機電傳動第9章直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第第9章章 直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)9.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 機電傳動控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：機電傳動控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標靜態(tài)指標靜態(tài)指標動態(tài)指標動態(tài)指標一、靜態(tài)技術(shù)指標一、靜態(tài)技術(shù)指標 1. 靜差度靜差度S： 靜差度表示生產(chǎn)機械運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。靜差度表示生產(chǎn)機械運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。 速度穩(wěn)定性指標速度穩(wěn)定性指標 000nnnnnSNN靜態(tài)速降NNnnn0 當負載變化時，生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即當負載變化時，生產(chǎn)

2、機械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即要求靜差度要求靜差度S小于一定數(shù)值。小于一定數(shù)值。普通設備普通設備普通車床普通車床龍門刨床龍門刨床冷軋機冷軋機熱軋機熱軋機造紙機造紙機S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1% 電動機的機械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈高電動機的機械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈高 ; 在一個調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運行時能滿足靜差度的要求，則在一個調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運行時能滿足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時必能滿足要求。在其他轉(zhuǎn)速時必能滿足要求。 2. 調(diào)速范圍調(diào)速范圍D 在在額定負載額定負載下，允許的下，允許的最高轉(zhuǎn)速

3、最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速變化率要求和在保證生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下所能達到的的前提下所能達到的最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍之比稱為調(diào)速范圍 。minmaxnnD 車床車床龍門刨床龍門刨床鉆床鉆床銑床銑床軋鋼機軋鋼機造紙機造紙機進給機械進給機械201202040212203031510205300009.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 3. 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性，通常是用兩個相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速差來衡量的。調(diào)速的平滑性，通常是用兩個相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速差來衡量的。 調(diào)速調(diào)速無級調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速有級調(diào)速 以改變直流電動機電樞外加電壓調(diào)速為例，說明調(diào)

4、速范圍以改變直流電動機電樞外加電壓調(diào)速為例，說明調(diào)速范圍D與靜差度與靜差度S之間的關系之間的關系 ：)1 (1max0202max02maxminmaxSnSnnnnnnnnnnDNNN最高速度和靜態(tài)速降由系統(tǒng)中所使用電動機最高速度和靜態(tài)速降由系統(tǒng)中所使用電動機的額定轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)決定；的額定轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)決定；當這兩個參數(shù)確定后，靜差度當這兩個參數(shù)確定后，靜差度S小，調(diào)速范圍小，調(diào)速范圍D也小，要求也小，要求D大，則靜差度大，則靜差度S必然大；必然大；調(diào)速系統(tǒng)往往可以解決這一矛盾。調(diào)速系統(tǒng)往往可以解決這一矛盾。 9.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 二、動態(tài)技術(shù)指標二、動態(tài)技術(shù)指標

5、從一種穩(wěn)定速度變化到另一從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運轉(zhuǎn)種穩(wěn)定速度運轉(zhuǎn)（啟動、制動（啟動、制動過程僅是特例而已），由于有過程僅是特例而已），由于有電磁慣性和機械慣性，過程不電磁慣性和機械慣性，過程不能瞬時完成，而需要一段時間，能瞬時完成，而需要一段時間，即要經(jīng)過一段過渡過程，或稱即要經(jīng)過一段過渡過程，或稱動態(tài)過程動態(tài)過程。 1. 最大超調(diào)量最大超調(diào)量 %nnnMmaxp10022超調(diào)量超調(diào)量超調(diào)量太大，達不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太大，達不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太小，會使過渡過程過于緩慢，不超調(diào)量太小，會使過渡過程過于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等利于生產(chǎn)率的提高等 %Mp3510范圍

6、：范圍：9.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 超調(diào)量超調(diào)量 2. 過渡過程時間過渡過程時間T 從輸入控制（或擾動）作用從輸入控制（或擾動）作用于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量 n 進入進入（0.05 0.02）n2穩(wěn)定值區(qū)間時穩(wěn)定值區(qū)間時為止（并且以后不再越出這個范為止（并且以后不再越出這個范圍）的一段時間，叫作過渡過程圍）的一段時間，叫作過渡過程時間。時間。 過渡過程時間過渡過程時間9.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 3. 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù) N 在過渡過程時間內(nèi)在過渡過程時間內(nèi),被調(diào)量被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。 如圖

7、所示是三種不同調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量從如圖所示是三種不同調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量從x1改變?yōu)楦淖優(yōu)閤2時的變化情況。時的變化情況。系系統(tǒng)統(tǒng)超調(diào)超調(diào)量量過渡過程過渡過程時間時間T振蕩次振蕩次數(shù)數(shù)性能性能10長長無無不好不好2大大較長較長多多不好不好3小小短短中中好好9.1 調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同：按結(jié)構(gòu)的不同：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng)9.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng) 單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉

8、環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)； （一）轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 基本組成基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：按靜態(tài)誤差的不同：無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)任務：任務： 調(diào)節(jié)速度；調(diào)節(jié)速度； 擴大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類：分類： 測速發(fā)電機測速發(fā)電機：與直流電動機：與直流電動機M同軸相連，即兩者的速度相同軸相連，即兩者的速度相同，測速發(fā)電機用來測量電動同，測速發(fā)電機用來測量電動機的速度，稱檢測元件

9、；機的速度，稱檢測元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將測速：將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成發(fā)電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號以便與給定電壓信號以便與給定電壓進行比較。電壓進行比較。 給定電位器：給定電位器：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rg的位置可的位置可改變給定電壓改變給定電壓Ug的大小的大小 。 放大器：放大器：將外加電將外加電壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進行放大。的電壓之差進行放大。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：將放大器放大后將放大器放大后的電壓信號變?yōu)槊}沖信號去控的電壓信號變?yōu)槊}沖信號去控制整流電路的輸出大小。制整流電路的輸出大小。整流電路整流電路：變交流：變交流電壓為直流電壓，電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸輸出

10、電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信發(fā)電路輸出脈沖信號所決定，整流電號所決定，整流電路的輸出為直流電路的輸出為直流電動機電樞的外加電動機電樞的外加電壓；壓； 直流電動機：直流電動機：系系統(tǒng)的控制對象。統(tǒng)的控制對象。fgUUU v 系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；v 系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象n本身本身;v 反饋電壓和給定電壓的極性相反，即反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統(tǒng)又稱該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負反饋轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) 2. 工作原理工作原理 當當Ug、Uf不變時，電動不

11、變時，電動機的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為機的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 fgUUU 不不變變kU不不變變 不不變變 dU不不變變 n 不不變變 (2) 調(diào)速（調(diào)速（Uf不變，改變不變，改變Ug的大?。┑拇笮。?gUU fgUUkU dU nnUUUUUUdkfgg 改變改變Ug的大小可改變電動機的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為的大小可改變電動機的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速調(diào)速. (1) 穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變）不變） (3) 穩(wěn)速（穩(wěn)速（Ug不變、負載變化使不變、負載變化使Uf變化變化 ) nUUUUUUndkfgf 當負載增加使當負載增加使 nUUUUUUndkfgf 當負載減小使當負載減小使 當

12、負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)當負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。稱為穩(wěn)速。 3. 靜特性分析靜特性分析 目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。 靜特性表示出靜特性表示出電動機的轉(zhuǎn)速與負載電流之間的大小關系。電動機的轉(zhuǎn)速與負載電流之間的大小關系。 (1) 各環(huán)節(jié)輸入輸出的關系各環(huán)節(jié)輸入輸出的關系 電動機電路電動機電路 RInCRInKUaeaed 式中式中: axRRR電樞回路的總電阻；電樞回路的總電阻； xR可控整流電源的等效內(nèi)阻

13、；可控整流電源的等效內(nèi)阻； 電動機的電樞電阻。電動機的電樞電阻。 aR 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)可控硅和觸發(fā)電路可控硅和觸發(fā)電路 設可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為設可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為Ks ，則：，則： ksdUKU 放大器電路放大器電路 設放大器的放大倍數(shù)為設放大器的放大倍數(shù)為KP ，則：，則： )(fgpPkUUKUKU 反饋電路反饋電路 速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速n 成正比，設放大系數(shù)為成正比，設放大系數(shù)為r，則：，則： nUf 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) (2) 靜特性靜特性 nUUUKUUKURIn

14、CUffgpkksdaed)(RInCUKaeksRInCUUKKaefgps)(RInCnKKUKKaepsgpsepsapsCKKRIUgKKn則：令：epspsCKKKKKK,0fofeaegnnKCRIKCUKn)1 ()1 (0特性方程有靜差調(diào)速系統(tǒng)的機械spKKK 0從放大器輸入端到可從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；放大倍數(shù)；speKKCK閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。 如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出電壓電壓:RInCUKUKKUaeggspd0 由此可得

15、開環(huán)系統(tǒng)的機械特性由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性方程方程:nnICRCUKnaeeg00開環(huán)系統(tǒng)的靜特性開環(huán)系統(tǒng)的靜特性 (3)分析與結(jié)論分析與結(jié)論 fofeaegnnKCRIKCUKn)1 ()1 (0閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性nnICRCUKnaeeg00開環(huán)系統(tǒng)的靜特性開環(huán)系統(tǒng)的靜特性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 在給定電壓一定時，有在給定電壓一定時，有:KnKCUKnegf1)1 (000 轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)速降 如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，則，則，00nnfKnI)K(CRnaef11 調(diào)速范圍與靜差度調(diào)速范圍與靜差度 在最大運行轉(zhuǎn)速

16、和低速時最大允許靜差度在最大運行轉(zhuǎn)速和低速時最大允許靜差度S不變的情況下，不變的情況下， 開環(huán)：開環(huán)： )1 (maxSnSnDN閉環(huán)閉環(huán) ： DKSKnSnSnSnDNNff)1 ()1 (1)1 (maxmax 機械特性機械特性 硬度變大，硬度變大， 靜差度減小靜差度減小 調(diào)速范圍變大調(diào)速范圍變大結(jié)論：結(jié)論：由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系，因此，上述系統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)

17、節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。采用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁采用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)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(zhuǎn)速的影響。的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉(zhuǎn)速的影響。 提高系統(tǒng)的放大倍數(shù)提高系統(tǒng)的放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴大調(diào)速范圍的有效措施。是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴大調(diào)速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放大倍數(shù)也不能過

18、分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。但是放大倍數(shù)也不能過分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)（二）其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應用（二）其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應用 1. 電壓負反饋系統(tǒng)電壓負反饋系統(tǒng) 由公式由公式 aeaedIKRKUn 可知：可知： 電動機的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似電動機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反地反映電動機轉(zhuǎn)速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。 9

19、.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) (1) 電壓負反饋與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別電壓負反饋與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)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；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(fā)電機。檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發(fā)電機。 (2) 工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時，其調(diào)整過程如下：一定時，其調(diào)整過程如下：負載負載ndIfUU kU dU 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)

20、晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)電壓負反饋系統(tǒng)的特點電壓負反饋系統(tǒng)的特點: 線路簡單線路簡單 穩(wěn)定速度的效果并不大穩(wěn)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(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，負載增加時，電動機電樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)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源的等效內(nèi)阻所引起的速度降落?？煽卣麟娫吹牡刃?nèi)阻所引起的速度降落。 2. 電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng)電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng) 9

21、.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) (1) 系統(tǒng)特點系統(tǒng)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；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。大小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。 系統(tǒng)的總反饋電壓系統(tǒng)的總反饋電壓 IVfUUUIVgfgUUUUUU 因為反饋電壓因為反饋電

22、壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負反饋電壓負反饋，反饋電壓反饋電壓 UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋電流正反饋。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質(zhì)。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質(zhì)。 0IVfUUU 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) (2)工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同同,給定電壓給定電壓Ug一定時，調(diào)整過程如下：一定時，調(diào)整過程如下：UUdUUUUUUUnnIKIVgIVa (3

23、) 靜特性靜特性 aoVUUobIUUboaoobaoabfUUUUUU212RRR 令令UUao 3RIUabo32123RIRRURRIUUUUaaboaoab 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng) 從電動機電樞回路電勢平衡關系知從電動機電樞回路電勢平衡關系知 )RR(IEUaa3)RR/()EU(Iaa3aaaabRRERRRURRRURRRREURRURU333321233212 上式如果滿足下列條件上式如果滿足下列條件033212aRRURRRURERRRURRRRRRRRRRaabaa3331233212nCRRRUeaab33時，時，當滿足條件當滿足條件aRR

24、RR312系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。 3. 電流截止負反饋系統(tǒng)電流截止負反饋系統(tǒng) (1) 電流截止負反饋的作用電流截止負反饋的作用 過載保護。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 隨著負隨著負載電流的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。載電流的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。U 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，但是過流而燒壞。本來采用過流保護繼電器也可以

25、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(chǎn)。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(chǎn)。 (2) 基本思想方法基本思想方法 9.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)IO=1.35IaNIao=(23)Ian 當負載正常，電樞當負載正常，電樞電流在一定范圍內(nèi)（如小電流在一定范圍內(nèi)

26、（如小于于1.35倍的額定電流），倍的額定電流），電流截止負反饋不起作用；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(shù)當負載增加使電樞電流超過一定數(shù)值（如額定電流的值（如額定電流的1.35倍）時，電流負反倍）時，電流負反饋開始起作用，減小電動機電樞外加電饋開始起作用，減小電動機電樞外加電壓，使轉(zhuǎn)速下降；壓，使轉(zhuǎn)速下降； 當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額定電流的定電流的23倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將倍）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，給定信號的絕大部分抵消掉，使電動機速度降到零，電

27、動機停止運轉(zhuǎn)，從而起到保護作用。電動機停止運轉(zhuǎn)，從而起到保護作用。 因為只有當電流大因為只有當電流大到一定程度反饋才起作到一定程度反饋才起作用，故稱電流截止負反用，故稱電流截止負反饋。這種特性因它常被饋。這種特性因它常被用于挖土機上，故又稱用于挖土機上，故又稱“挖土機特性挖土機特性”。 （3）工作原理）工作原理 當電流小于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓當電流小于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓UIUb ,二極管二極管V導通，電流反饋導通，電流反饋UI與與Ub 比較比較后反饋后反饋 到輸入端一起控制電動機，使其轉(zhuǎn)速下降；到輸入端一起控制電動機，使其轉(zhuǎn)速下降； 當電流等于堵轉(zhuǎn)點的電流時，電流反饋當電流等于堵轉(zhuǎn)點

28、的電流時，電流反饋UI與與Ub 比較后反饋比較后反饋 到輸入端的電壓能夠抵消，到輸入端的電壓能夠抵消，給定電壓的大小，時電動機的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加；給定電壓的大小，時電動機的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加； 如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點的電流，轉(zhuǎn)速則上升；如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點的電流，轉(zhuǎn)速則上升； 9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點一、轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點 采用采用PI調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器ASR的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應。的無靜差調(diào)節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應。 啟

29、動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負反饋的作用越來越大，使啟動轉(zhuǎn)啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負反饋的作用越來越大，使啟動轉(zhuǎn)矩越來越小，啟動過程變慢，因此轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、矩越來越小，啟動過程變慢，因此轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、停止和反向的要求。如龍門刨床、可逆軋鋼機等經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)停止和反向的要求。如龍門刨床、可逆軋鋼機等經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的生產(chǎn)機械，為提高生產(chǎn)效率，要求盡快縮短啟動、制動和反轉(zhuǎn)過渡過程的生產(chǎn)機械，為提高生產(chǎn)效率，要求盡快縮短啟動、制動和反轉(zhuǎn)過渡過程的時間。的時間。 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用電流截在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)

30、限制了最大電流，但它并止負反饋環(huán)節(jié)限制了最大電流，但它并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。 系統(tǒng)起動時，電流達最大值后隨著系統(tǒng)起動時，電流達最大值后隨著轉(zhuǎn)速的上升，反電勢的增加而迅速下降。轉(zhuǎn)速的上升，反電勢的增加而迅速下降。這樣，電動機的起動轉(zhuǎn)矩也迅速下降，這樣，電動機的起動轉(zhuǎn)矩也迅速下降，從而使起動加速過程變慢，其起動電流從而使起動加速過程變慢，其起動電流及轉(zhuǎn)速波形圖如圖。及轉(zhuǎn)速波形圖如圖。 我們希望能充分利用電動機所允許的過載能力，在起動過程中保持電我們希望能充分利用電動機所允許的過載能力，在起動過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值不變，以使系統(tǒng)盡可能用最大的

31、加速度起動，流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值不變，以使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，轉(zhuǎn)速直線上升，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，盡快使電流下降為穩(wěn)態(tài)值，并轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速直線上升，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，盡快使電流下降為穩(wěn)態(tài)值，并轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形示于圖中，這就是調(diào)速系統(tǒng)在最大電流運行。這樣的理想起動過程波形示于圖中，這就是調(diào)速系統(tǒng)在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制的條件下的最佳起動過程。（轉(zhuǎn)矩）受限制的條件下的最佳起動過程。9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖中所示理實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖中所示理想波形不能實現(xiàn)，只能盡量逼近。為了獲得

32、近似理想的過渡過程，想波形不能實現(xiàn)，只能盡量逼近。為了獲得近似理想的過渡過程，并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，最好的辦法就是并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開加以控制，用兩個調(diào)節(jié)將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開加以控制，用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASRACRASRACR雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 電流環(huán)電流環(huán)ACR內(nèi)環(huán)，啟動時起作用。內(nèi)環(huán)，

33、啟動時起作用。 速度環(huán)速度環(huán)ASR外環(huán)，運行時起作用外環(huán)，運行時起作用 。 啟動時速度小，反饋電壓啟動時速度小，反饋電壓Ufn小，當小，當Ugn一定時，一定時，U Un比較大，使比較大，使ASRASR飽和，飽和，輸出輸出U Ugi一定。速度環(huán)失去作用。此時只有電流環(huán)作用，為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一定。速度環(huán)失去作用。此時只有電流環(huán)作用，為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 當速度上升到一定值后，反饋當速度上升到一定值后，反饋Ufn增加，當增加，當Ugn一定時一定時，Un減小，使減小，使ASR退出飽和而起作用。退出飽和而起作用。就就靜態(tài)特性靜態(tài)特性而言：而言： 電流負反饋內(nèi)環(huán)對于轉(zhuǎn)速環(huán)來說只相當于一個擾動作用。電流負反饋內(nèi)

34、環(huán)對于轉(zhuǎn)速環(huán)來說只相當于一個擾動作用。 當當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時：時： 電流負反饋的擾動作用完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用所抵電流負反饋的擾動作用完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用所抵消，所以，雙閉環(huán)系統(tǒng)仍是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)。消，所以，雙閉環(huán)系統(tǒng)仍是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)。當當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時：時： 轉(zhuǎn)速環(huán)失去作用，僅剩下電流環(huán)起作用時，系統(tǒng)相當于恒流轉(zhuǎn)速環(huán)失去作用，僅剩下電流環(huán)起作用時，系統(tǒng)相當于恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 靜特性呈現(xiàn)出很陡的下垂段保護特性。靜特性呈現(xiàn)出很陡的下垂段保護特性。9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)就就動態(tài)特性動態(tài)特性而言：而言： 在給定信

35、號大范圍增加的啟動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，在給定信號大范圍增加的啟動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，系統(tǒng)相當于恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可基本實現(xiàn)理想啟動過程。系統(tǒng)相當于恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可基本實現(xiàn)理想啟動過程。 如果如果擾動作用在電流環(huán)以內(nèi)擾動作用在電流環(huán)以內(nèi)： 如電網(wǎng)電壓的波動，則電流內(nèi)環(huán)能及時加以調(diào)節(jié)；如電網(wǎng)電壓的波動，則電流內(nèi)環(huán)能及時加以調(diào)節(jié)； 如果如果擾動作用在電流環(huán)之外擾動作用在電流環(huán)之外： 如負載波動，則靠轉(zhuǎn)速環(huán)進行調(diào)節(jié)，此時電流環(huán)相當于如負載波動，則靠轉(zhuǎn)速環(huán)進行調(diào)節(jié)，此時電流環(huán)相當于電流的隨動系統(tǒng)，電流反饋加快了跟隨作用。電流的隨動系統(tǒng)，電流反饋加快了跟隨作用。 9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

36、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在給定階躍信號電壓作用下，電動機由靜止開始雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在給定階躍信號電壓作用下，電動機由靜止開始啟動時，整個啟動過程可以分成三個階段。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)啟動時，整個啟動過程可以分成三個階段。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的中標明的I、II、III三個階段。三個階段。在這一階段中，在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。一般不飽和。第第I階段電流上升的階段階段電流上升的階段第第 II

37、階段恒流升速階段階段恒流升速階段 在這個階段中，在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流電流Ugi 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和和ACR都不飽和，都不飽和，ASR起主導的轉(zhuǎn)起主導的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使則力圖使 Ia 盡快地跟隨其給定值盡快地跟隨其給定值 Ugi

38、 ，或者說，電，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。9.2.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 在生產(chǎn)實際中，有許多生產(chǎn)機械都要求電動機既能正、反在生產(chǎn)實際中，有許多生產(chǎn)機械都要求電動機既能正、反轉(zhuǎn)，又能快速制動，這類生產(chǎn)機械的拖動，需要四象限運行的轉(zhuǎn)，又能快速制動，這類生產(chǎn)機械的拖動，需要四象限運行的特性，則必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。特性，則必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。能夠改變電動機轉(zhuǎn)矩方向的系統(tǒng)叫做可逆調(diào)速系統(tǒng)能夠改變電動機轉(zhuǎn)矩方向的系統(tǒng)叫做可逆調(diào)速系統(tǒng) 。由由TCmId知，改變電機轉(zhuǎn)矩有兩種方法：知，改變電機轉(zhuǎn)矩有兩種方法：（1）改變電樞電流）改變電樞電流Id的方向

39、的方向 Id 電樞可逆系統(tǒng)電樞可逆系統(tǒng)改變改變Ud的方向?qū)崿F(xiàn)（常用）的方向?qū)崿F(xiàn)（常用）（2）改變電機勵磁磁通）改變電機勵磁磁通的方向的方向 磁場可逆系統(tǒng)磁場可逆系統(tǒng)改變改變If的方向?qū)崿F(xiàn)的方向?qū)崿F(xiàn) 一、用接觸器切換的可逆線路一、用接觸器切換的可逆線路FKM閉合，電動機正轉(zhuǎn)；閉合，電動機正轉(zhuǎn)；RKM閉合，電動機反轉(zhuǎn)。閉合，電動機反轉(zhuǎn)。優(yōu)點：僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。優(yōu)點：僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。缺點：有觸點切換，開關壽命短、噪音大、動作時間長（缺點：有觸點切換，開關壽命短、噪音大、動作時間長（0.20.5s）；）；需自由停車后才能反向，時間長。需自由停車后才能反向，時間長。應用：經(jīng)

40、常單方向運行，偶爾才需要反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械（地鐵列車的倒應用：經(jīng)常單方向運行，偶爾才需要反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械（地鐵列車的倒車）。車）。9.2.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 二、用晶閘管切換的可逆線路二、用晶閘管切換的可逆線路 VT1、VT4導通，電動機正轉(zhuǎn)；導通，電動機正轉(zhuǎn)； VT2、VT3導通，電動機反轉(zhuǎn)導通，電動機反轉(zhuǎn)。工作可靠性高，但經(jīng)濟上無明顯優(yōu)點（工作可靠性高，但經(jīng)濟上無明顯優(yōu)點（10只只VT），多），多用于幾十千瓦以下的中小功率可逆線路。用于幾十千瓦以下的中小功率可逆線路。9.2.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 三、用兩組整流電路的可逆系統(tǒng)三、用兩組整流電路的可逆系統(tǒng)較大功率的

41、可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動機系統(tǒng)。由于晶閘電動機系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運行時經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運行時經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，如下圖所示。聯(lián)的可逆線路，如下圖所示。電動機正轉(zhuǎn)時，由正組晶閘管裝置電動機正轉(zhuǎn)時，由正組晶閘管裝置VF供電；供電；反轉(zhuǎn)時，由反組晶閘管裝置反轉(zhuǎn)時，由反組晶閘管裝置VR供電。供電。 兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機的起、制動和升、降速。的起、制動和升、降速。9.2.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點：優(yōu)點：VT壽命長，切換速度快壽命長，切換速度快缺點：不允許兩組缺點：不允許兩組VT同時處于整流狀態(tài)（控制電路要同時處于整流狀態(tài)（控制電路要求嚴格）求嚴格）適用場合：要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械的拖動適用場合：要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械的拖動上得到廣泛應用。上得到廣泛應用。9.2.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)中的環(huán)流可逆系統(tǒng)中的環(huán)流 1.環(huán)流的定義環(huán)流的定義 不流過電動機或其它負載，而直接在兩組晶閘管之間流通的