机电传动控制11-直流传动控制系统

1、1第十一章第十一章 直流传动控制系统直流传动控制系统 控制系统分类、组成控制系统分类、组成 调速系统指标调速系统指标 调速方案的选择调速方案的选择 单闭环调速系统单闭环调速系统 的原理、组成、特点的原理、组成、特点 双闭环调速系统的原理、组成、特点双闭环调速系统的原理、组成、特点 PWM调速系统的原理、组成、特点调速系统的原理、组成、特点 计算机控制直流调速系统计算机控制直流调速系统211.1 11.1 机电传动系统的组成及分类机电传动系统的组成及分类机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件组合而成，通机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件组合而成，通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务。

2、过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务。开环控制系统：开环控制系统：只有控制量（输入量）对被控制量（输出只有控制量（输入量）对被控制量（输出量）的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响量）的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系。和联系。3负反馈控制系统：负反馈控制系统：是按照偏差控制原理建立的控制系统，是按照偏差控制原理建立的控制系统，其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环，又称闭环控制系统反向的反馈控制作用，形成一个闭环，又称闭环控制系统或反馈控制系统。或反馈控制系统。4自动控制

3、系统构成自动控制系统构成5控制系统分类控制系统分类 按反馈方式分：按反馈方式分：转速、电压、电流转速、电压、电流 按复杂程度分：按复杂程度分：单环和多环单环和多环 按稳态误差分：按稳态误差分：有差和无差有差和无差 按给定量的变化分：按给定量的变化分：定值调节、程序控制和随动控制定值调节、程序控制和随动控制 按调节动作和时间的关系：按调节动作和时间的关系：断续控制和连续控制断续控制和连续控制 按元件特性分：按元件特性分：线性系统和非线性系统线性系统和非线性系统611.2 11.2 生产机械对调速系统的要求生产机械对调速系统的要求 静差度静差度 调速范围调速范围 调速的平滑性调速的平滑性 最大超调

4、量最大超调量 过渡过程时间过渡过程时间 振荡次数振荡次数在生产的各个部门，有大量的生产机械要求在不同的场合，在生产的各个部门，有大量的生产机械要求在不同的场合，用不同的速度进行工作，以提高生产率和保证产品质量。用不同的速度进行工作，以提高生产率和保证产品质量。机电传动控制系统的调速方案主要是根据生产机械对调速系机电传动控制系统的调速方案主要是根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标决定的，主要包括如下静态指标和动统提出的调速技术指标决定的，主要包括如下静态指标和动态指标：态指标：7静态技术指标静态技术指标000nnnnnNNS 静差度：静差度：1 1）静差度：表示生产机械运行时转速稳定的程度。

5、当负载变）静差度：表示生产机械运行时转速稳定的程度。当负载变化时，要求生产机械转速的变化能维持在一定的范围，即要化时，要求生产机械转速的变化能维持在一定的范围，即要求静差度求静差度S S小于一定数值。小于一定数值。2 2）调速范围：生产机械所要求的）调速范围：生产机械所要求的转速调节的最大范围。转速调节的最大范围。minmaxnnD 调速范围：调速范围：83 3）调速的平滑性：调速的平滑性：在一定的调速范围内，可以得到的稳定运在一定的调速范围内，可以得到的稳定运行转速级数越多，转速的平滑性就越高。行转速级数越多，转速的平滑性就越高。无级调速：无级调速：转速连续可调转速连续可调有级调速：有级调速

6、：转速不连续。转速不连续。）（）（）（：符符合合静静差差率率的的调调速速范范围围22max22max0202max02maxminmax111SnSnSnnnnnnnnNSNnnNnND n nmaxmax由电动机铭牌确定由电动机铭牌确定; ;S S2 2应等于或小于生产机械应等于或小于生产机械的静差度的静差度S;S;D D由生产机械的要求所决定。由生产机械的要求所决定。这三者为定值时，则要求这三者为定值时，则要求n nN N也为定值。即同一调压也为定值。即同一调压调速系统中调速系统中n nN N为定值时，为定值时，在不同的静差度下就有不在不同的静差度下就有不同的调速范围。同的调速范围。9动态

7、技术指标动态技术指标最大超调量最大超调量超调量太大，达不到生产超调量太大，达不到生产工艺上的要求，但太小，工艺上的要求，但太小，则会使过渡过程过于缓慢，则会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等，不利于生产率的提高等，一般为一般为10%10%35%35%。%10022maxnnnMp过渡过程时间过渡过程时间T T 从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量量n n 进入（进入（0.05 0.05 0.020.02）稳定值区间时为止（并且以）稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡过程时后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡

8、过程时间。间。振荡次数振荡次数 N N在过渡过程时间内在过渡过程时间内, ,被调量被调量n n在其稳定值在其稳定值上下摆动的次数，图中所示为上下摆动的次数，图中所示为1 1次。次。10动态指标评价系统系统超调量超调量过渡过程时间过渡过程时间T T振荡次数振荡次数 N N性能性能1 10 0长长无无不好不好2 2大大中中多多不好不好3 3小小短短中中好好1111.3 11.3 晶闸管电动机直流传动控制系统晶闸管电动机直流传动控制系统 直流调速系统中，目前，用得最多的是晶闸直流调速系统中，目前，用得最多的是晶闸管电动机调速系统。管电动机调速系统。 晶闸管电动机直流传动控制系统常用的有晶闸管电动机直

9、流传动控制系统常用的有单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统和单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统和可逆系统。可逆系统。12有静差转速负反馈调速系统有静差转速负反馈调速系统 单闭环直流调速系统常分为有静差调速系统单闭环直流调速系统常分为有静差调速系统和无静差调速系统两类：和无静差调速系统两类： 有静差调速系统：有静差调速系统：单纯由被调量负反馈组单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统属有静差的自动成的按比例控制的单闭环系统属有静差的自动调节系统，简称有静差调速系统；调节系统，简称有静差调速系统； 无静差调速系统：无静差调速系统：单纯由被调量负反馈组单纯由被调量负反馈组成的按积分（或比

10、例积分）控制的系统，属无成的按积分（或比例积分）控制的系统，属无静差的自动调节系统，简称无静差调速系统；静差的自动调节系统，简称无静差调速系统； 13转速负反馈调速系统基本组成转速负反馈调速系统基本组成 放大器：放大器：将外加将外加电压与反馈电压电压与反馈电压之差进行放大之差进行放大触发电路：触发电路：将放大器将放大器输出的电压信号变为输出的电压信号变为脉冲信号去控制整流脉冲信号去控制整流电路的输出大小。电路的输出大小。整流电路：整流电路：变交流电变交流电压为直流电压，输出压为直流电压，输出电压的大小由触发电电压的大小由触发电路输出脉冲信号所决路输出脉冲信号所决定，整流电路的输出定，整流电路的

11、输出为直流电动机电枢的为直流电动机电枢的外加电压。外加电压。直流电动机：直流电动机：系统的系统的控制对象。控制对象。测速发电机：测速发电机：用来测用来测量电动机的速度，称量电动机的速度，称为检测元件。为检测元件。转换电位器：转换电位器：将测量电将测量电动机的转速转换成电压动机的转速转换成电压信号以便与给定电压进信号以便与给定电压进行比较，称为转换元件。行比较，称为转换元件。给定电位器：给定电位器：改变改变Rg的的位置可以改变给定电压位置可以改变给定电压Ug的大小，称为给定电的大小，称为给定电位器。位器。14特点特点由系统的结构分析可知：由系统的结构分析可知：（1 1）系统的调速方法是改变外加电

12、压调速；）系统的调速方法是改变外加电压调速；（2 2）系统的反馈信号是被控制对象）系统的反馈信号是被控制对象n n本身；本身；（3 3）反馈电压和给定电压的极性相反。）反馈电压和给定电压的极性相反。因此，该系统称转速负反馈调速系统。因此，该系统称转速负反馈调速系统。15静特性分析静特性分析 静特性表示出电动机的转速与负载电流之静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。间的大小关系。 分析静特性的目的：找到减小静态速降、分析静特性的目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能。扩大调速范围，提高系统性能。16工作原理工作原理1)1)稳态（稳态（U Ug g、U Uf f不变）不变）

13、当当U Ug g、U Uf f不变不变UU= =U Ug g U Uf f 不变不变- - U UK K 不变不变-不变不变- - U Ud d 不变不变- - n n 不变不变即当即当U Ug g、U Uf f不变，电动机的转速不变，这种状态称为不变，电动机的转速不变，这种状态称为稳态稳态172)2)调速（调速（U Uf f不变、改变不变、改变 U Ug g 的大小）的大小）U Ug g - -U U = =U Ug g U Uf f - - U UK K - - - -U Ud d - -n n U Ug g - -U U = =U Ug g U Uf f - - U UK K - - -

14、 -U Ud d - -n n 即：改变即：改变U Ug g的大小，可改变电动机的转速，这种状态称为调的大小，可改变电动机的转速，这种状态称为调速速工作原理工作原理183)3)稳速（稳速（ U Ug g 不变、负载变化使不变、负载变化使U Uf f变化）变化）当负载增加使当负载增加使n n - U Uf f - -U U = =U Ug g U Uf f - - U UK K - - - -U Ud d - -n n 当负载减小使当负载减小使n n - - U Uf f - -U U = =U Ug g U Uf f - - U UK K - - - -U Ud d - -n n 即：当负载发

15、生变化使转速变化后，系统通过反馈能维持速即：当负载发生变化使转速变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。度基本不变，这种状态称为稳速。工作原理工作原理19静特性电压方程式静特性电压方程式fgUUU nUf )()(nUKUUKUKUgpfgppk )(nUKKUKUgpsksd RInCRInKUaeaed电枢回路总电阻电枢回路总电阻: R20闭环静特性闭环静特性闭环系统的静特性闭环系统的静特性 fofeaegnnKCRIKCUKn)1()1(0 RInCUKaeks RInCnKKUKKaepsgps epagpsCKKRIUKKn 2则：则：令：令：epspsCKKKKK

16、K ,0闭环系统的开环闭环系统的开环放大倍数放大倍数 从放大器输入端到可从放大器输入端到可控整流电路输出端的控整流电路输出端的电压放大倍数电压放大倍数 RInCUUKKaefgps)(21开环静特性开环静特性如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，则整流器的输出电压则整流器的输出电压 RInCUKUKKUaeggspd0开开环环系系统统的的静静特特性性 nnICRCUKnaeeg00由此可得开环系统的机械特性方程由此可得开环系统的机械特性方程22分析与结论分析与结论 1）在给定电压一定时，）在给定电压一定时，KnKCUKnegf 1)1(000为了使闭环

17、系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环系统所需要的给定电压环系统所需要的给定电压Ug要是开环系统的（要是开环系统的（1+K）倍。）倍。注意：仅有转速负反馈的单闭环系统在运行中，若突然注意：仅有转速负反馈的单闭环系统在运行中，若突然失去转速负反馈，可能造成严重事故失去转速负反馈，可能造成严重事故2）如果将系统闭环与开环的理想空载转速调的一样，即）如果将系统闭环与开环的理想空载转速调的一样，即n0f=n0KnKCRIneaf 1)1(在同样负载电流下，闭环系统的转速降为开环系统转速在同样负载电流下，闭环系统的转速降为开环系统转速降的降的1/(1

18、+K)，从而大大提高了机械系统的硬度。，从而大大提高了机械系统的硬度。开环nnICRCUKnaeeg00闭环fofeaegnnKCRIKCUKn)1()1(023分析与结论分析与结论 3）在最大运行转速）在最大运行转速nmax和低速时最大允许静差度和低速时最大允许静差度S2不变时，不变时，调速范围调速范围)1(22maxSnSnDN 开开环环：DKSKnSnSnSnDNNff)1 ()1 (1)1 (22max22max 闭闭环环：即闭环系统的调速范围为开环系统的即闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。倍。可见：提高系统的开环放大倍数可见：提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、是减

19、小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。但扩大调速范围的有效措施。但K也不能过分增大，否则会也不能过分增大，否则会导致系统不稳定。导致系统不稳定。开环nnICRCUKnaeeg00闭环fofeaegnnKCRIKCUKn)1()1(024分析与结论分析与结论 3）只要扰动是作用在被负反馈所包围的范围内（如负载的变化，）只要扰动是作用在被负反馈所包围的范围内（如负载的变化，电动机励磁的变化，晶闸管交流电源电压的变化等）就可通过负电动机励磁的变化，晶闸管交流电源电压的变化等）就可通过负反馈的作用来减少扰动对被调量（转速）的影响。反馈的作用来减少扰动对被调量（转速）的影响。4）由于放大倍数不能为无穷

20、大，即静态速降不能为）由于放大倍数不能为无穷大，即静态速降不能为0，因此上，因此上述系统只能维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）基本述系统只能维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）基本不变，但有偏差的反馈控制系统通常称为不变，但有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有有差调节系统（即有差调速系统）。差调速系统）。注意：测量元件本身的误差是不能补偿的。注意：测量元件本身的误差是不能补偿的。25有静差的有静差的电流正反馈与电压负反馈电流正反馈与电压负反馈自动调自动调速系统速系统速度（转速）负反馈速度（转速）负反馈是抑制转速变化的最直接而是抑制转速变化的最直接而有效的方法，它是自动调速系

21、统最基本的反馈有效的方法，它是自动调速系统最基本的反馈形式。但速度负反馈需要有反映转速的测速发形式。但速度负反馈需要有反映转速的测速发电机，它的安装和维修都不太方便，因此，在电机，它的安装和维修都不太方便，因此，在调速系统中还常采用其他的反馈形式。调速系统中还常采用其他的反馈形式。常用的有常用的有电压负反馈、电流正反馈、电流截止负电压负反馈、电流正反馈、电流截止负反馈反馈等反馈形式。等反馈形式。26电压负反馈系统电压负反馈系统 27电位计电位计RpRp是检测电动机端电压大小的检测元件，反馈电压是检测电动机端电压大小的检测元件，反馈电压U Uf f与与电动机端电压电动机端电压U U成正比，电压反

22、馈系数为：成正比，电压反馈系数为：dfUU / 稳态和调速的工作过程与转速负反馈相同。稳态和调速的工作过程与转速负反馈相同。在给定电压在给定电压UgUg一定时，其调整过程如下：一定时，其调整过程如下：当负载增加当负载增加- - n n -Id-Id- U- Uf f - -U U = =U Ug g U Uf f - - U UK K - - - -U Ud d - -U U - -n n 同理：负载减小时，引起同理：负载减小时，引起n n上升，通过调节可使上升，通过调节可使n n下降，趋下降，趋于稳定。于稳定。28电压负反馈工作原理电压负反馈工作原理结论：电压负反馈的特点是线路简单，稳速的效

23、果并不大。结论：电压负反馈的特点是线路简单，稳速的效果并不大。只能补偿可控整流电源的等效内阻所引起的转速降，不能只能补偿可控整流电源的等效内阻所引起的转速降，不能补偿电动机电枢内阻补偿电动机电枢内阻Ra引起的转速降。引起的转速降。作用：主要不是用来稳速，而是防止过压，改善动态特性，作用：主要不是用来稳速，而是防止过压，改善动态特性，加快过渡过程。加快过渡过程。eaaexaegCRIKCRIKCUKn )1()1(0整流电路等效内阻整流电路等效内阻:xR电动机的电枢电阻电动机的电枢电阻:aR29电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 由于电压负反馈调速系统对电动

24、机电枢电阻压降引起由于电压负反馈调速系统对电动机电枢电阻压降引起的转速降落不能予以补偿，因而转速降落较大，静特性的转速降落不能予以补偿，因而转速降落较大，静特性不够理想，使允许的调速范围减小。为了补偿电枢电阻不够理想，使允许的调速范围减小。为了补偿电枢电阻压降，一般在电压负反馈的基础上再增加一个电流正反压降，一般在电压负反馈的基础上再增加一个电流正反馈环节。馈环节。30系统特点系统特点RpRp是电压负反馈的检是电压负反馈的检测元件；测元件； R R是电流正是电流正反馈的检测元件反馈的检测元件总的反馈电压总的反馈电压U Uf f=Uab=Uao-Ubo=Uab=Uao-Ubo32123RIRRU

25、RRIUUUUaaboaoab aaRREUI 3333321233212RRERRRURRRURRRREURRURUaaaab 31033212 RRURRRURaaRRRR312 nCRRRERRRUUeaaabf 3333如果满足下列条件：如果满足下列条件：33212RRRRRRa 可以得到电桥的平衡条件：可以得到电桥的平衡条件：从从a a、b b两点取出的反馈信号形成的反馈为：两点取出的反馈信号形成的反馈为：这种反馈也可以称为转速反馈。这种反馈也可以称为转速反馈。aRRRR312 因为满足：因为满足：电动机电枢电阻电动机电枢电阻RaRa与附加电阻与附加电阻R3R3、R2R2、R1R1形

26、成电桥的四个桥臂，形成电桥的四个桥臂，a a和和b b代表电桥的中点，所以称这种线路为高电阻电桥线路。实质上代表电桥的中点，所以称这种线路为高电阻电桥线路。实质上是电动机的转速反馈线路。是电动机的转速反馈线路。32带电流截止负反馈的带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统转速负反馈调速系统 如果电动机的速度在负载过分增大时也不会降下来，这就会使如果电动机的速度在负载过分增大时也不会降下来，这就会使电枢过流而烧坏。电枢过流而烧坏。本来采用过流保护继电器也可以保护这种严重过载，但是过流本来采用过流保护继电器也可以保护这种严重过载，但是过流保护继电器，要触头断开，电动机断电方能保护，而采用电保护继电器，

27、要触头断开，电动机断电方能保护，而采用电流负反馈作用为保护手段，则不必切断电动机的电路，只是流负反馈作用为保护手段，则不必切断电动机的电路，只是使它的速度暂降下来，一旦过负载去掉后，它的速度又会自使它的速度暂降下来，一旦过负载去掉后，它的速度又会自动升起来，这样有利于生产。动升起来，这样有利于生产。 因为只有当电流大到一定程度反馈才起作用，故称电流截止负因为只有当电流大到一定程度反馈才起作用，故称电流截止负反馈。这种特性因它常被用于挖土机上，故又称反馈。这种特性因它常被用于挖土机上，故又称“挖土机特挖土机特性性”。电流正反馈可以改善电动机运行特性，电流正反馈可以改善电动机运行特性，而而电流负反

28、馈会使电流负反馈会使U U 随着负载电流随着负载电流的增加而减少，的增加而减少，使电动机的速度迅速使电动机的速度迅速降低。即这种反馈可以人为地造成降低。即这种反馈可以人为地造成“堵转堵转”，防止电枢电流过大而烧坏，防止电枢电流过大而烧坏电动机。电动机。33基本方法基本方法 当负载正常，电枢电流在一定范围内，电流截止负反馈不起作用；当负载正常，电枢电流在一定范围内，电流截止负反馈不起作用；当负载增加使电枢电流超过一定数值时，电流负反馈开始起作用，减小电当负载增加使电枢电流超过一定数值时，电流负反馈开始起作用，减小电动机电枢外加电压，转速下降；动机电枢外加电压，转速下降；当负载继续增加使电枢电流超

29、过一定值时，电流负反馈足够强，它足以将当负载继续增加使电枢电流超过一定值时，电流负反馈足够强，它足以将给定信号的绝大部分抵消掉，使电动机速度降到零，电动机停止运转，给定信号的绝大部分抵消掉，使电动机速度降到零，电动机停止运转，从而起到保护作用。从而起到保护作用。34工作原理工作原理)1()1(0KCRIKCUKneaeg 35)1()1()()1(00KCRIKCURIKKCUKneaebaeg aeebgIKCRRKKCUUK)1()1()(00 36工作原理工作原理373839无静差调速系统无静差调速系统比例比例(P)(P)调节器：调节器：积分积分(I)(I)调节器：调节器：特点：静态时，

30、反馈量特点：静态时，反馈量= =给定量，既偏差给定量，既偏差=0=0实现：必须接入无差元件。实现：必须接入无差元件。 偏差偏差 0:动作，以消除偏差动作，以消除偏差 偏差偏差= 0:停止动作停止动作40dtICRIUo11111001/RUIIidtUCRURRUiio10011比例积分比例积分(PI)(PI)调节器：调节器：41由此可见，由此可见，PIPI调节器的输出由两部分组成，第一部分是比例调节器的输出由两部分组成，第一部分是比例部分，第二部分是积分部分。在零初始状态和阶跃输入下，部分，第二部分是积分部分。在零初始状态和阶跃输入下，输出电压的时间特性如图输出电压的时间特性如图(b)(b)

31、所示。所示。当突加输入信号时，开始瞬间电容相当于短路，反馈回路中当突加输入信号时，开始瞬间电容相当于短路，反馈回路中只有电阻，此时相当于比例调节器，它可以毫无延迟地起调只有电阻，此时相当于比例调节器，它可以毫无延迟地起调节作用，故调节速度快；节作用，故调节速度快；而后随着电容被充电而开始积分，线性增长，直到稳态。而后随着电容被充电而开始积分，线性增长，直到稳态。在稳态时，相当于开路，放大器呈现出极大的开环放大倍数。在稳态时，相当于开路，放大器呈现出极大的开环放大倍数。dtUCRURRUiio1001142采用采用PIPI调节器的无静差调速系统调节器的无静差调速系统 静态时：静态时：U=UU=U

32、g g-U-Uf f=0=0，调节作用停止，由于积分作，调节作用停止，由于积分作用，调节器的输出电压用，调节器的输出电压U Uk k保持在某一数值上，保持在某一数值上，即即U Ud d固定，以维持电动机在给定转速下运转。固定，以维持电动机在给定转速下运转。由于静态时呈现出无穷大的放大倍数，系统可以由于静态时呈现出无穷大的放大倍数，系统可以消除静态误差，故称消除静态误差，故称无静差调速系统无静差调速系统。43负载增加（负载增加（t1:TL1-TL2)n1下降下降产生偏差产生偏差nU=Ug-Uf0开始偏差的调节过程开始偏差的调节过程44首先比例调节作用显著首先比例调节作用显著，输出，输出R1/R0

33、* U,使控制整流电压增加使控制整流电压增加Ud1(曲线曲线1)n回升回升n=0， Ud1，比例调节作用停止比例调节作用停止45积分作用积分作用使使使控制整流电压增加使控制整流电压增加Ud2正正比于比于 U dt(曲线曲线)开始开始n很小，很小， Ud2增加慢，增加慢， n最大时，最大时， Ud2增加很快增加很快n=0时，时， Ud2不再增加不再增加，且以后保持且以后保持这个值不变这个值不变。46比例和积分作用综合比例和积分作用综合，其调节效果为，其调节效果为U Ud1d1 + +U Ud2d2 ( (曲线曲线3)3)调节的开始和中间阶段，比例调节起主调节的开始和中间阶段，比例调节起主要作用要

34、作用nn很小了，比例调节作用就不明显，很小了，比例调节作用就不明显，而积分作用就上升到主要地位，依靠它而积分作用就上升到主要地位，依靠它最后消除偏差最后消除偏差n n ，使转速回到原值。，使转速回到原值。这就是无静差系统的调节过程。这就是无静差系统的调节过程。47可控整流电压可控整流电压UdUd等于原来静态时的数量等于原来静态时的数量Ud1Ud1加上比例和积分调节过程后的增量加上比例和积分调节过程后的增量U Ud1d1 + +U Ud2d2 ( (图图d)d)增量电压正好补偿由于负载引起的那部增量电压正好补偿由于负载引起的那部分主回路压降（分主回路压降（Ia1-Ia2Ia1-Ia2）R R 。

35、48特点特点49特点特点 动态速降：动态过程中的转动态速降：动态过程中的转速降落。速降落。50双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统 采用采用PIPI调节器组成速度调节器调节器组成速度调节器STST的单闭环调速系统，既能的单闭环调速系统，既能得到转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。从得到转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。从扩大调扩大调速范围速范围的角度来看，它已基本上满足一般生产机械对调速的要的角度来看，它已基本上满足一般生产机械对调速的要求。求。 有些生产机械经常处于正反转工作状态（如龙门刨床、可有些生产机械经常处于正反转工作状态（如龙门刨床、可逆轧钢机等），为了提高生产率，要求

36、尽量缩短启动、制动和逆轧钢机等），为了提高生产率，要求尽量缩短启动、制动和反转过渡过程的时间。反转过渡过程的时间。 但在但在启动过程启动过程中，随着转速的升高，转速负反馈的作用越中，随着转速的升高，转速负反馈的作用越来越大，使启动转矩越来越小，启动过程变慢，因此来越大，使启动转矩越来越小，启动过程变慢，因此转速负反馈调速系统不能满足快速启动、停止和反向的要求。 51理想启动过程 用加大过渡过程中的电流即加大动态转矩来实用加大过渡过程中的电流即加大动态转矩来实现快速启动、停止和反向的要求，但电流不能超过现快速启动、停止和反向的要求，但电流不能超过晶闸管和电动机的允许值。为此，应采取一种方法，晶闸

37、管和电动机的允许值。为此，应采取一种方法，使电动机在启动过程中，动态转矩保持不变，即电使电动机在启动过程中，动态转矩保持不变，即电动机电枢电流不变，且为电动机电枢允许的最大电动机电枢电流不变，且为电动机电枢允许的最大电流，当启动结束后，使电流回到额定值流，当启动结束后，使电流回到额定值。理想的启理想的启动过程动过程52理想启动过程 IaIa、n n为理想的启动过程曲线。为理想的启动过程曲线。 电动机启动时，启动电流很快加大到允许过载能力值电动机启动时，启动电流很快加大到允许过载能力值IamIam，且保持不变。此时，转速且保持不变。此时，转速n n得到线性增长得到线性增长 当升到所需要的大小时，

38、电流急剧下降到克服负载所需的当升到所需要的大小时，电流急剧下降到克服负载所需的电流电流IaIa值。值。53转速电流双闭环系统的组成转速电流双闭环系统的组成 54转速电流双闭环系统的组成转速电流双闭环系统的组成 55转速电流双闭环系统的组成转速电流双闭环系统的组成 56转速电流双闭环调速系统的静态分析转速电流双闭环调速系统的静态分析 从静特性上看，维持电动机转速不变是由从静特性上看，维持电动机转速不变是由速度调节器速度调节器STST来实现的。来实现的。 在在电流调节器电流调节器LTLT上，使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，上，使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，但是在系统中还有

39、转速负反馈环包在外面，电流负反馈对于转速环来说相当但是在系统中还有转速负反馈环包在外面，电流负反馈对于转速环来说相当于一个扰动作用，只要转速调节器于一个扰动作用，只要转速调节器STST的放大倍数足够大，而且没有饱和，则的放大倍数足够大，而且没有饱和，则电流负反馈的扰动作用就受到抑制。电流负反馈的扰动作用就受到抑制。 整个系统的本质由外环速度调节器来决定，它仍然是一个无静差的调整个系统的本质由外环速度调节器来决定，它仍然是一个无静差的调速系统。也就是说，当转速调节器不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生速系统。也就是说，当转速调节器不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的速降完全被转速调节器的积分作

40、用所抵消了，一旦的速降完全被转速调节器的积分作用所抵消了，一旦STST饱和，当负载电流过饱和，当负载电流过大，系统实现保护作用使转速下降很大时，转速环即失去作用，只剩下电流大，系统实现保护作用使转速下降很大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用，这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂段环起作用，这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出很陡的下垂段特性。特性。57动态分析动态分析 58动态分析动态分析 5960616263特点64特点6510.3.3可逆直流调速系统可逆直流调速系统 使电动机正、反转使电动机正、反转向电流，向电流，向直流电动机提供双向直流电动机提供双可逆直流

41、系统可逆直流系统使电动机单向运转使电动机单向运转向电流，向电流，向直流电动机提供单向直流电动机提供单不可逆直流系统不可逆直流系统66利用接触器进行切换的可逆线路利用接触器进行切换的可逆线路 当当FKMFKM闭合，闭合，RKMRKM打开时，电路中打开时，电路中A A点为正极性电位，点为正极性电位，B B点为负点为负极性电位，电枢电流的方向如图中红线线所示，设此时电极性电位，电枢电流的方向如图中红线线所示，设此时电动机正转；动机正转；当当RKMRKM闭合，闭合，FKMFKM打开时，打开时，A A点为负极性电位，点为负极性电位，B B点为正极性电点为正极性电位，电枢电流的方向如图中绿线所示，此时电动

42、机应反转。位，电枢电流的方向如图中绿线所示，此时电动机应反转。只用一套晶闸管整流电路，只用一套晶闸管整流电路，利用接触器利用接触器RKMRKM和和RKMRKM来改变来改变电动机电枢电流的方向。电动机电枢电流的方向。这种可逆线路比较简单、经济，但是，接触器的寿命比较这种可逆线路比较简单、经济，但是，接触器的寿命比较短，另外，一个方向的接触器断开到另一个方向的接触器短，另外，一个方向的接触器断开到另一个方向的接触器闭合，大约需闭合，大约需1.2s1.2s0.5s0.5s的时间，它使切换过程延缓。因的时间，它使切换过程延缓。因此，这种方案一般适用于不频繁快速正、反转的场合。此，这种方案一般适用于不频

43、繁快速正、反转的场合。67利用晶闸管切换的可逆线路利用晶闸管切换的可逆线路 当晶闸管当晶闸管1VS1VS和和4VS4VS触发导通时，触发导通时，A A点为正极性电位，点为正极性电位，而而B B点为负极性电位，电枢电流如图中红线所示的方向，点为负极性电位，电枢电流如图中红线所示的方向，电动机正转；电动机正转； 当晶闸管当晶闸管2VS2VS和和3VS3VS触发导通时，触发导通时，A A点得到负极性电位，点得到负极性电位，而而B B点为正极性电位，电枢电流的方向如图中绿线所示，点为正极性电位，电枢电流的方向如图中绿线所示，电动机反转。电动机反转。 这种利用晶闸管切换的电枢可逆线路，经济上没有这种利用

44、晶闸管切换的电枢可逆线路，经济上没有明显的优点。所以，只适用于几十明显的优点。所以，只适用于几十kWkW以下的可逆调速以下的可逆调速系统。系统。68采用两套晶闸管整流电采用两套晶闸管整流电路的可逆线路路的可逆线路 正向晶闸管整流电路设为正向晶闸管整流电路设为组，为电动机提供正向组，为电动机提供正向电枢电流，实现电动机的正转；电枢电流，实现电动机的正转； 反向晶闸管整流电路为反向晶闸管整流电路为组，为电动机提供反向电组，为电动机提供反向电枢电流，实现电动机的反转。枢电流，实现电动机的反转。 采用两组晶闸管整流电路组成的可逆线路中，不通采用两组晶闸管整流电路组成的可逆线路中，不通过负载而只流过两组

45、晶闸管电路的电流称为过负载而只流过两组晶闸管电路的电流称为环流环流。 根据有无环流，调速线路又分有环流（可控有环流）根据有无环流，调速线路又分有环流（可控有环流）及及无环流（逻辑无环流，错位无环流）无环流（逻辑无环流，错位无环流）两种。两种。69三相半波反并联可三相半波反并联可逆线路逆线路 采用两组晶闸管整流电路组成的可逆线路又分为两种接采用两组晶闸管整流电路组成的可逆线路又分为两种接线方式线方式: :一种为反并联连接，它的特点是由一种为反并联连接，它的特点是由一个交流电源一个交流电源同时向同时向两组晶闸管整流电路供电；两组晶闸管整流电路供电；另一种为交叉连接，它的特点是两组晶闸管整流电路另一

46、种为交叉连接，它的特点是两组晶闸管整流电路由由两个独立的交流电源两个独立的交流电源分别供电。分别供电。在三相全控桥可逆线路中，交叉连接比反并联连接所用在三相全控桥可逆线路中，交叉连接比反并联连接所用的限制环流大小的均衡电抗器数目可少一半，因而，的限制环流大小的均衡电抗器数目可少一半，因而，在有环流调速系统中，三相全控桥均采用交叉连接组在有环流调速系统中，三相全控桥均采用交叉连接组成可逆调速系统。除此而外，成可逆调速系统。除此而外，一般均采用反并联连接一般均采用反并联连接形式。形式。 70三相半波反并联可逆三相半波反并联可逆线路线路组：晶闸管控制角组：晶闸管控制角 1 1由由9090度逐渐减小度逐渐减小组：晶闸管截止组：晶闸管截止U Ud d 1 1由零逐渐增加，电动机启动并正转，由零逐渐增加，电动机启动并正转， 电动机处于正向电动状态；电动机处于正向电动状态；组处于整流状态组处于整流状态第一象限第一象限71三相半波反并联可逆三相半波反并联可逆线路线路组：晶闸管截止组：晶闸管截止组：晶闸管控制角组：晶闸管控制角 2 2由由180180度逐渐减小（度逐渐减小（180 180 2 90 )2 90 )U U