單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第十七單元晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)第二節(jié)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖17-40所示。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、觸發(fā)器CF、晶閘管變流器U、測(cè)速發(fā)電機(jī)TG等組成。3圖17-40轉(zhuǎn)速負(fù)反饋宜流調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 輸出電壓與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。經(jīng)分壓器分壓取出與轉(zhuǎn)速n成正比的轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn轉(zhuǎn)速給定電壓 Ugn與Ufn比較，其偏差電壓A U=Ugn-Ufn 送轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 輸入端。ASR輸出電壓作為觸發(fā)器移相控制電壓Uc ,從而控制晶閘管變流器輸出電壓Ud。本閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只有一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)，故稱為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1 轉(zhuǎn)

2、速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理及其靜特性設(shè)系統(tǒng)在負(fù)載Tl時(shí)，電動(dòng)機(jī)以給定轉(zhuǎn)速n1穩(wěn)定運(yùn)行，此時(shí)電樞電流為Id1，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速反饋電壓為Ufn1，晶閘管變流器輸出電壓為Udin Ud ld(Rd R) Ud Rd R I nCCTCe d 0當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載Tl增加時(shí)，電樞電流Id也增加，電樞回路壓降增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下 降，則Ufn也相應(yīng)下降，而轉(zhuǎn)速給定電壓Ugn不變，A U=Ugn-Ufn 增加。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出電壓Uc增加，使控制 角a減小，晶閘管整流裝置輸出電壓Ud增加，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便相應(yīng)自動(dòng)回升，其調(diào)節(jié)過程可簡述為：TlfTd fTd（R刀+Rd） jTfn ZU f-Uc aj4Ud J f。

3、圖17-41所示為閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系。圖17-41閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系圖中曲線是不同 Ud之下的開環(huán)機(jī)械特性。假設(shè)當(dāng)負(fù)載電流為Id1時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在曲線機(jī)械特性的A點(diǎn)上。當(dāng)負(fù)載電流增加為Id2時(shí)，在開環(huán)系統(tǒng)中由于 Ugn不變，晶閘管變流器輸出電壓 Ud 也不會(huì)變，但由于電樞電流 Id增加，電樞回路壓降增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將由 A點(diǎn)沿著曲 線機(jī)械特性下降至 B 點(diǎn)，轉(zhuǎn)速只能相應(yīng)下降。Ufn就相應(yīng)減小,但在閉環(huán)系統(tǒng)中有轉(zhuǎn)速反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，轉(zhuǎn)速反饋電壓Ud0使偏差電壓 U增加，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高晶閘管變流器的輸出電壓由UdO1變?yōu)閁d02，使系統(tǒng)工

4、作在隨線機(jī)械特性上，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有所回升，最后穩(wěn)定 在曲線機(jī)械特性的 B 點(diǎn)上。同理隨著負(fù)載電流增加為Id3，Id4，經(jīng)過轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，相應(yīng)工作在曲線機(jī)械特性上，穩(wěn)定在曲線機(jī)械特性的C, D點(diǎn)上。將 A， B， C， D 點(diǎn)連接起來的 ABCD 直線就是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。由圖可見，靜特性的硬度比開環(huán)機(jī)械特性硬，轉(zhuǎn)速降厶n要小。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性雖然都表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 -電流（或轉(zhuǎn)矩 ）關(guān)系,但兩者是不同的,閉環(huán)靜特性是表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電流 （或轉(zhuǎn)矩 ）的靜態(tài)關(guān)系, 它只是閉環(huán)系統(tǒng)調(diào) 節(jié)作用的結(jié)果, 是在每條機(jī)械特性上取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn), 只能表示靜態(tài)關(guān)系,

5、不能反映動(dòng) 態(tài)過程。當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí), 如圖所示由 Idl 突增到 Id2 時(shí),轉(zhuǎn)速 n 先從 A 點(diǎn)沿著曲線開環(huán)機(jī) 械特性下降,然后隨著 Ud01 升高為 Ud02 ,轉(zhuǎn)速 n 再回升到 B 點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行, 整個(gè)動(dòng)態(tài)過 程不是沿著靜特性 AB 直線變化的。2轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性分析對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說, 轉(zhuǎn)速給定電壓不變時(shí), 除了上面分析負(fù)載變化所引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變 化外, 還有其他許多擾動(dòng)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化, 例如交流電源電壓的變化、 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁 電流的變化等, 所有這些擾動(dòng)和負(fù)載變化一樣都會(huì)影響到轉(zhuǎn)速變化。 對(duì)于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系 統(tǒng)來說, 可以被轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置檢測(cè)出來, 再通過閉

6、環(huán)反饋控制減小它們對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。 也就 是說 在閉環(huán)系統(tǒng)中,對(duì)包圍在系統(tǒng)前向通道中的各種擾動(dòng)（如負(fù)載變化、交流電壓波動(dòng)、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的變化等 ）對(duì)被調(diào)量 （如轉(zhuǎn)速 ）的影響都有強(qiáng)烈的抑制作用 。但是對(duì)于轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋調(diào)速系統(tǒng)來說, 轉(zhuǎn)速給定電壓 Ugn 的波動(dòng)和測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁變化引起的轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn變化，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)這種給定量和檢測(cè)裝置的擾動(dòng)將無能為力。為了使系統(tǒng)有較高的調(diào)速精度，必須提高轉(zhuǎn)速給定電源和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的精度。在圖17-40所示的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)， 則該系統(tǒng)對(duì)于給定量 Ugn來說，是有靜差調(diào)速系統(tǒng) 。這種調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，反饋量與給定

7、量不相等，存在偏差 U , U =Ugn-Ufn 。因?yàn)檫@種調(diào)速系統(tǒng)是依靠偏差 U工0為前提工作 的，是通過偏差 U的變化來進(jìn)行調(diào)節(jié)的，因此系統(tǒng)的反饋量只能減小偏差U的變化而不能消除偏差，即偏差厶U始終存在，不能為零。假如偏差U=0，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（比例調(diào)節(jié)器）ASR的輸出電壓 Uc=Kp 40，晶閘管變流器輸出電壓Ud0=0，電動(dòng)機(jī)也將不可能運(yùn)行，系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。為了分析方便，假定系統(tǒng)中所有環(huán)節(jié)都是工作在線性范圍內(nèi)，也就是說各環(huán)節(jié)（如調(diào)節(jié)放大器、觸發(fā)器及晶閘管變流器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等）的輸入輸出關(guān)系都是線性的，并且假定晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)全部工作在電流連續(xù)段，即它的開環(huán)機(jī)械特性全是連續(xù)段。

8、對(duì)于圖17-40所示的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來說，各環(huán)節(jié)的靜態(tài) （穩(wěn)態(tài)）方程式如 下：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例放大器： h *二：，式中Kp 放大器的電壓放大倍數(shù)。觸發(fā)器和晶閘管變流器：1 - 人式中Ud0 晶閘管變流器的空載輸出電壓；uc觸發(fā)器的移相控制電壓 （即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓）；Ku 晶閘管變流器的電壓放大倍數(shù)。 一 、晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)：1 -測(cè)速發(fā)電機(jī)：式中 Kfn 測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋系數(shù)。從上述四個(gè)關(guān)系式中消去中間變量并整理后，即可求得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程為：亠Kg%一里壬_ 了 _ An Ce(1 + K)十 K) 巾心心式中 K閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，K=KpKuK

9、fn /(Ce $);nOb閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；Anb閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降。3 .開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的比較在圖17-40所示的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)斷開轉(zhuǎn)速反饋回路時(shí)，系統(tǒng)即為 開環(huán)系統(tǒng)，其機(jī)械特性為：一 KpK皿 J?Xr.式中 nOk 開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；、nk開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降。由以上分析可知，開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)相比較有以下幾方面的特點(diǎn)：(1) 在轉(zhuǎn)速給定電壓 Ugn相同時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速 nOK為閉環(huán)系統(tǒng)的理想 空載轉(zhuǎn)速nOb的(1+K)倍。這是由于閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ufn抵消大部分的轉(zhuǎn)速給 定電壓Ugn，使加在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)放大器 ASR輸入端的電壓(U=Ugn

10、-Ufn)很小的緣故。(2) 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬，在相同負(fù)載電流條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降 nb僅為開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)速降 nk的1 /(1+K)倍。(3) 當(dāng)閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速nOb和開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速nOk相同時(shí)，此時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率 Sb( Sb 旦)僅為開環(huán)系統(tǒng)的靜差率 Sk( Sk )的1 /(1+K)倍，系統(tǒng)閉環(huán)后靜差率可顯著減小。（4）當(dāng)系統(tǒng)靜差率S要求一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可大大提高調(diào)速范圍D。開環(huán)系統(tǒng)：D嚴(yán)瓦咼閉環(huán)系統(tǒng)：產(chǎn)品爸當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都為ne,而最低靜差率的要求相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)開環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍的（1+K）倍。（5）閉環(huán)

11、系統(tǒng)中，一方面轉(zhuǎn)速緊緊跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓變化，另一方面對(duì)包圍在閉環(huán)系統(tǒng)前向通道中各種擾動(dòng)（如負(fù)載變化、交流電壓波動(dòng)、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流變化等）的影響有強(qiáng)烈的抑制作用。4 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無靜差調(diào)速系統(tǒng)如前所述，當(dāng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)，系統(tǒng)是依靠偏差為前提而工作的，這是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用積分調(diào)節(jié) 器或比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)，由于積分調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器具有積分控制作用，不僅能依靠J本身，還能依靠偏差厶U的積累進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)給定量和反饋量一出現(xiàn)， U就進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以消除偏差直到厶U=0，但其積分仍存在，有相應(yīng)的輸出（不像比例調(diào)節(jié)器當(dāng) U為零時(shí), 其

12、輸出也為零），從而使調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，這就是無靜差的調(diào)速系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器采用積分調(diào)節(jié)器或比例積分器的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差系統(tǒng)。雖然采用積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差系統(tǒng)， 使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)沒有靜差， 但它的動(dòng)態(tài) 響應(yīng)速度很慢。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速n偏離給定轉(zhuǎn)速時(shí)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR（積分調(diào)節(jié)器）的輸人端雖 然立即產(chǎn)生偏差信號(hào) U，但是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR（積分調(diào)節(jié)器）的輸出電壓Uc不是迅速地緊跟 輸入信號(hào)的變化而變化，而是隨時(shí)間線性增加 （或減?。膭?dòng)態(tài)響應(yīng)速度很慢。因而實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR很少采用積分調(diào)節(jié)器，都是采用比例積分調(diào)節(jié)器。圖17-42為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR采用比例積分調(diào)節(jié)器的單

13、閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無靜差調(diào)速系統(tǒng)。由前面分析可知，比例積分調(diào)節(jié)器的輸出由比例和積分兩部分組成。比例部分能迅速反 映調(diào)節(jié)作用，而積 分部分則能最后 消除靜態(tài)偏差。比 例積分調(diào)節(jié)器的 等效放大倍數(shù)在 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)過程 中是不同的。當(dāng)突ffi 17-42采用比例幟分調(diào)飯的單閉環(huán)輯豐負(fù)反憤無靜隻需通系地加輸入電壓Ui的瞬間，電容 C相當(dāng)于短路，等于反饋回路只有反饋電阻Rf的情況，此時(shí)相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)等效放大倍數(shù)Rf/R1比較?。欢诜€(wěn)態(tài)（靜態(tài)）時(shí)，電容相當(dāng)于開路，調(diào)節(jié)器相當(dāng)于開路，等效放大倍數(shù)很大，近似等于運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)（104I08）,可以使系統(tǒng)做到基本無靜差。由于系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)

14、的靜特性很硬，靜態(tài)轉(zhuǎn)速降A(chǔ)n 0,因而沒有必要進(jìn)行靜特性計(jì)算。F面詳細(xì)分析負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程。Mi l h圖17彳3負(fù)栽變化時(shí)闕連 乘統(tǒng)的測(cè)節(jié)過理ASR的“比例”與“積分”穩(wěn)態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速給定電壓 Ugn及負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tli , 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為 n1，電動(dòng)機(jī)的電流為Id1。此時(shí)轉(zhuǎn)速 反饋電壓為Ufnl，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR（比例積分調(diào)節(jié)器）的 輸入偏差電壓 U=Ugn1-Ufnl=0，（即 Ugnl=Ufnl），而ASR的輸出電壓Uc由于積分作用保持在 Uc1，使晶閘 管變流器輸出電壓為Udi ,以維持電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速給定n1下運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩在某一瞬間突然由TL1增加到TL2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電

15、動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩而造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速開始下降，于是轉(zhuǎn)速偏離給定值 n1而產(chǎn)生轉(zhuǎn)速偏差厶 n,使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR輸入偏差電壓 U=Ugn1-Ufnl 0 ,于是通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR（比例積分調(diào)節(jié)器）產(chǎn)生調(diào)節(jié) 作用而消除偏差。為了分析方便起見，先分別考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 兩部分的調(diào)節(jié)作用，然后再疊加起來分析總的調(diào)節(jié)過程。首先考慮ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例部分的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)汕 0后，比例部分立即輸出 KpJ，相應(yīng)使晶閘管變流器輸出電壓增加厶Ud1 , Udl的大小與轉(zhuǎn)速偏差 n成正比，如圖I7-43C所示的曲線n越大， Ud1也越大，調(diào)節(jié)作用也越強(qiáng)，使轉(zhuǎn)速緩慢下降直到回 升，如圖l7-43b所示。隨著n回升，

16、An逐漸減小， Ud1也逐漸減小。當(dāng)轉(zhuǎn)速回升至n1時(shí)，An=0 , Ufn仁Ugn 1 U=0 , Ud1=0，比例部分的調(diào)節(jié)作用結(jié)束。ASR調(diào)節(jié)器的積分調(diào)節(jié)作用主要是在調(diào)節(jié)過程的后一階段，積分部分的輸出電壓等于偏差電壓厶U的積分，相應(yīng)使晶閘管變流器輸出電壓增加厶Ud2,4Jd2的增長速度與偏差電壓厶U成正比，如圖17-43C所示的曲線 。開始階段 n很小，AU也小， Ud2增加很慢。當(dāng) n最大時(shí)， U亦最大， Ud2增加 最快。在調(diào)節(jié)末期 n又減小， U亦減小， Ud2的增加也隨之減慢。當(dāng) n=0時(shí)，AUd?不再繼續(xù)增加而保持不變，如圖I7-43C所示的曲線（此時(shí) Ud1=0）。由曲線可見積

17、分作用的結(jié)果是最后使 Ud比原來的輸出電壓 Udi增加了 Ud2。由圖17-43d可見，Ud由原 來Udi成為Ud2 ,而Ud2 Udl= 4Jd2 ,增加部分的電壓厶Ud2正好補(bǔ)償由于負(fù)載增加而 引起的主回路的電阻壓降增加部分，即ud2= 4dR二從而使轉(zhuǎn)速回到原來的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n1上，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的總調(diào)節(jié)作用就是比例作用和積分作用的綜合，總Ud變化曲線為曲線和曲線的疊加， 如曲線所示。 在整個(gè)調(diào)節(jié)過程開始和中間階段， 比例調(diào)節(jié)起主要作 用，它首先快速阻止轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，并使轉(zhuǎn)速迅速回升。隨著轉(zhuǎn)速的回升且接近原轉(zhuǎn)速n，時(shí)，比例調(diào)節(jié)作用越來越小。在調(diào)節(jié)過程的后期階段，積分調(diào)

18、節(jié)起主要作用，依靠它來最后 消除轉(zhuǎn)速偏差，因?yàn)橹挥挟?dāng)轉(zhuǎn)速偏差消除時(shí)，即當(dāng)n=n1 ,如=0 , Ufn1=Ugn1 ,山=0時(shí)，積分調(diào)節(jié)作用才會(huì)停止。由圖 l7-43d 可見，在調(diào)節(jié)過程中，晶閘管變流器輸出電壓 Ud 等 于調(diào)節(jié)過程開始時(shí)的 Udi加上曲線所示的電壓增量 Ud , Ud為比例部分與積分部分的 電壓增量厶Udi與汕42之和。在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)，晶閘管變流器輸出電壓Ud由Udi增加到Ud2，即Ud2=Udl- zUd，增加部分電壓厶Ud正好補(bǔ)償由于負(fù)載增加而引起的主回路電 阻壓降增加部分厶IdR工，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速又回升到原來的給定轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR輸入偏差電壓厶U=0，而轉(zhuǎn)速

19、調(diào)節(jié)器 ASR的輸出電壓 Uc由于積分作用穩(wěn)定在Uc2上（Uc2 UCi） ，它使晶閘管變流器輸出電壓 Udl 穩(wěn)定在 Ud2 上。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加越大，則轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)器 ASR 輸出電壓 Uc 和晶閘管變流器輸出電壓 Ud 增加越多。由圖 l7-43b 可見，無靜差調(diào)速系統(tǒng)只是在靜態(tài)（穩(wěn)態(tài) ）下是無差，而在動(dòng)態(tài)過程中是有差的，圖中 nmax為最大動(dòng)態(tài)速降，它是突加階躍擾動(dòng)下動(dòng)態(tài)過程中的最大轉(zhuǎn)速降；ts為恢復(fù)時(shí)間，它是從原穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新穩(wěn)態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間，imax和tS是調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)。上述的無靜差調(diào)速系統(tǒng)在理論上講是無靜差， 但是實(shí)際應(yīng)用中由于調(diào)節(jié)放大器本身不是 理想的，放大

20、倍數(shù)不可能是無窮大， 此外，測(cè)速發(fā)電機(jī)本身也存在一定的誤差，因此這種調(diào) 速系統(tǒng)仍然有少量的靜差。二、帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)以上所敘述的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在起動(dòng)電流過大等問題。這是因?yàn)殚_始起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速給定電壓 Ugn突然加上，由于機(jī)械慣量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仍然為零，即n=0，轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn=O ，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入電壓厶U=Ugn ,使ASR輸出電壓Uc很大，晶閘Ud E Ud管變流器輸出電壓 Ud亦很大。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電流Id -（起動(dòng)瞬間n=0，R RE=Cen=0），由于電樞電阻 Rs很小，起動(dòng)電流很大。這過大起動(dòng)電流將對(duì)晶閘管和直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的不利

21、影響，甚至使晶閘管和直流電動(dòng)機(jī)燒毀。此外，有些生產(chǎn)機(jī) 械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況，由于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性較硬，如果沒有 限制電流措施，電動(dòng)機(jī)的電樞電流將大大超過額定值，使晶閘管和直流電動(dòng)機(jī)燒毀。為了解決轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中就必須有限制電樞電流過大的保護(hù)環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持某一物理量（如轉(zhuǎn)速）不變時(shí)，就引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋 （如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋）?，F(xiàn)在要防止電流過大，使電 流在一定的情況下，保持某一數(shù)值不變，為此可以在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋。但是在轉(zhuǎn) 速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，如果始終存在電流負(fù)反饋，則將會(huì)使靜特性變軟，影 響調(diào)

22、速精度，為了使電流負(fù)反饋在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不起作用，而在電流過大（超過某一允許值）時(shí)起強(qiáng)烈作用，這樣的電流負(fù)反饋稱之為電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)如圖17-44所示。圖17-44帶電流盤止現(xiàn)反饋的轉(zhuǎn)速孤丘慷用流凋速乘境由17-44圖可見，電流信號(hào)從串人電動(dòng)機(jī)電樞回路的電阻R上取出，電阻 R上的電壓大小就反映電樞電流Id的大小。這個(gè)電流反饋電壓與比較電壓Ubj反向串聯(lián)，比較電壓Ubj大小可調(diào)。當(dāng)Ubj大時(shí)，相應(yīng)的截止電流Idj也大；當(dāng)Ubj小時(shí)，相應(yīng)的截止電流Idj也小。 在R與比較電壓 Ubj之間串有一個(gè)二極管 VD o IdR Ubj時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，電流負(fù)反 饋

23、信號(hào)電壓Ufi加到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR輸入端，其極性與轉(zhuǎn)速給定電壓極性相反，因而隨著 負(fù)載電流的增加，電流反饋電壓 Ufi增加，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓Uc迅速下降，晶閘管整流裝置輸出電壓Ud也隨之迅速下降，這樣就限制了電樞電流的進(jìn)一步增加。若負(fù)載繼續(xù)增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，直到電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓U d = I du RE,其中Idu為電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，這個(gè)堵轉(zhuǎn)電流是電動(dòng)機(jī)和晶閘管整流裝置短路時(shí)所允許的電流，因此就保護(hù)晶閘管整流裝置和電動(dòng)機(jī)。當(dāng)IdRv Ubj時(shí)，二極管VD因承受反向電壓而截止， 相當(dāng)于電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)斷開， 整個(gè)系統(tǒng)與沒有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)一樣，此時(shí)系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)

24、速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)， 靜特性硬，轉(zhuǎn)速降很小。帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖17 45所示，圖中Idj為截止電流，Idu為堵轉(zhuǎn)電流，該系統(tǒng)具有“控土機(jī)特性” 17-45帶電流截止負(fù)反鍛的轉(zhuǎn)連負(fù)反幟直流潟速系統(tǒng)的伸特性實(shí)際應(yīng)用的小功率直流調(diào)速系統(tǒng)中，常采用如圖17 46所示電流截止負(fù)反饋線路。譏特幡揑制電壓IS 17-46小功申直就圖速系蜿申電流栽止負(fù)反憤電谿原理圖圖中R、電位器RP、穩(wěn)壓管VS2和三極管V等組成了電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。電流信號(hào)從并聯(lián)在串入電動(dòng)機(jī)電樞電路的電阻R兩端的電位器 RP取出。電流Id流過電阻R產(chǎn)生的電壓降IdR反映了電流Id的大小，比較電壓就是穩(wěn)

25、壓管 VS2的擊穿電壓。當(dāng)主回路電流Id超過截止電流值時(shí)，從電位器RP取出的電壓大于穩(wěn)壓管 VS2的擊穿電壓時(shí)就有電流通過VS2使V5導(dǎo)通，從而使電容 C的充電電流減小，因而觸發(fā)脈沖后移，晶閘管整流器輸 出電壓Ud下降，從而限制電流繼續(xù)增大。截止電流大小可通過電位器RP調(diào)整。三、電壓負(fù)反饋和電流正反饋直流調(diào)速系統(tǒng)這不僅增加了系如前所述，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)必須配備測(cè)速發(fā)電機(jī)等轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。統(tǒng)的總投資，而且增加了系統(tǒng)的維護(hù)工作量，因此在調(diào)速性能指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，常采用電壓負(fù)反饋或帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。下面簡單介紹它們的工作原理及應(yīng)用。1 電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)圖17-47所示為電

26、壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。由并接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電阻R3 , R4、電位器RP組成的分壓器取出電壓反饋信號(hào)Ufu , u fR3 R5ud。UfuU R3 R4 R5 R6與轉(zhuǎn)速給定電壓相減，偏差電壓 U=Ugn-Ufu送電壓調(diào)節(jié)器輸入端。調(diào)節(jié)器輸出電壓作為觸 發(fā)器移相控制電壓 Uc,從而控制晶閘管變流器的輸出電壓Ud,以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖17-47電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)UdO為晶閘管變流器的理想空載電壓,UdO T/RnUd為電動(dòng)機(jī)電樞電壓，它們之間的關(guān)系為:式中 Rn 晶閘管變流器內(nèi)阻 （包括平波電抗器電阻）;Rd電動(dòng)機(jī)電樞電阻。由上式可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流增加時(shí)，由于主

27、回路中Rn的電阻壓降增加，使電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ud下降，轉(zhuǎn)速n下降。但由于系統(tǒng)加入了電壓負(fù)反饋，電壓反饋電壓Ufu減小,電壓調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓 U= U gm-U fu增加，電壓調(diào)節(jié)器輸出電壓Uc增加，晶閘管變流器輸出電壓UdO增加，以補(bǔ)償主回路中 Rn的電阻壓降，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n自動(dòng)回升一些。上 述調(diào)節(jié)過程可以表示為 Id fTdRn fTJd J-Ufu JZU f-Uc fTJdO f-Ud f-n f。由以上分析可知，電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)電流Id變化時(shí)，能夠維持電動(dòng)機(jī)電樞電壓 Ud基本不變。電壓負(fù)反饋能克服在主回路中 Rn上電阻壓降所引 起的轉(zhuǎn)速降，然而對(duì)主回路中電樞電阻 Rd上產(chǎn)生的電阻壓降所引起的轉(zhuǎn)速降則無能為力。同理，該系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的擾動(dòng)也無能為力。因此，電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)