，系統可以消除靜態誤差，故稱無靜差調速系統。（2）速度調節時：負載變化時比例積分調節器對系統的調節作用如圖所示。當電動機負載突然增加（圖中的t1時刻，負載突然由Tl1增加到Tl2）時，則電動機的轉速將由開始下降而產生轉速偏差［見圖9.14(b)］，它通過測速發電機反饋到PI調節器的輸入端產生偏差電壓，于是開始了消除偏差的調節過程。首先，比例部分調節作用顯著，其輸出電壓等于，使控制角減小，可控整流電壓增加［圖9.14（c）之曲線①］，由于比例輸出沒有慣性，故這個電壓使電動機轉速迅速回升。偏差越大，也越大，它的調節作用也就越強，電動機轉速回升也就越快。而當轉速回升到原給定值n1時，，，故也等于零。圖9.14負載變化時比例積分調節器對系統的調節作用積分部分的調節作用是：積分輸出部分的電壓等于偏差電壓的積分，它使可控整流電壓增加的或，即的增長率與偏差電壓（或偏差）成正比。開始時很小，增加很慢，當最大時，的增加得最快，在調節過程中的后期逐漸減少了，的增加也逐漸減慢了，一直到電動機轉速回升到n1，時，就不再增加了，且在以后就一直保持這個數值不變［圖9.14（c）之曲線②］。圖9.14負載變化時比例積分調節器對系統的調節作用把比例作用與積分作用合起來考慮，其調節的綜合效果見圖9.14（c）曲線③，不管負載如何變化，系統一定會自動調節，在調節過程的開始和中間階段，比例調節起主要作用，它首先阻止的繼續增大，而后使轉速迅速回升，在調節過程的末期，很小了，比例調節的作用不明顯了，而積分調節作用就上到主要地位，依靠它來最后消除轉速偏差，使轉速回升到原值。這就是無靜差調速系統的調節過程。可控整流電壓Ud等于原靜態時的數值Ud1加在調節過程進行后的增量，如圖9.14（d）所示。可見，在調節過程結束時，可控整流電壓Ud穩定在一個大于Ud1的新的數值Ud2上。增加的那一部分電壓正好補償由于負載增加引起的那部分主回路壓降。圖9.14負載變化時比例積分調節器對系統的調節作用（3）特點：無靜差調速系統在調節過程結束以后，轉速偏差（PI調節器的輸入電壓也等于零），這只是在靜態（穩定工作狀態）上無差，而動態（如當負載變化時，系統從一個穩態變到另一個穩態的過渡過程）上卻是有差的。這個調速系統在理論上講是無靜差調速系統，但是由于調節放大器不是理想的，且放大倍數也不是無限大，測速發電機也還存在誤差，因此實際上這樣的系統仍然是有一點靜差的。這個系統中的PI調節器是用來調節電動機轉速的，因此，常把它稱為速度調節器（ST）。11.2.2雙閉環直流調速系統

一、轉速負反饋調速系統的特點采用PI調節器組成速度調節器ASR的單閉環調速系統，既能得到轉速的無靜差調節，又能獲得較快的動態響應。從擴大調速范圍的角度來看，它已基本上滿足一般生產機械對調速的要求。有些生產機械經常處于正反轉工作狀態（如龍門刨床、可逆軋鋼機等），為了提高生產率，要求盡量縮短啟動、制動和反轉過渡過程的時間。但雜啟動過程中，隨著轉速的升高，轉速負反饋的作用越來越大，使啟動轉矩越來越小，啟動過程變慢，因此轉速負反饋調速系統不能滿足快速啟動、停止和反向的要求。用加大過渡過程中的電流即加大動態轉矩來實現快速啟動、停止和反向的要求，但電流不能超過晶閘管和電動機的允許值。為此，應采取一種方法，使電動機在啟動過程中，動態轉矩保持不變，即電動機電樞電流不變，且為電動機電樞允許的最大電流，當啟動結束后，使電流回到額定值。理想的啟動過程各參數的變化如圖所示：圖中：

為理想的啟動過程曲線。由圖可見：電動機在啟動時，啟動電流很快加大到允許過載能力值，并且保持不變，在這個條件下，轉速得到線性增長，當升到需要的大小時，電動機的電流急劇下降到克服負載所需的電流值。Ud為對應理想啟動過程曲線所要求的可控整流器輸出的電壓曲線。由圖可見：可控整流器的電壓開始應為IamR，隨著轉速n的上升，Ud也上升，到達穩定轉速時，Ud=IaR+Cen。

為此應把電流作為被調量，使系統在啟動過程時間內維持電流為最大值Iam不變。這樣，在啟動過程中電流、轉速、可控整流器的輸出電壓波形就可以出現接近于理想啟動過程的波形，以做到在充分利用電動機過載能力的條件下獲得最快的動態響應。

具有速度調節器ASR和電流調節器ACR的雙閉環調速系統就是在這種要求下產生的.其結構如圖所示。1）系統采用兩個調節器（一般采用PI調節器）分別對速度和電流兩個參量進行調節，對速度進行調節的調節器稱為速度調節器ASR

；而對電流進行調節的調節器稱為電流調節器ACR

。2）來自速度給定電位器的信號Ugn與速度反饋信號Ufn比較的偏差送到速度調節器ASR的輸入端。速度調節器的輸出Ugi作為電流調節器ACR的給定信號，與電流反饋信號比較的偏差送到電流調節器ACR的輸入端，電流調節器的輸出Uk送到觸發器以控制可控整流器，整流器為電動機提供直流電壓Ud。

二、雙閉環調速系統

二、雙閉環調速系統3）從閉環反饋的結構上看，電流調節環在里面，是內環；轉速調節環在外面，為外環，二者進行串級聯接。在控制系統中，常把這種系統稱為雙閉環系統。電流環——內環，啟動時起作用。啟動時速度小，反饋電壓Ufn小，當Ugn一定時，△Un比較大，使ASR飽和，輸出Ugi一定。

速度環——外環，運行時起作用。當速度上升到一定值后，反饋Ufn增加，當Ugn一定時，△Un減小，使ASR退出飽和而起作用。3轉速、電流雙閉環調速系統的靜態與動態分析1)靜態分析從靜特性上看，維持電動機轉速不變是由速度調節器ASR來實現的。在電流調節器ACR上，使用的是電流負反饋，它有使靜特性變軟的趨勢，但轉速負反饋環是外環，內環電流負反饋對于轉速環來說相當于一個擾動作用，只要轉速調節器ASR的放大倍數足夠大，而且沒有飽和，則電流負反饋的擾動作用就受到抑制。整個系統的本質由外環速度調節器來決定，它仍然是一個無靜差的調速系統。也就是說，當轉速調節器不飽和時，電流負反饋使靜特性可能產生的速降完全被轉速調節器的積分作用所抵消了，一旦ASR飽和，當負載電流過大，系統實現保護作用使轉速下降很大時，轉速環即失去作用，只剩下電流環起作用，這時系統表現為恒流調節系統，靜特性便會呈現出很陡的下垂段特性。以電動機啟動為例，在突加給定電壓Ugn的起動過程中，轉速調節器輸出電壓Ugi,電流調節器輸出電壓Uk,可控整流器輸出電壓Ud,電動機電樞電流Ia和轉速n的動態響應波形如右圖。整個過渡過程可以分成三個階段，在圖中分別標以Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ.雙閉環調速系統，在起動過程的大部分時間內，ASR處于飽和限幅狀態，轉速環相當于開路,系統表現為恒電流調節，2)動態分析第Ⅰ階段是電流上升階段。當突加給定電壓Ugn時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉動(n=0)，轉速負反饋電壓Ufn=0，這時偏差很大，使ASR的輸出突增為Ugio，ACR的輸出為Uko，可控整流器的輸出為Udo，使電樞電流Ia迅速增加。當增加到Ia大于Il（負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節器ASR的輸出很快達到限幅值Ugim，從而使電樞電流達到所對應的最大值Iam（在這過程中，Uk、Ud的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即Ugim=Ufi=BIam

式中，B——電流反饋系數。速度調節器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第Ⅱ階段是恒流升速階段。從電流升到最大值Iam開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直飽和，轉速負反饋不起調節作用，轉速環相當于開環狀態，系統表現為恒電流調節。由于電流保持恒值Iam，即系統的加速度為恒值，所以轉速n按線性規律上升，由Ud=IamR+Cen知，Ud也線性增加，這就要求Uk也要線性增加，故在啟動過程中電流調節器是不應該飽和的，晶閘管可控整流環節也不應該飽和。第Ⅲ階段是轉速調節階段。轉速調節器在這個階段中起作用。開始時轉速已經上升到給定值，ASR的給定電壓Ugn與轉速負反饋電壓Ufn相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Ugim，所以電動機仍在以最大電流Iam下加速，使轉速超調。超調后，Ufn大于Ugn，，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是LT的給定電壓）Ugi才從限幅值降下來，但是，由于Ia仍大于負載電流Il，在開始一段時間內轉速仍繼續上升。到Ia小于Il時，電動機才開始在負載的阻力下減速，直到穩定（如果系統的動態品質不夠好，可能振蕩幾次以后才能穩定）。在這個階段中ASR與ACR同時發揮作用，由于轉速調節在外環，ASR處于主導地位，而ACR的作用則使Ia力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。穩態時，轉速等于給定值，電樞電流等于負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為ACR的輸出電壓為由上述可知：雙閉環調速系統,在啟動過程的大部分時間內，ASR處于飽和限幅狀態，轉速環相當于開路，系統表現為恒電流調節，從而可基本上實現理想啟動過程曲線。雙閉環調速系統的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節器才能退出飽和，使在穩定運行時ASR發揮調節作用，從而使在穩態和接近穩態運行中表現為無靜差調速。故雙閉環調速系統具有良好的靜態和動態品質。轉速、電流雙閉環調速系統的主要優點是：系統的調整性能好，有很硬的靜特性，基本上無靜差；動態響應快，啟動時間短；系統的抗干擾能力強；兩個調節器可分別設計，調整方便（先調電流環，再調速度環）。所以，它在自動調速系統中得到了廣泛的應用。為了進一步改善調速系統的性能和提高系統的可靠性，還可以采用三閉環（在雙閉環基礎上再加一個電流變化率調節器或電壓調節器）調速系統。一、利用接觸器進行切換的可逆線路如圖所示為利用接觸器進行切換的可逆系統。11.2.3可逆直流調速系統這種線路只用一套晶閘管整流電路，利用接觸器RKM和RKM來改變電動機電樞電流的方向。當FKM閉合，RKM打開時，電路中A點為正極性電位，B點為負極性電位，電樞電流的方向如圖中紅線線所示，設此時電動機正轉；當RKM閉合，FKM打開時，A點為負極性電位，B點為正極性電位，電樞電流的方向如圖中綠線所示，此時電動機應反轉。這種可逆線路比較簡單、經濟，但是，接觸器的壽命比較短，另外，一個方向的接觸器斷開到另一個方向的接觸器閉合，大約需1.2s～0.5s的時間，它使切換過程延緩。因此，這種方案一般適用于不頻繁快速正、反轉的場合。二、利用晶閘管切換的可逆線路

這種線路是將利用接觸器進行切換的可逆系統中的接觸器用四只晶閘管替代，從接觸器的有觸點控制變為晶閘管的無觸點控制，如圖所示。由圖可見：當晶閘管1VS和4VS觸發導通時，A點為正極性電位，而B點為負極性電位，電樞電流如圖中紅線所示的方向，電動機正轉；當晶閘管2VS和3VS觸發導通時，A點得到負極性電位，而B點為正極性電位，電樞電流的方向如圖中綠線所示，電動機反轉。這種利用晶閘管切換的電樞可逆線路，經濟上沒有明顯的優點。所以，只適用于幾十kW以下的可逆調速系統。三、采用兩套晶閘管整流電路的可逆線路

采用兩套晶閘管整流電路分別提供正、反兩個方向的電樞電流，實現電動機可逆運轉的線路，目前應用比較廣泛。其原理圖如圖所示。正向晶閘管整流電路設為Ⅰ組，為電動機提供正向電樞電流，實現電動機的正轉；反向晶閘管整流電路為Ⅱ組，為電動機提供反向電樞電流，實現電動機的反轉。采用兩組晶閘管整流電路組成的可逆線路中，不通過負載而只流過兩組晶閘管電路的電流稱為環流。根據有無環流，調速線路又分有環流（可控有環流）及無環流（邏輯無環流，錯位無環流）兩種。采用兩組晶閘管整流電路組成的可逆線路又分為兩種接線方式，一種為反并聯連接，它的特點是由一個交流電源同時向兩組晶閘管整流電路供電；另一種為交叉連接，它的特點是兩組晶閘管整流電路由兩個獨立的交流電源分別供電。在三相全控橋可逆線路中，交叉連接比反并聯連接所用的限制環流大小的均衡電抗器數目可少一半，因而，在有環流調速系統中，三相全控橋均采用交叉連接組成可逆調速系統。除此而外，一般均采用反并聯連接形式。現以三相半波反并聯可逆線路為例，介紹邏輯控制無環流可逆線路的工作原理，其線路如圖所示。欲使電動機工作于正轉電動狀態，應控制共陰極組的a角由90逐漸減小，與此同時封鎖共陽極組的觸發脈沖。共陰極組輸出直流電壓Ud1由零逐漸增加，電動機啟動并正轉加速，此時共陰極組整流電壓Ud1極性為上正下負，共陰極組電路工作在整流狀態。電動機工作在正轉電動狀態，如圖第Ⅰ象限所示。若欲使電動機制動（或減速），應利用邏輯電路封鎖共陰極組觸發脈沖使之停止給電動機供電，電動機由于慣性轉速瞬時降不下來，其反電勢E的極性仍為上正下負。開放共陽極組使之投入工作，控制共陽極組的a角由180逐漸減小（180＞a＞90），共陽極組輸出直流電壓平均值的極性為上正下負，且使之小于E，以產生足夠的制動電流（不超過允許的最大制動電流），使電動機轉速很快制動到零。這樣，電動機工作在正轉制動狀態，共陽極組電路工作在逆變狀態。如圖第Ⅱ象限所示。當電動機轉速制動到零時，若使共陽極組電路的a角在0～90范圍變化，即a角由90逐漸減小，則輸出電壓逐漸增加，極性為上負下正，電動機啟動并反轉加速，電動機工作于反轉電動狀態，共陽極組工作在整流狀態。如圖第Ⅲ象限所示。欲使反轉的電動機制動（或減速），則封鎖共陽極組電路觸發脈沖，開放共陰極組電路使角在范圍內減小，共陰極組電路輸出直流電壓平均值極性為上負下正，且，以產生足夠的制動電流，使電動機轉速很快降到零。這樣，電動機工作于反轉制動狀態，共陰極組電路工作于逆變狀態。如圖第Ⅳ象限所示。四、脈寬可逆直流調速系統目前，應用較廣的一種直流脈寬調速系統的基本主電路如圖所示。一、基本的工作原理1．三相交流電源經整流濾波變成電壓恒定的直流電壓；2．VT1～VT4為四只大功率晶體三極管，工作在開關狀態，其中，處于對角線上的一對三極管的基極，因接受同一控制信號而同時導通或截止；3．若VT1和VT4導通，則電動機電樞上加正向電壓；則VT2和VT3導通，電動機電樞上加反向電壓。4．當它們以較高的頻率（一般為2000Hz）交替導通時，電樞兩端的電壓波形如圖所示。電動機上得到的電壓波形如下：US——外加電壓Uav——直流電動機上的電壓平均值T——兩組管子導通的總時間，稱為矩形波周期t1——正向導通時間由于機械慣性的作用，決定電動機轉向和轉速的僅為此電壓的平均值。設：并稱之為占空比

人為地改變正脈沖的寬度以改變占空比，

1.即可改變的大小，達到調速的目的。連續地改變脈沖寬度，即可實現直流電動機的無級調速。

2.可實現可逆控制。由上式可知，在時

·當時,，正向轉速最高；

·當時,為正，電動機正轉；

·當時，，電動機轉速為零；

·當時，為負，電動機反轉；

·當時，，反向轉速最高。二、晶體管脈寬調速系統的主要特點

晶體管直流脈寬調速系統與晶閘管直流調速系統比較具有下列特點：

(1)主電路所需的功率元件少。實現同樣的功能，一般晶體管的數量僅為晶閘管的1/3～1/6。

(2)控制線路簡單。晶體管的控制比晶閘管的容易，不存在相序問題，不需要煩瑣的同步移相觸發控制電路。

(3)晶體管脈寬調制（PWM）放大器的開關頻率一般為1kHz～3kHz，有的甚至可達5kHz。而晶閘管三相全控整流橋的開關頻率只有300Hz，前者的開關頻率差不多比后者高一個數量級，因而晶體管直流脈寬調速系統的頻帶比晶閘管直流調速系統的頻帶寬得多。這樣，前者的動態響應速度和穩速精度等性能指標都比后者好。晶體管脈寬調制(PWM)放大器的開關頻率高,前者的動態響應速度和穩速精度等性能指標都比后者好。電動機的附加損耗都小。（4）晶體管脈寬調制放大器的電壓放大系數不隨輸出電壓的改變而變化，而晶閘管整流器的電壓放大系數在輸出電壓低時變小。這樣前者的低速性能要比后者好得多，它可使電動機在很低的速度下穩定運轉，其調速范圍很寬。目前，因受大功率晶體管最大電壓、電流定額的限制，晶體管直流脈寬調速系統的最大功率只有幾十kW，而晶閘管直流調速系統的最大功率可以達到幾千kW，因