流，向
电源回馈制动，与此同时，vd两端压降钳住vt使它不能导通。
在制动状态中，vt和vt轮流导通，而vt始终是关断的。
在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在vt关断后id经vd续流时，还没有达到周期t,电流已经衰减到零，这时vd两端电压也降为零，vt便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。
1-3调速范围和静差率的定义是什么调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关
系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”答：
生产机械要求
电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即
D=2mai其中，nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负
%m，n
载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理
想空载转速之比，称作静差率S,即s一△门N
或用百分比表示
n。
△nN
s=NX1QQ%
n。
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速
nN作为最高转速
△nN=△nN
nonmin+△nN
由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。
对于同一个调
速系统，△nN值一定，如果对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够允许的调
速
范围也越小。
一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。
1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为nOmax=1500r/min，最低转速特性
为
nOmin=150r/min，带额定负载时的速度降落△nN=15r/min，且在不同转速下额
定速降
nmax
△nN不变，试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少解系统能够达到的调速范围为
=11
1500
150-
15
1—5某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min，要求系统的静差率s<2%,那么
系
统允许的静态速降是多少如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍
数应有多大
解因为s=△nN
n。
△
nN
++nin
△氐
/min
Arnmins150x
所以An1=y右
s
因为
=△nop
=1+K
Anc
1—6某闭环调速系统的开环放大倍数为将开环放大倍数提高到少倍
（1）因为
△nc
15时，额定负载下电动机的速降为8r/min，如果
30,它的速降为多少在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多
=RId
CI1+K
（2）
所以
Rid
Ce
△cl
niS
△）nN（1-
△n1+K>
RL
Ce（1+K）
，可知在s和
=8X（1+15）=128
空=/min
1+30
nN不变的情况下，D只与
△有关
调速范围扩大倍。
/min,开环转速降
1—7某调速系统的调速范围D=20,额定转速nN=1500r
△nNop=240r/min，若要求系统的静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何
变
N（1-s）20X（）
△nop此时K=op
△ncl
如果给测速发电
则若要求系统的静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将变大。
转速单闭环调速系统有那些特点改变给定电压能否改变电动机的转速为什么定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速为什么如果机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力
答：
（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
1只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。
2反馈控制系统的作用是：
抵抗扰动，服从给定。
扰动性能是反馈控制系统最突出的特征之O
3系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。
（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，
它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是
被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力为
什么答：
当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。
因为电网电压是系统的给定反馈
控制系统完全服从给定。
负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。
因为他们的变化最终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。
再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。
测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量
的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—10有一V—M调速系统。
电动机参数为：
PN=,UN=22VIN=12.5A
nN=1500r/min,电枢电阻&=Q,整流装置内阻Rec=Q，触发整流环节的放
大倍数Ks=35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率s<10%。
（1）计算开环系统的静态速降△n°p和调速要求所允许的闭环静态速降△na。
（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。
（3）调整该系统参数,使当Un=15V时，dIN=I,M=n,则转速负反馈系数a应
该是多少
（4）计算放大器所需的放大倍数。
解：
（1）先计算电动机的电动势系数
min/r
C=UN-In=220-X=e==1500_
□n
则开环系数额定速降为
nNs
（1-s）
1500X
=/min
20X（）
额定负载时的稳态速降应为
（2）系统的静态结构框图如下所示
15V
时，Id=INn=nN，则转速负反馈系数a应该是
nnN1500
K=签-1=
运算放大器所需的放大倍数
1—11在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流ldb|<2IN，临
界
截止电流Idcr>N，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻要求电流反馈采样
电阻不超过主电路总电阻的1/3，如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原
理图和静态结构框图，并计算电流反馈放大系数。
这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多
少
U+U
解：
因为
w2R
—>I
R
U+U
R
1—12某调速系统原理图如图1-58所示，已知数据如下：
电动机；PN=18kWUN=220V,
IN=94AnN=1000r/min,R,=Q,整流装置内阻R.ec=Q，触发整流环节
的放大倍数Ks=40。
最大给定电压U?
=15V，当主电路电流达到最大值时，整定电
反馈电压Um=10V
（1）
（2）
调节器放大系数Kp。
（3）
（4）
电阻R2的数值和稳压管vs的击穿电压值。
设计指标：
要求系统满足调速范围D=20,静差率s<10%,Idbl=N,。
Idcr=N。
试画出系统的静态结构框图，并计算:
转速反馈系数a。
电阻R的数值。
（放大器输入电阻R0=20kQ）
解：
（1）转速负反馈系数a应该是
U?
U?
a=—-=—=
15
nnN1000
（2）先计算电动机的电动势系数
Ce丛
」=220-94x=?
min/r
1000
Ra
nN
则开环系数额定速降为
人InR94（+）
/min
△nop=—=
x
△cn
nNs
（1-s）
100（0
20X（）
=/min
闭环系统的开环放大系数应为
K=兰
△ncl
1■=
运算放大器所需的放大倍数
Kp
Ce
X40/
1—13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用，为什么
（1）
放大器的放大系数Kp；
（2）
供电电网电压；
（3）
电枢电阻呂；
（4）
电动机励磁电流；
（5）
电压反馈系数丫。
答：
在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。
电动机励磁电流、电枢电阻Fa发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反
馈环外。
当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。
因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。
当电压反馈系数丫发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的
误差。
反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1-13有一个V—M系统，已知：
电动机：
FN=,UN=220IN=15.6A
nN=1500r/min,&=Q,整流装置内阻Fec=1Q，触发整流环节的放大倍数
Ks=35。
（1）系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s值。
（2）当D=30,s=10%计算系统允许的稳态速降。
（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D=30,S=10%,在Un?
=10V
Un=10V时,
Id=IN,n=nN,计算转速负反馈系数a和放大器放大系数Kp。
（4）如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求
Id=IN，
n=nN并保持系统原来的开环放大系数K不变，试求在D=30时静
差率。
解：
（1）系统开环工作时,
（2）当
D=30,s=10%,系统允许的稳态速降
△nN
=nNs=
1500X
=/min
（1-s）
一30X（）
（3）
当Un?
=时，
Id=1N,
则转速负反馈系数a
10V
是
应该
10
nnN1500
闭环系统的开环放大系数应为
K=-
△nd
X35/
Kp
Ce
运算放大器所需的放大倍数
（4）在电压负反馈有静差调速系统中，开环与闭环的速降是一样的,
所以△ncl=△nop=/min
s=X100%=
nN+DA兔
30X
1500+30X
X100%=%
1-15在题1-10的系统中，若主电路电感L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量
gd=?
m,整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10要求设计的转速负
K是多
反馈系统能否稳定运行如果保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数少解：
计算系统中各环节的时间常
数：
机电时间常数
Tm
gDr
375CeC
375X
冗
三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为
为保证系统稳定，开环放大系数应满足的稳定条件:
T2（T+T）+…
K<1mlss
因为>,所以该系统不可以稳定运行
如果保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数K最大为.
1-16为什么用积分控制的调速系统是无静差的在转速单闭环调速系统中，当积分调节器
答；在动态过程中，当AU变化
不会下降。
当AU=0
的输入偏差电压△U=0时，调节器的输出电压是多少它取决于那些因素
时，只要其极性不变，积分调节器的输岀U便一直增长；
只有达到U=U,AU=0时，U才停止上升；不到△U变负，U
这是积分控制的特点。
因此，积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。
比例调节器的输岀只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输岀则包含了输入偏差量的全部历史。
虽然现在AU=0,但历史上有过U，其积分就有一定数值，足以产
生稳态运行时需要的控制电压U
1-17在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响并说明理由。
答：
系统的精度依赖于
给定和反馈检测的精度。
因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。
1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差为
什么试说明理由。
答：
采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是无静差的。
电
压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被
减小到1/（1+K），它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。
但基本控制原理与转速负反馈类似。
它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。
第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转
速调节器的放大倍数Ki行不行改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变
转速反馈系数a行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数答：
双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系
*
Un=Un=an=0an
?
因此转速n是由给定电压Un?
决定的；改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。
改变转
速调节器的放大倍数Kn和电力电子变换器的放大倍数Ks不可以。
2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：
当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏
差电压都是零
转速调节器ASR的输出限幅电压U?
im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR
的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
2-3如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI调节器，而改为P调节
器，对
系统的静、动态性能将会产生什么影响
答：
改为P调节器时其输出量总是正比于输入量，PI调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关而是由它后面环节的需要决定的。
2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环
调速系统：
（1）调速系统的静态特性；
（2）动态限流性能；
（3）起动的快速性；
（4）抗负载扰动的性能；
（5）抗电源电压波动的性?
能。
答：
（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，
转速n是由给定电压U?
决定的。
ASR的输出量U*i是由负载电流IdL决定的。
控制电压比的大小则同时取决于n和
Id,或者说，同时取决于Un和IdL。
双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计算相似。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：
电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsRs，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压Ucom与给定电压Un*的作用一致，好象把理想空载转速提高了。
这样的两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。
（2）
（3）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：
饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。
（4）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器
ASR来产生抗负载扰动的作用。
在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。
（5）在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环
双闭环系统中，由于增设了不必等它影响到转速以后才能
节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。
电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，反馈回来，抗扰性能大有改善。
2-5在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。
当系统带额定负
载运
行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△U是
否
为零为什么
a,
系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少为什么
=4CA，电力电子变换器的
放大系数Ks=40。
试求:
（1）
电流反馈系数B和转速反馈系数a
解：
（i）稳态时
8
40
dm
因为Idm=5m
（2）电动机在最高速发生堵转时n=0
Ud0=Cn+IdR=40X=60V
U?
=-U=BId=8V
U=8V
Udo
_60=
40=
2-8在转速、电流双闭环调速系统中，调节器ASRACR均采用PI调节器。
当ASR输出达到Uim=8V时，主电路电流达到最大电流80A。
当负载电流由40A增加到70A时，试问：
（1）Ui?
应如何变化
（2）Uc应如何变化
（3）Uc值由哪些条件决定
2-9在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现?
因某种原因使电动机励磁电源电压突然下降一半，系统工作情况将会如何变化写出U?
、
Uc、Ud0、Id及n在系统重新进入稳定后的表达式。
i
2-10某反馈控制系统已校正成典型I型系统。
已知时间常数T=,要求阶跃响应超调量
（TW10%。
（1）求系统的开环增益；
（2）计算过度过程时间ts和上升时间tT；
（3）
绘出开环对数幅频特性。
如果要求上升时间tt<,贝yK=,T=
节
器结构，并选择其参数。
正为典型I型和II型系统，求调节器的结构与参数。
2-14在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：
PN=60kW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/min，电动势系数
Ce=?
min/r
，主回路总电阻R=Q,触发整流环节的放大倍数Ks=35。
电
磁时间常数T=，机电时间常数Tm=，电流反馈滤波时间常数Toi=,
acr饱和输出电压u?
m=8/，om=。
入回路电阻F0=40kQ；
（4）
B且=
Idm
8_
339
计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量
电流环开环增益：
要求（T<5%时，按表2-2,应取KT^j=，因此
K|二二
=86-1
于是,ACR的比例系数为：
Ki
tF86x_xKS
35X
（4）校验近似条件
电流环截止频率：
3ciI
①晶闸管整流装置传递函数的近似条件
1
=K=86-1
=101s-1
31；3X
满足近似条件.
②忽略反电动势变化对对电流环动态影响的条件
>CP
3T：
T=3X
满足近似条件•
ci
③电流环小时间常数近似处理条件
-1
3矶i
满足近似条件.
（5）计算调节器电阻电容
由图2-25,按所用
ci
算放大器
=9kQ
取F0=40k
各电阻和电容值为
=R）=X40kQ
Ti0.012-6
—=-3F=X10F=卩
R9X103
4Toi4X0.0025厂-6
F040X103
按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为要求.
3.
（1）确定时间常数
取卩F
CTi=%<5%（见表2-2）,满足设计
1
i=，K
转速滤波时间常数Ton.根据所用测速发电机纹波情况转速环小时间常数
电流环等效时间常数1/K|.已取KI
=2~Tpi=2X
，取Ton=.
n.按小时间常数近似处理，取
1
T时K；+Ton=+=
Kn（T
（2）选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数W（（S）=nS）
TnS
取h=3,则ASR的超前时间常数
（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则为t=hT
n
=3x=
由式（2-75）可得转速环开环增益：
K=h+1=4s-2=-2
KN=2h2T”22x32xS
n
于是，由式（2-76）可得ASP的比例系数为
x10-6F=
4.如果只起动
5.空载起动到额定转速的时间
+1?
K-U卩
8-X308
?
?
imdL
2-15有一转速、电流双闭环调速系统，
IN枢回路总WibN=f75Vqi
?
?
主电路采用三相桥式整流电路。
已知电动机参数为：
N允许电流过载倍数75r；触发势流环节的放大?
数伽/r，
Ks=75。
电磁时间常数Tl=，机电时间常数Tm=，电流反馈滤波时间常数
Toi=，转速反馈滤波时间常数Ton=。
设调节器输入输出电压
Unm讦nU?
o=U=10V，调节器输入电阻R=40kQ。
设计指标：
稳态无静差，电流超调量Cj<5%，空载起动到额定转速时的转速超调
卓
量
cn<10%。
电流调节器已按典型I型系统设计，
升级会员 