ch11直流传动控制系统1

1、第九章第九章 直流调速系统直流调速系统1. 使用场合较少2. 内部控制环节是交流调试系统的基础9.1调速系统主要性能指标调速系统主要性能指标 （也适用于交流调速系统也适用于交流调速系统）机电传动控制系统选择调速方案的依据：机电传动控制系统选择调速方案的依据：生产机械对调速系统提出的调速技术指标生产机械对调速系统提出的调速技术指标一、静态技术指标一、静态技术指标 1. 静差度静差度S： 静差度表示生产机械运行时转速稳定的程度。静差度表示生产机械运行时转速稳定的程度。 速度稳定性指标速度稳定性指标 000nnnnnSNN 当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差当负载变化

2、时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差度度S小于一定数值。小于一定数值。普通设备普通设备普通车床普通车床龙门刨床龙门刨床冷轧机冷轧机热轧机热轧机造纸机造纸机S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1% 2. 调速范围调速范围D 在在额定负载额定负载下，允许的下，允许的最高转速最高转速和在保证生产机械对和在保证生产机械对转速变化率要求的前提转速变化率要求的前提下所能达到的下所能达到的最低转速最低转速之比称为调速范围之比称为调速范围 。minmaxnnD 车床车床龙门刨床龙门刨床钻床钻床铣床铣床轧钢机轧钢机造纸机造纸机进给机械进给机械201202040212203031

3、51020530000 3. 调速的平滑性调速的平滑性 调速的平滑性，通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。调速的平滑性，通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。 调速调速无级调速无级调速有级调速有级调速二、动态技术指标二、动态技术指标 1. 最大超调量最大超调量 %nnnMmaxp10022超调量超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等利于生产率的提高等 %Mp3510范围：范围：超调量超调量 2. 过渡过程时间过渡过程时间T 从输入控制（或扰动）作用于系统从输入

4、控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量开始直到被调量 n 进入（进入（0.05 0.02）n2稳定值区间时为止（并且以后不再越出稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡过程这个范围）的一段时间，叫作过渡过程时间。时间。 过渡过程时间过渡过程时间 3. 振荡次数振荡次数 N 在过渡过程时间内在过渡过程时间内,被调量被调量n在其稳定值在其稳定值上下摆动的次数。上下摆动的次数。 如图所示是三种不同调速系统被调量从如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为改变为x2时的变化情况。时的变化情况。系系统统超调超调量量过渡过程过渡过程时间时间T振荡次振荡次数数性能性能10长长无无不

5、好不好2大大长长多多不好不好3小小短短中中好好9.2 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按结构的不同：按结构的不同：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统可逆系统9.2.1 单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统 一、有静差调速系统一、有静差调速系统 单纯由被调量负反馈组成的单纯由被调量负反馈组成的按比例控制按比例控制的单闭环系统属有静差的自动调节系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；统，简称有静差调速系统； （一）转速负反馈调速系统（一）转速负反馈调速系统 1. 基本组成基本组成 分类：分类： 测速发电机测速发

6、电机：与直流电动机：与直流电动机M同轴相连，即两者的速度相同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件；机的速度，称检测元件； 转换元件转换元件：将测速：将测速发电机的转速转换成发电机的转速转换成电压信号以便与给定电压信号以便与给定电压进行比较。电压进行比较。 给定电位器：给定电位器：调节调节Rg的位置可的位置可改变给定电压改变给定电压Ug的大小的大小 。 放大器：放大器：将外加电将外加电压和反馈信号经转换后压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。的电压之差进行放大。 触发电路：触发电路：将放大器放大后将放大器放大后的电压信号变为脉冲型号去控

7、的电压信号变为脉冲型号去控制整流电路的输出大小。制整流电路的输出大小。整流电路整流电路：变交流：变交流电压为直流电压，电压为直流电压，输出电压大小由触输出电压大小由触发电路输出脉冲信发电路输出脉冲信号所决定，整流电号所决定，整流电路的输出为直流电路的输出为直流电动机电枢的外加电动机电枢的外加电压；压； 直流电动机：直流电动机：系系统的控制对象。统的控制对象。fgUUU v 系统的调速方法是改变外加电压调速；系统的调速方法是改变外加电压调速；v 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本身本身;v 反馈电压和给定电压的极性相反，即反馈电压和给定电压的极性相反，即: :该系统又称该系

8、统又称转速负反馈转速负反馈调速系统。调速系统。 2. 工作原理工作原理 当当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态稳态。 fgUUU 不不变变 kU 不不变变 不不变变 dU 不不变变 n不不变变 (2) (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） gUU fgUUkU dU nnUUUUUUdkfgg 改变改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速调速. (1) (1) 稳态（稳态（ UgUg、U Uf f 不变）不变） (3) (3) 稳速（稳速（U Ug

9、 g不变、负载变化使不变、负载变化使U Uf f变化变化 ) ) nUUUUUUndkfgf 当负载增加使当负载增加使 nUUUUUUndkfgf 当负载减小使当负载减小使 当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。种状态称为稳速。 3. 静特性分析静特性分析 目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。 静特性表示出静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。电动机的转速与负载电流之间的大小关系。 (1) 各环

10、节输入输出的关系各环节输入输出的关系 电动机电路电动机电路 RInCRInKUaeaed 式中式中: axRRR电枢回路的总电阻；电枢回路的总电阻； xR可控整流电源的等效内阻；可控整流电源的等效内阻； 电动机的电枢电阻。电动机的电枢电阻。 aR可控硅和触发电路可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为设可控硅和触发电路的放大倍数为Ks ，则：，则： ksdUKU 放大器电路放大器电路 设放大器的放大倍数为设放大器的放大倍数为KP ，则：，则： )(fgpPkUUKUKU 反馈电路反馈电路 速度反馈信号电压与转速速度反馈信号电压与转速n 成正比，设放大系数为成正比，设放大系数为Kf，则：

11、，则： nKUff (2) 静特性静特性 nKUUUKUUKURInCUfffgpkksdaed)(RInCUKaeksRInCUUKKaefgps)(RInCnKKKUKKaefpsgpsefpsapsCKKKRIUgKKn则：令：efpspsGCKKKKKKK,fofeaegGnn)K(CRI)K(CUKn 11闭环系统的静特性闭环系统的静特性spGKKK 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电压控整流电路输出端的电压放大倍数；放大倍数；spefKKCKK 闭环系统的开环放大闭环系统的开环放大倍数。倍数。 如果系统没有转速负反馈（即如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，

12、则整流器的输出开环系统）时，则整流器的输出电压电压:RInCUKUKKUaegGgspd 由此可得开环系统的机械特性由此可得开环系统的机械特性方程方程:nnICRCUKnaeegG 0开开环环系系统统的的静静特特性性 (3)分析与结论分析与结论 fofeaegGnn)K(CRI)K(CUKn 11闭环系统的静特性闭环系统的静特性nnICRCUKnaeegG 0开开环环系系统统的的静静特特性性 理想空载转速理想空载转速 在给定电压一定时，有在给定电压一定时，有:Kn)K(CUKnegGf1100 转速降转速降 KnI)K(CRnaef11 调速范围与静差度调速范围与静差度 在最大运行转速和低速时

13、最大允许静差度不变的情况下，在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下， 开环：开环： )S(nSnDNmaxe221 闭环闭环 ： D)K()S(KnSn)S(nSnDNmaxeNfmaxf11112222 结论：结论：由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为0，因此，上述系统只能，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）近于恒值不变，但又具有偏差的反维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）

14、。采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（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）对电动机转速的影响。晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。 提高系统的开环放大倍数提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。大倍数也不能过分增大，否则系统容易产

15、生不稳定现象。 （二）其他反馈在自动调速系统中的应用（二）其他反馈在自动调速系统中的应用 1. 电压负反馈系统电压负反馈系统 由公式由公式 aeaedIKRKUn 可知：可知： 电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电枢电压的大小，可以近似地反电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电枢电压的大小，可以近似地反映电动机转速的高低。电压负反馈系统就是把电动机电枢电压作为反馈量，以映电动机转速的高低。电压负反馈系统就是把电动机电枢电压作为反馈量，以调整转速。调整转速。 (1) 电压负反馈与转速负反馈调速系统的区别电压负反馈与转速负反馈调速系统的区别 反馈信号不同，前者为被控制量的间接量电压，后者为被控制

16、量本身；反馈信号不同，前者为被控制量的间接量电压，后者为被控制量本身； 检测元件不同，前者为电位器，后者为测速发电机。检测元件不同，前者为电位器，后者为测速发电机。 (2) 工作原理工作原理 稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。稳速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Ug一定时，其调整过程如下：一定时，其调整过程如下：负载负载naIfUU kU dUdaUI为时，晶闸管的输出电压设0电压负反馈系统的特点电压负反馈系统的特点: 线路简单线路简单 稳定速度的效果并不大稳定速度的效果并不大 电动机端电压即使由于负反馈的作用电动机端电压即使由于负反馈的作用而维持不变，但是负载增加

17、时，电动机电而维持不变，但是负载增加时，电动机电枢内阻所引起的内阻压降仍然要增大，电枢内阻所引起的内阻压降仍然要增大，电动机速度还是要降低。或者说电压负反馈，动机速度还是要降低。或者说电压负反馈，顶多只能补偿可控整流电的等效内阻所引顶多只能补偿可控整流电的等效内阻所引起的速度降落。起的速度降落。则则 Ud=U-UAK (1) 系统特点系统特点 RP为电压反馈检测元件，并接在电动机电枢两端，其上的电压大小直接为电压反馈检测元件，并接在电动机电枢两端，其上的电压大小直接反映电动机反映电动机电枢两端电压电枢两端电压的大小，故称电压反馈；的大小，故称电压反馈； R为电流正反馈检测元件，串接在电动机电枢

18、回路中，其上的电压大为电流正反馈检测元件，串接在电动机电枢回路中，其上的电压大小直接反映小直接反映电动机电枢电流电动机电枢电流的大小，故称电流反馈。的大小，故称电流反馈。 系统的总反馈电压系统的总反馈电压 IVfUUUIVgfgUUUUUU 因为反馈电压因为反馈电压UV的极性与给定电压的极性相反，故称的极性与给定电压的极性相反，故称电压负反馈电压负反馈，反馈电，反馈电压压UI的极性与给定电压的极性相同，故称的极性与给定电压的极性相同，故称电流正反馈电流正反馈。要使系统稳定运行，系统要使系统稳定运行，系统总的反馈特性必须呈现出负反馈总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。的性质。 0IVfUUU 2

19、. 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 (2)工作原理工作原理 稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。稳速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Ug一定时，其调整过程如下：一定时，其调整过程如下：UdUUUUUUUnnIKIVgIVa (3) 静特性静特性 aoVUUobIUUboaoobaoabfUUUUUU212RRR 令令UUao 3RIUabo 从电动机电枢回路电势平衡关系知从电动机电枢回路电势平衡关系知 )RR(IEUaa3)RR/()EU(Iaa3aaaabRRERRRURRRURRRREURRURU333321233212

20、上式如果满足下列条件上式如果满足下列条件033212aRRURRRURERRRURRRRRRRRRRaabaa3331233212nCRRRUeaab33时，时，当满足条件当满足条件aRRRR312系统具有转速反馈的特性。系统具有转速反馈的特性。 boaoobaoabfUUUUUUUUao 3RIUabo212RRR 令令 3. 电流截止负反馈系统电流截止负反馈系统 (1) 电流截止负反馈的作用电流截止负反馈的作用 过载保护。过载保护。 电流正反馈可以改善电动机运行特性，而电流负反馈会使电流正反馈可以改善电动机运行特性，而电流负反馈会使 随着负载电流随着负载电流的增加而减少，使电动机的速度迅速

21、降低。的增加而减少，使电动机的速度迅速降低。U 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。本来采用过流保护继电器也可以保护这种严重过载，但是坏。本来采用过流保护继电器也可以保护这种严重过载，但是过流保护继电器，过流保护继电器，要触头断开，电动机断电方能保护要触头断开，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，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，只是使它的切断电动机的电路，只是使它的速度暂降下来速度暂降下来，一旦过负载去掉后，它的速度又，一旦过负载去掉后，它的速度又

22、会自动升起来，这样有利于生产。会自动升起来，这样有利于生产。 (2) 基本思想方法基本思想方法IO=1.35IaNIao=(22.5)Ian 当负载正常，电枢当负载正常，电枢电流在一定范围内（如小电流在一定范围内（如小于于1.35倍的额定电流），倍的额定电流），电流截止负反馈不起作用；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当负载增加使电枢电流超过一定数值（如额定电流的值（如额定电流的1.35倍）时，电流负反倍）时，电流负反馈开始起作用，减小电动机电枢外加电馈开始起作用，减小电动机电枢外加电压，使转速下降；压，使转速下降； 当负载继续增加使电枢电流超过一定值（大于额当负载继续增

23、加使电枢电流超过一定值（大于额定电流的定电流的22.5倍）时，电流负反馈足够强，它足以将倍）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，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。电动机停止运转，从而起到保护作用。 因为只有当电流大因为只有当电流大到一定程度反馈才起作到一定程度反馈才起作用，故称电流截止负反用，故称电流截止负反馈。这种特性因它常被馈。这种特性因它常被用于挖土机上，故又称用于挖土机上，故又称“挖土机特性挖土机特性”。 当电流小于转折点的电流时，反馈电压当电流小于转折点的电流时，反馈电压UIUb ,二极管二极管V导

24、通，电流反馈导通，电流反馈UI与与Ub 比较比较后反馈后反馈 到输入端一起控制电动机，使其转速下降；到输入端一起控制电动机，使其转速下降； 当电流等于堵转点的电流时，电流反馈当电流等于堵转点的电流时，电流反馈UI与与Ub 比较后反馈比较后反馈 到输入端的电压能够抵消到输入端的电压能够抵消给定电压的大小时电动机的转速为零，电流不再增加；给定电压的大小时电动机的转速为零，电流不再增加； 如果电流下降到小于堵转点的电流，转速则上升；如果电流下降到小于堵转点的电流，转速则上升； （3）工作原理）工作原理 二、无静差转速负反馈调速系统二、无静差转速负反馈调速系统 1. 比例积分（PI）调节器比例调节器其

25、输入输出之间的关系如下： i01oURRUtUCRtiCUd1d1i1o11o积分调节器其输入输出之间的关系如下：tICRIUd1111100i01/ RUIItUCRURRUd1 i10i010比例积分调节器 PI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，输出电压的时间特性如图所示。2. 采用PI调节器的无静差调速系统 放大器采用具有比例积分调节器的调速系统为无静差调速系统。 静态时U=UgUf=0，调节作用停止，由于积分作用，调节器的输出电压Uk保持在某一数值上，即Ud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

26、统可以消除静态误差，故称无静差调速系统。 偏差偏差n n 越大，越大，U Ud1 d1 也越大，它的也越大，它的调节作用也就越强，电动机转速回升也就调节作用也就越强，电动机转速回升也就越快。越快。比例部分调节作用比例部分调节作用积分部分的调节作用积分部分的调节作用 U Ud2 d2 的增长率与偏差电压的增长率与偏差电压U U（或偏（或偏差差n n ）成正比。）成正比。 开始时开始时n n 很小，很小， U Ud2 d2 增加很慢，当增加很慢，当n n最大时，最大时，U Ud2 d2 的增加得最快，在调节过程中的的增加得最快，在调节过程中的后期后期n n 逐渐减少了，逐渐减少了， U Ud2 d

27、2 的增加也逐渐减的增加也逐渐减慢了，一直到电动机转速回升到慢了，一直到电动机转速回升到n n1 1， n n = 0 = 0 时，时，U Ud2 d2 就不再增加了，且在以后就一直保持就不再增加了，且在以后就一直保持这个数值不变这个数值不变负载变化时比例积分调节器对系统的调节作用负载变化时比例积分调节器对系统的调节作用 无静差调速系统在调节过程结束以后，转速偏差n = 0（PI 调节器的输入电压U 也等于零），这只是在静态（稳定工作状态）上无差，而动态（如当负载变化时，系统从一个稳态变到另一个稳态的过渡过程）上却是有差的。 这个调速系统在理论上讲是无静差调速系统，但是由于调节放大器不是理想的

28、，且放大倍数也不是无限大，测速发电机也还存在误差，因此实际上这样的系统仍然是有一点静差的。特点：特点：9.3.2 双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统一、转速负反馈调速系统的特点一、转速负反馈调速系统的特点 采用采用PI调节器组成速度调节器调节器组成速度调节器ST的单闭环调速系统，既能得到转速的无静差调的单闭环调速系统，既能得到转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。节，又能获得较快的动态响应。 启动过程中，随着转速的升高，启动过程中，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，启动过程变慢越小，启动过程变慢，因此转速负反馈调速系统不

29、能满足快速启动、停止和反向，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。的要求。 用加大过渡过程中的电流即加大动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，但电流不能超过晶闸管和电动机要求，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，使的允许值。为此，应采取一种方法，使电动机在启动过程中，电动机在启动过程中，动态转矩保持不动态转矩保持不变变，即电动机电枢电流不变，且为电动，即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，机电枢允许的最大电流，当启动结束后，使使电流回到额定值电流回到额定值

30、。 二、双闭环调速系统二、双闭环调速系统 1）系统采用两个调节器（一般采用PI调节器）分别对速度和电流两个参量进行调节。 对速度进行调节的调节器称为速度调节器ASR； 对电流进行调节的调节器称为电流调节器ACR。ASRACR 2）来自速度给定电位器的信号Ugn与速度反馈信号Ufn比较的偏差送到速度调节器ASR的输入端。速度调节器的输出作为电流调节器ACR的给定信号，与电流反馈信号比较的偏差送到电流调节器ACR的输入端，电流调节器的输出送到触发器以控制可控整流器，整流器为电动机提供直流电压 3）从闭环反馈的结构上看，电流调节环在里面，是内环；转速调节环在外面，为外环，二者进行串级联接。在控制系统

31、中，常把这种系统称为双闭环系统。双闭环系统的启动特性双闭环系统的启动特性从静特性上看从静特性上看: :维持电动机转速不变是由速度调维持电动机转速不变是由速度调节器节器ST ST 来实现的。在电流调节器来实现的。在电流调节器LTLT上，使用的上，使用的是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，是电流负反馈，它有使静特性变软的趋势，动态分析动态分析:第阶段是电流上升阶段第阶段是恒流升速阶段第阶段是转速调节阶段转速、电流双闭环调速系统的主要优点是：系统的调整性能好，有很硬的静特性，基本上无静差；动态响应快，启动时间短；系统的抗干扰能力强；两个调节器可分别设计，调整方便（先调电流环，再调速度环）。所以，它

32、在自动调速系统中得到了广泛的应用9.3 可逆直流调速系统可逆直流调速系统 反反向向运运转转电电流流，使使电电动动机机能能正正、向向直直流流电电动动机机提提供供双双向向可可逆逆直直流流系系统统转转电电流流，使使电电动动机机单单向向运运向向直直流流电电动动机机提提供供单单向向不不可可逆逆直直流流系系统统 一、利用接触器进行切换的可逆线路一、利用接触器进行切换的可逆线路二、利用晶闸管切换的可逆线路二、利用晶闸管切换的可逆线路三、采用两套晶闸管整流电路的可逆线路三、采用两套晶闸管整流电路的可逆线路9.49.4脉宽调速脉宽调速 4当它们以较高的频率（一般为2000Hz）交替导通时，电枢两端的电压波形如图

33、所示。 1三相交流电源经整流滤波变成电压恒定的直流电压； 21VT4VT为四只晶体三极管，其中，处于对角线上的一对三极管的基极，因接受同一控制信号而同时导通或截止； 3若1VT和4VT导通，则电动机电枢上加正向电压；2VT和3VT导通，电动机电枢上加反向电压。基本原理基本原理 由于机械惯性的作用，决定电动机转向和转速的仅为此电压的平均值。Tt1 设矩形波的周期为T ，正向脉冲宽度为t1，并设为占空比。则电枢电压的平均值 S1s11sav1222UTTTUTtTUtTtTUUs 正向转速最高； :1时时当当 savUU :5 . 0 时时当当 0av U电动机正向； :5 . 0 时时当当 0a

34、v U电动机停止； :5 . 0 时时当当 0av U电动机反向； :0时时当当 savUU 反向转速最高； 人为地改变占空比，可以达到调速的目的。连续地改变脉冲宽度，即可实现直流电动机的无级调速。通过改变电机电枢两端的脉冲宽度，以改变电枢通过改变电机电枢两端的脉冲宽度，以改变电枢电压平均值，达到调速目的。电压平均值，达到调速目的。晶体管脉宽调速的优点晶体管脉宽调速的优点主电路所需功率元件少主电路所需功率元件少 、线路简单、线路简单低速性好、调速范围宽低速性好、调速范围宽(D(D大大) )动态响应快动态响应快晶体管脉宽调速系统的主要特点:晶体管脉宽调速系统组成晶体管脉宽调速系统组成1.1.主电

35、路（功率开关放大器）主电路（功率开关放大器） 2. 2.控制电路控制电路1)1)速度调节器速度调节器ASRASR和电流调节器和电流调节器ACRACR2)2)三角波发生器三角波发生器n3)3)电压脉冲变换器电压脉冲变换器n4)4)脉冲分配及功率放大脉冲分配及功率放大晶体管脉宽调速系统分析晶体管脉宽调速系统分析n1.1.静态静态U Ugngn=0,ASR,ACR=0,ASR,ACR输岀为零，输岀为零，n=0n=0n2.2.启动启动U Ugngn0,0,U UN N0 ASR0 ASR处于开环处于开环,ACR,ACR积分积分I IaaI Iamam加加速启动速启动, ,当当U UN N0 , ASR

36、0 , ASR退出饱和进行速度控制。退出饱和进行速度控制。n3.3.稳态运转稳态运转U UN N=U=UgNgN-U-UfNfN=0=0n4.4.稳态运转时突加负载时的调节过程稳态运转时突加负载时的调节过程nU UN N=U=UgNgN-U-UfNfN0 ACR0 ACR输岀增加输岀增加EP(EP(脉冲占空脉冲占空比比)U)Ud dnn直到直到U UN N=U=UgNgN-U-UfNfN=0=0，在新的电流下，在新的电流下稳定运行。稳定运行。n5.5.制动制动U UgNgN=0 ,=0 ,U UN N=U=UgNgN-U-UfNfN0 ASR0 ASR处于正限幅值处于正限幅值,ACR,ACR输

37、岀负的限幅值，电机制动输岀负的限幅值，电机制动nn=0nn=0同静态同静态n6.6.降速降速n1.用微机取代用微机取代ASR、ACR两个两个n电子调节器的系统电子调节器的系统9.5 微型计算机控制的直流传动控制系统微型计算机控制的直流传动控制系统n2.2.保留保留ASRASR、ACRACR两个电子调节器的系统两个电子调节器的系统n基本内容基本内容n1.扩大调速范围扩大调速范围 D的基本方法的基本方法n 在调速系统中，电动机所能达到的调速范围D=nD=nmaxmax/n/nminmin，其nmax是电动机在额定负载下所允许的最高转速，而nmin是在保证生产机械对转速变化率S S(即静差度S2)的

38、要求这一前提下所能达到的n nminmin最低转速，也就是说，调速系统的S2要小于或等于生产机械要求的 S S生生( S( S2 2 S S生生) ) ， 才 能 谈 及 调 速 范 围 。 根 据D=(nD=(nmaxmaxS S2 2)/()/(n nN N(1-S(1-S2 2)式,可知，在 n nmaxmax与S S一定时，设法减少转速降n nN N就可扩大调速范围D D，闭环控制系统(亦称反馈控制系统)能起到这个作用。 小小 结结n2.2.机电传动控制系统调速方案的选择机电传动控制系统调速方案的选择n 生产机械对调速系统所提出的技术指标包括静态的和生产机械对调速系统所提出的技术指标包

39、括静态的和动态的。动态的。静态技术静态技术指标主要有静差度指标主要有静差度S,S,调速范围调速范围D D和调速和调速的平滑性等：的平滑性等：动态技术动态技术指标主要有最大超调量指标主要有最大超调量M Mp,p,过渡过过渡过程时间程时间 T T和振荡次数等。和振荡次数等。n 值得特别注意的是，生产机械在调速过程中一般有恒值得特别注意的是，生产机械在调速过程中一般有恒转矩型和恒功率型两类负载特性，而电动机的调速也有转矩型和恒功率型两类负载特性，而电动机的调速也有恒转矩性质和恒功率性质两类，一般负载为恒转矩的生恒转矩性质和恒功率性质两类，一般负载为恒转矩的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速产机械应

40、尽可能选用恒转矩性质的调速( (调压调速调压调速) )方式，方式，负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速调速( (调磁调速调磁调速) )方式，否则，电动机将得不到最充分的方式，否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。利用或将严重过载。 n3 3单闭环有静差调速系统单闭环有静差调速系统n性质：性质：n 在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅为开环系统转速降的为开环系统转速降的 l l( 1+K)( 1+K)倍。从而大大提高了机倍。从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度大为减小。

41、械特性的硬度，使系统的静差度大为减小。 n 在给定电压一定时，闭环系统理想空载转速仅为在给定电压一定时，闭环系统理想空载转速仅为开环时的开环时的 l l( l+K)( l+K)。为了使闭环系统获得与开环系统。为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环时的绘定电压须比开环时的相同的理想空载转速，闭环时的绘定电压须比开环时的提高提高( 1+K)( 1+K)倍，倍，n 在相同的最高转速和相同的低速最大允许静差度在相同的最高转速和相同的低速最大允许静差度的条件下，闭环系统的调速范围为开环系统的的条件下，闭环系统的调速范围为开环系统的( 1+K)( 1+K)倍。倍。所以提高开环放大倍数是减小闭

42、环系统静差度、扩大调所以提高开环放大倍数是减小闭环系统静差度、扩大调速范围的有效措施。速范围的有效措施。n4.单闭环无静差调速系统单闭环无静差调速系统n 单闭环无静差调速系统中采用比例积分单闭环无静差调速系统中采用比例积分( PI)( PI)调节器，调节器，比例部分迅速反映调节作用比例部分迅速反映调节作用，动态响应快，动态响应快，积分部分积分部分最终消除静态偏差最终消除静态偏差，因此，较好地解决了系统静态与，因此，较好地解决了系统静态与动态的矛盾得了广泛的应用。动态的矛盾得了广泛的应用。n 对于反馈检测元件和给定电源误差的消除，对于反馈检测元件和给定电源误差的消除，闭环系闭环系统是无能为力统是

43、无能为力的，故高精度的自动调速系统必须有高的，故高精度的自动调速系统必须有高精度的检测元件和给定电源作保证。精度的检测元件和给定电源作保证。n 单闭环调速系统本身解决不了系统工作时冲击电流单闭环调速系统本身解决不了系统工作时冲击电流大的问题，所以，还要加大的问题，所以，还要加电流截止负反馈环节来限制电流截止负反馈环节来限制过大的电流过大的电流。n5.5.双闭环调速系统双闭环调速系统n 就静态特性而言，电流负反馈内环对于转速环来说只就静态特性而言，电流负反馈内环对于转速环来说只相当于一个相当于一个扰动作用扰动作用，当转速调节器，当转速调节器不饱和不饱和时，电流负时，电流负反馈的扰动作用完全被转速

44、调节器的积分作用所抵消，反馈的扰动作用完全被转速调节器的积分作用所抵消，所以，双闭环系统仍是一个无静差调速系统，且在转速所以，双闭环系统仍是一个无静差调速系统，且在转速调节器调节器饱和饱和、转速环失去作用、仅剩下电流环起作用时，、转速环失去作用、仅剩下电流环起作用时，系统相当于恒流调节系统，静特性呈现出很陡的下垂段系统相当于恒流调节系统，静特性呈现出很陡的下垂段保护特性。保护特性。n 就动态特性而言，在就动态特性而言，在给定信号大范围增加给定信号大范围增加的启动过的启动过程中，转速调节器饱和，系统相当于恒值电流调节系统，程中，转速调节器饱和，系统相当于恒值电流调节系统，可基本实现可基本实现理想启动过程理想启动过程。如果扰动作用在电流环以内，。如果扰动作用在电流环以内，如电网电压的波动，则电流内环能及时加以调节；如果如电网电压的波动，则电流内环能及时加以调节；如果扰动作用在电流环之外，如负载波动，则靠转速环进行扰动作用在电流环之外，如负载波动，则靠转速环进行调节，此时电流环相当于电流的随动系统，电流反馈加调节，此时电流环相当于电流的随动