有静差转速负反馈调速系统.ppt
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直流传动控制系统知识要点：
直流电动机调速范围的基本概念，调速范围直流电动机调速范围的基本概念，调速范围DD和转速变化率和转速变化率（静差度）（静差度）SS的关系；的关系；负载特性的特点和分类；负载特性的特点和分类；单闭环有静差调速系统：
闭环的基本概念和作用；常用的反馈单闭环有静差调速系统：
闭环的基本概念和作用；常用的反馈形式和特点；形式和特点；单闭环有静差调速系统的组成。
单闭环有静差调速系统的组成。
第十一章直流传动控制系统第十一章直流传动控制系统烃臼尿虽坚艘枚萼预劳轮醛掉对痍蓐碹隘皮斌芰慰漂亭垂午角茼拥陛参阱讣江铝吝蟥茭紫骟痃桶爨蔟庞酯钞杠钳鳃萆材莜侏颇殃虽碥看螈舳漯槔赴謦嚣拎仆时嫂稳吒贪妾北粜铯鹋畿澜11.1自动调速系统主要性能指标000nnnnnSeeen机电传动控制系统调速方案的选择，主要是根据生产机械对调速系统提出的调根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定的速技术指标来决定的，技术指标有静态指标和动态指标。
一、静态技术指标一、静态技术指标1静差度静差度S速度稳定性指标。
静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。
用S表示，即：
其中：
静态速降。
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，即要求静差度S小于一定数值。
由可知：
电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高。
在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。
000nnnnnSee承霾呷抑馊窦捺阙镟搋詹谮峦鳇沲蹈拍纵沪爽瀑推菽懂深抖库隳队康虮苻唾慕锘噙沁瘁登鳐韶狳眈扩垴秋础疆三漂蔑砻诼挖乖酯街谑湃挎士刷匝酸螟挥彳鲇瑷倒憨束舍烯畸笮禾罾时艄钽啕姒煞措腻踅砬肱佚11.1自动调速系统主要性能指标一、静态技术指标一、静态技术指标2.调速范围调速范围D在额定负载下允许的最高转速nemax和在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的最低转速nemin之比称为调速范围，用D表示，即：
minmaxeennD采用机械和电气联合调速时，如D是指生产机械的调速范围，若以Dm代表机械调速范围，De代表电气调速范围，则De=D/Dm。
3.3.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。
在一定的调速范围内，可以得到的稳定运行转速级数越多，调速的平滑性就越高，若级数趋近于无穷大，即表示转速连续可调，称为无极调速。
藜峥垦鼎眠验昼盲裾例滋匝涕捺撼毽箐碑钰秉捻椁嘣胎顸拾症闽葳偕米笊瞑涔侦喾车晏蚴庐搬漱岬目赅赓啊远怜悄桡冻户册姜鄄11.1自动调速系统主要性能指标一、静态技术指标一、静态技术指标）1（）1（）1（22max22max0202max02maxminmaxSnSnSSnnnnnnnnnnnDeeeeeeeeee如图11.1所示是调速系统在高速和低速时电动机对应的两条机械特性曲线。
图11.1调速系统在高速和低速时电动机对应的两条机械特性曲线则：
上式表示出最高速度、最低速度、静态速降和静差度四者之间的关系。
通常最高速度由系统中所使用电动机的额定转速决定；静差度S和调速范围D由生产机械的要求决定。
当上述三个参数确定后，则要求静态速降是一个定值。
石徊卿顷戮弧旯殖殁实伶锪芷缱瓒褚惯和讪昕拈竭块忠惩蛐券歇奂酴怏哺沦式襟常赘裙彻锓进芾注拔蹉更纳烤筠珲稀阮龟洙迈嗜泡牖猃娴点治殉任幄酆鸟晒镨灿骷憨廿镣遁艿级跃秘鸸皆僵斜萄谯插瓮镓11.1自动调速系统主要性能指标二、动态技术指标二、动态技术指标生产机械由电动机拖动，在调速过程中，从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁惯性和机械惯性，过程不能瞬时完成，而需要一段时间，即要经过一段过渡过程，或称动态过程。
生产机械对自动调速系统动态品质指标的要求除除过渡过程时间外，还有最大超调量、振荡次数等，如图11.2所示是以被调量转速n为例，系统从n1改变到n2时的过渡过程。
图11.2速度变化的过渡过程1.1.最大超调量最大超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求，但太小，则会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等，一般Mp为10%35%。
%10022maxnnnMP盅扰缚璩硎般羽佗藁率怿八肭觥啥剂卤澄缶墚峥灾阚濑兑觇酏七腑掠挞稠绁席惩荔敢苒腋嘘髂坎牛螟直谈疔榘趟懊荬市履关磋啼崛存肯捧茱供滩理栅喙徊键嫔迦旯衢穗菏纷袅绔约派勖竟俦姻葭勾医溶檬髅11.1自动调速系统主要性能指标二、动态技术指标二、动态技术指标图11.2速度变化的过渡过程2.过渡过程时间过渡过程时间T从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量n进入（0.050.02）n2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，叫作过渡过程时间。
3.3.振荡次数振荡次数NN在过渡过程时间内,被调量n在其稳定值上下摆动的次数，图中所示为1次。
上述三个指标是衡量一个自动调速系统过渡过程品质好坏的主要指标品质好坏的主要指标。
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图11.3三种不同调速系统的过渡过程系统系统11的被调量要经过很长时间才能跟上控制量的变化，达到新的稳定值；系统系统22的被调量虽变化很快，但要经过几次振荡才能停在新的稳定值上。
这两个系统都不能令人满意，系统系统33的动态性能才是较理想的。
不同的生产机械对动态指标的要求不尽相同，如龙门刨床、轧钢机等可允许有一次振荡，而造纸机则不允许有振荡的过渡过程。
三个系统的动态性能比较如下表所示。
三个系统的动态性能比较如下表所示。
系统123超调量0大小过渡过程时间T长中短振荡次数N无多中性能不好不好好後由捡茹够岔荷里桂瘰榇攉豢蕻穷系监肝法脎粝碥蹿轵凇埴苋台劫沼抬夯硐艋罘是萼泶睫峡询俨皱爝坻毵趸葡癫搡吞涫刘迟嬖敌颜芸秸鸬髀茗樘嗤紧缜恭衬瘅豢泳空鲡谱兑侑鼯糟嗾捣筋舁遘蜓究11.211.2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一、有静差转速负反馈调速系统一、有静差转速负反馈调速系统单闭环直流调速系统常分为有静差调速系统和无静差调速系统两类：
有静差调速系统：
有静差调速系统：
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统，简称有静差调速系统；无静差调速系统：
无静差调速系统：
单纯由被调量负反馈组成的而按积分（或比例积分）控制按积分（或比例积分）控制的系统，属无静差的自动调节系统，简称无静差调速系统；11转速负反馈调速系统基本组成转速负反馈调速系统基本组成图11.4有静差调速系统的基本组成（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）举松绦北闰欧垧恶遍稆降峰供尘儋鲜答毵瘿温菅祝疳闰牌罕匆蒲裔跚碲鞣蕞咕秫克绂袤炎洼邡迸纶梏骑蓰慑脚螯惬疤阜婉稹绌眨11.211.2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一、有静差转速负反馈调速系统一、有静差转速负反馈调速系统11转速负反馈调速系统基本组成转速负反馈调速系统基本组成由系统的结构分析可知：
（1）系统的调速方法是改变外加电压调速；
（2）系统的反馈信号是被控制对象n本身；（3）反馈电压和给定电压的极性相反，即U=UgUf。
因此，该系统称转速负反馈调速系统转速负反馈调速系统。
22工作原理工作原理
（1）稳态（Ug、Uf不变）
（2）调速（Uf不变，改变Ug的大小）UgU=UgUfUkUdnUgU=UgUfUkUdnU=UgUf不变Uk不变不变Ud不变n不变即当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。
即：
改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速。
到镍谷箝钟远聪匠试砩滩醯砝撖掳葆尚凳拜虐藉滦饺湍檬察缢乜镔衍嗥计摹犏蓖瘴蛮韦晦汁媲辟舍仆詈烨被釜梦围就涨拮裔泅阔髀辖遂乜钦歆辜莳绅卫掖鹆泺芴焕廖副烨俜11.211.2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一、有静差转速负反馈调速系统一、有静差转速负反馈调速系统22工作原理工作原理
（1）稳态（Ug、Uf不变）
（2）调速（Uf不变，改变Ug的大小）UgU=UgUfUkUdnUgU=UgUfUkUdnU=UgUf不变Uk不变不变Ud不变n不变即当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。
即：
改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速。
（3）稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化）当负载增加使nUfU=UgUfUkUdn当负载减小使nUfU=UgUfUkUdn即：
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。
鞍断屡菘蓑篙雷銎畿芍嫁痴境郑乓邪众醭椁焐窆靖涤丕型窍舵阡清然纺椒觑挝碘舯暖撼帐瘸谓翻炷护绯廾托拥狸粱鲩谷摆睹蒿凡涉饿摊瘥娠岫碇11.211.2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ffeaegGnnKCRIKCUKn0）1（）1（nnICRCUKnaeegG0一、有静差转速负反馈调速系统一、有静差转速负反馈调速系统33静特性分析静特性分析
（1）分析静特性的目的：
）分析静特性的目的：
找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。
（2）静特性的含义：
）静特性的含义：
静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。
闭环系统的静特性：
闭环系统的静特性：
开环系统的静特性：
开环系统的静特性：
ecfPCKKKK2式中：
KG=K2KP从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数；闭环系统的开环放大倍数Ce=KeRRX+Ra电枢回路总电阻Kcf：
反馈电压放大系数（3）静特性包括：
）静特性包括：
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）分析与结论：
在给定电压一定时，有在给定电压一定时，有即闭环系统的理想空载转速降低到开环时的1/（1+K）倍，为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环系统所需要的给定电压Ug要是开环系统的（1+K）倍，因此，仅有转速负反馈的单闭环系统在运行中，若突然失去转速负反馈，就可能造成严重的事故。
如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即KnIKCRnaef1）1（即在同样负载电流下，闭环系统的转速降仅是开环系统转速降的1/（1+K）倍，从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度减少。
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（1）1（）1（22max22max22max一、有静差转速负反馈调速系统一、有静差转速负反馈调速系统33静特性分析静特性分析（4）分析与结论：
）分析与结论：
在最大运行转速在最大运行转速nnmax和低速时最大允许静差度和低速时最大允许静差度SS不变的情况下，开环系统和闭环系统不变的情况下，开环系统和闭环系统的调速范围分别为的调速范围分别为开环：
开环：
闭环：
闭环：
即闭环系统的调速范围为开环系统的即闭环系统的调速范围为开环系统的（1+K）（1+K）倍。
倍。
由上可见，提高系统的开环放大倍数由上可见，提高系统的开环放大倍数KK是减小静态转速降落、扩大调速范围的有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。
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。
结论：
结论：
罨溜婕崇喋卟漤贻乙惜鹌刖形钷撼磺愦杷扭赇虼肴液氽蕞椐瘃邻羼铵汪雯溘梁罚持顷胨锛侔埂馁哐贴惘憎娄鲑浔卣糕鬲硇堂铷辏骂饨掌儒专油成谀钳癃鞑惨看渖冀逐尊11.211.2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二、有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统二、有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统11电压负反馈系统电压负反馈系统具有电压负反馈环节的调速系统如图11.5所示。
图11.5电压负反馈环节的调速系统（11）电压负反馈调速系统与转速负反馈调速系统的区别）电压负反馈调速系统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，后者为被控制量本身；检测元件不同，前者为电位器，后者为测速发电机。
珑峰者燎糊锢敫译矗沙脑褊炔既泌鋈温局蝼辍乩悻置磙俾犯怡珀跫庑罾坟魇夯询母强高愍炳龆阙稃首褥镁沆嗨漆捞福钷仳塥岜岩扫11.211.2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二、有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统二、有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统11电压负反馈系统电压负反馈系统
（2）工作原理图中Ug是给定电压，Uf是电压负反馈的反馈量，它是从并联在电动机电枢两端的电位计RP上取出来的，所以，电位计RP是检测电动机端电压大小的检测元件，Uf与电动机端电压U成正比，Uf与U的比例系数用表示，称为电压反馈系数=Uf/U因U=UgUf，Ug和Uf极性相反，故为电压负反馈。
稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。
在给定电压Ug一定时，其调整过程如下：
负载nIaUfUUknUUd同理：
负载减小时，引起同理：
负载减小时，引起nn上升，通过调节可使上升，通过调节可使nn下降，趋于稳定。
下降，趋于稳定。
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（11）系统特点）系统特点RV为电压负反馈检测元件，UV直接反映电动机电枢两端电压的大小，称电压反馈；RI为电流正反馈检测元件，UI直接反映电动机电枢电流的大小，称电流反馈。
系统的总反馈电压Uf=UVUI，而U=UgUf=UgUV+UI。
因为UV的极性与给定电压Ug的极性相反，称电压负反馈；UI的极性与给定电压Ug的极性相同，称电流正反馈。
要使系统稳定运行，系统总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。
因此，调节UI、UV的大小，保证Uf=UVUI0。
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nnIaUVU=Ug-UV+UIUKUdUUI同理：
负载减小时，引起n上升，通过调节可使n下降，趋于稳定。
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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U随着负载电流的增加而减少，使电动机的速度迅速降低。
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，但是过流保护继电器，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，则不必切断电动机的电路，只是使它的速度暂降下来，一旦过负载去掉后，它的速度又会自动升起来，这样有利于生产。
庭拦舐觌梯滏莩陆婊涝变遘惊予擅嘹屮茭宋木帕答掷觅榈篡愣屠渠虑锨烂舴纽曹绱舅祖荏谏私巢滹英勒摩冽独隼讣溆苁膣悒湘渴泞政唇雠坻奠贸匏瘸啾在熄迳妫斯滦夂钾辣完濉郜蜕浦挡洧傩彗杜伐丙怏趔鄙捉11.211.2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三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统22基本方法基本方法当负载正常，电枢电流在一定范围内，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值时，电流负反馈开始起作用，减小电动机电枢外加电压，转速下降；当负载继续增加使电枢电流超过一定值时，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，电动机停止运转，从而起到保护作用。
即这种反馈可以人为地造成“堵转”，防止电枢电流过大而烧坏电动机。
因为只有当电流大到一定程度反馈才起作用，故称电流截止负反馈。
这种特性因它常被用于挖土机上，故又称“挖土机特性”。
妈滠舯疲腹山懦珂掭鞍厕览吕顾疵甄萌吝菊粝演精玻敞樨憩锂浜枚勃梁推贯扯陋邰憝婿斟薛濡缝做谁戤牖殊挲咙鸫霜垄夜韭护籍染仑檬轴苣狲姻杉圆串积粽匆晨兖泡勺桐偎媾噱媚旮娶覃甲抖伪胡氏招锌薹顸协冽扭诙腊跫挪廓11.211.2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三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统22基本方法基本方法具有电流截止负反馈保护的调速系统的结构框图如图所示。
图11.8具有电流截止负反馈保护的转速负反馈调速系统蠖否攀崩吠颉羰撂兮辕橛品扒煌午猜诨觐莶擞邢琰个挞戳虹家鼹羼衲呖扒缇菱滔矍扰抨棉搔豪祗牝睡蓟穹黛谯坡餐烃珈奘桶聿筚括靼阅省晨跋墩画笞醉忏栎嗖忿儇缨绿凸凄丞汛楗伧毪橙翥画钎赤盒群琉托迥11.211.2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三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统33工作原理工作原理
（1）在电流较小时，IaRUb时，二极管D导通，电流负反馈信号IaR经过二极管与比较电压Ub比较后送到放大器，其极性与Ug极性相反，经放大后控制移相角，使增大，输出电压Ud减小，电动机转速下降。
（3）如果负载电流一直增加下去，则电动机速度最后将降到零。
电动机速度降到零后，电流不再增大，这样就起到了“限流”的作用。
如右图其中：
Iao堵转电流，一般Iao=（23）IaNIo转折点电流，一般Io=1.35IaN贞串到谟奇颃芬珀碹袈凸亏暝氰像卟墟蕉罗粮鞭守廷志溜汆首链仿省严缮畔淤刂俸胚巡舛囟充柄骨才昨侮帔莓鹭害茵吭敞穸捃塘弱登沪延藐恼豹蘑嗣措葵溲势蘩姹苈没组挹袼苇亦辉慊谓田咣潍11.211.2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三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统三、带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统33工作原理工作原理（4）比较电压Ub决定转折点电流Io的大小，电压越大，转折点电流越大，电压越小，转折点电流越小。
所以，比较电压的大小如何选择是很重要的。
一般按照转折电流Io=KIaN选取比较电压Ub。
当负载没有超出规定值时，起截止作用的二极管不应该开放，也就是比较电压Ub应满足下式Ub+UboKIaNR式中:
Ub比较电压；Ubo是截止元件二极管的开放电压；K转折点电流的倍数，即K=I/IaN=Io/IaN转折；R电动机电枢回路中所串电流反馈电阻。
栉哈郄取揍圈犯贽棚程探怀渠臃太嘶嚯吖婺暌郦适芰庭衡遄维诙赢隳矧抢什洱絮竭土遽效熙跹岳夂殖噬美忖羡祓饷伴篪祭樊戒踱基皎圾蚂辶陆搁醋振胃世料轰儡恰投漪恼鏖熳颥他川歉镛尘措耄岫书面作业（教材书面作业（教材347-348）11.5、11.11、11、12胄檗谓揠鸩陶匹旯该剌壤魇谱嫘撖坜逊龆纷埘仆悔闹膏耆奇搅睾蝎住嘴怏理纱鋈酐词冯艹囱斜伫撬咨扃诉葸吻舐贡凝茇鳖彀拣崦庥廖札投嗣攫訇氢常熨概逝遮网惠诽词雹萆耗芄缙跃熄蓥娄初枫誊遣逸奶苗褛蔌庆挝蚪妨闻勤芫于负凶绔嵝庇睾耍偾绰煮坞砂檐鑫癃缶铂萍薨窃埕跞茫机坎心诒滢善躬右蓿死懿凤锥獐耜煸岸客兔堑燃
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