第7章直流电动机调速系统

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1、机电传动控制1 机电传动控制2 机电传动控制3掌握自动调速系统中各个基本环节、掌握自动调速系统中各个基本环节、 各种反馈环节的作用与特点；各种反馈环节的作用与特点；掌握各种常用的自动调速系统的掌握各种常用的自动调速系统的 调速原理、特点及适用场所；调速原理、特点及适用场所；能根据生产机械的特点和要求来能根据生产机械的特点和要求来 正确选择机电传动控制系统，正确选择机电传动控制系统， 能处理控制系统运行时所出现的一般问题。能处理控制系统运行时所出现的一般问题。机电传动控制4 几种常用反馈几种常用反馈( (转速负反馈、转速负反馈、 电压负反馈与电流正反馈、电流截止负反馈电压负反馈与电流正反馈、电流

2、截止负反馈) ) 系统的工作原理，特点与作用；系统的工作原理，特点与作用； 晶体管脉宽调速系统晶体管脉宽调速系统 的组成基本工作原理与主要特点。的组成基本工作原理与主要特点。 比例积分调节器比例积分调节器(PI(PI调节器调节器) )的调节作用；的调节作用； 晶体管脉宽调速系统中主电路晶体管脉宽调速系统中主电路( (功率开关放大器功率开关放大器) ) 工作时的电压、电流波形分析。工作时的电压、电流波形分析。机电传动控制5 系统中采用比例调节器。系统具有以下性质：系统中采用比例调节器。系统具有以下性质：一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降在相

3、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仅为开环系统转速降的1(1K )倍倍 (K 是闭环系统的开环放大倍数是闭环系统的开环放大倍数)。 从而大大提高了机械特性的硬度，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。使系统的静差度大为减小。 在给定电压一定时，闭环系统的理想空载转速在给定电压一定时，闭环系统的理想空载转速 仅为开环时的仅为开环时的1(1K )倍。倍。 为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速， 闭环时的给定电压须比开环时的提高闭环时的给定电压须比开环时的提高(1K )倍。倍。 机电传动控制6一、单闭

4、环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 在相同的最高转速和相同的低速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，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闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。倍。所以所以： 提高开环放大倍数提高开环放大倍数K是减小闭环系统静差度、是减小闭环系统静差度、 扩大调速范围的有效措施。扩大调速范围的有效措施。 但但K太大，对系统的动态稳定性不利。太大，对系统的动态稳定性不利。 机电传动控制7一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统（1）系统组成）系统组成+ +-

5、 -放放大大器器MTG+ +- -+ +- -+ +- -UtgUdIdn+ +- - -+ +U Ug+ +- -MTGUfUku整整流流器器触触发发器器测速发电机测速发电机电动机电动机负反馈负反馈电压电压给定电压给定电压偏差偏差电压电压控控制制角角控控制制电电压压输出输出电压电压转速转速机电传动控制8一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统（2）调节原理）调节原理 在反馈控制的闭环直流调速系统中，在反馈控制的闭环直流调速系统中， 与电动机同轴安装一台测速发电机与电动机同轴安装一台测速发电机 TG ， 从而引出与被调

6、量转速成正比的负反馈电压从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Uf ， 与给定电压与给定电压 Ug 相比较后，得到转速偏差电压相比较后，得到转速偏差电压 U ， 机电传动控制9一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统 经过放大器经过放大器 ，产生控制电压，产生控制电压Uk， 通过触发器，改变控制角通过触发器，改变控制角， 使整流器的输出电压使整流器的输出电压Ud改变，改变，从而控制电动机的转速从而控制电动机的转速n。（2）调节原理）调节原理机电传动控制10一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反

7、馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统（3）闭环系统的）闭环系统的 稳态结构框图稳态结构框图KpKs1/ /CeUgUkUEnUdUf+ + +- -IdR- -机电传动控制11一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统励磁变化励磁变化Id变化变化电源波动电源波动Kp变化变化电阻变化电阻变化检测误差检测误差KpKs1/ /CeUgUkUEnUdUf+ + +- - IdR- -各种各种扰动作用扰动作用最终都要最终都要影响到转速影响到转速（4）扰动作用与影响）扰动作用与影响机电传动控制12一、单闭环有静差调速

8、系统一、单闭环有静差调速系统 1. 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统系统对被反馈环包围的前向通道上的扰动都有抑制功能。系统对被反馈环包围的前向通道上的扰动都有抑制功能。例如：例如： UkUd n UfUUkUd n Id n UfUUkUd n KpKs1/ /CeUgUkUEnUdUf+ + +- - IdR- -（5）抗扰能力）抗扰能力机电传动控制13一、单闭环有静差调速系统一、单闭环有静差调速系统 2. 电压负反馈单闭环有静差调速系统电压负反馈单闭环有静差调速系统（见教材（见教材P282图图7-38） 它只能补偿可控整流电源的等效内阻所引起的速度降落，它只能补

9、偿可控整流电源的等效内阻所引起的速度降落， 故它主要不是用来稳速，而是用它来防止过电压，故它主要不是用来稳速，而是用它来防止过电压， 改善动态特性、加快过渡过程。改善动态特性、加快过渡过程。3. 电压负反馈与电流正反馈组成的电压负反馈与电流正反馈组成的 转速负反馈单闭环有静差调速系统转速负反馈单闭环有静差调速系统（见教（见教材材P278图图7-39） 电流正反馈可以补偿电动机电枢电阻压降电流正反馈可以补偿电动机电枢电阻压降IaRa， 因而扩大了调速范围，提高了转速的稳定性。因而扩大了调速范围，提高了转速的稳定性。 只要二者比例配合适当，可以起到速度负反馈的作用。只要二者比例配合适当，可以起到速

10、度负反馈的作用。机电传动控制14系统组成见教材系统组成见教材P281图图7-43。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）调节器，调节器， 比例部分迅速反映调节作用，动态响应快，比例部分迅速反映调节作用，动态响应快， 积分部分最终消除静态偏差。积分部分最终消除静态偏差。 因此较好地解决了系统静态与动态的矛盾，获得广泛应用。因此较好地解决了系统静态与动态的矛盾，获得广泛应用。 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， 闭环系统是无能为力的，故高精度的自动调速系统必须闭环系统是无能为力的，故高精度的自动调速系统必须 有高精度的

11、检测元件和给定电源作保证。有高精度的检测元件和给定电源作保证。 单闭环调速系统解决不了系统工作时冲击电流大的问题，单闭环调速系统解决不了系统工作时冲击电流大的问题， 所以，还要加电流截止负反馈环节来限制过大的电流。所以，还要加电流截止负反馈环节来限制过大的电流。 二、单闭环无静差调速系统二、单闭环无静差调速系统 机电传动控制15二、单闭环无静差调速系统二、单闭环无静差调速系统 电流截止负反馈单闭环无静差调速系统电流截止负反馈单闭环无静差调速系统 (见：教材见：教材P281图图7-43、 P282图图7-45) 有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。