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1、闭环直流调速系统就是在开环直流调速系统的基础上增加了反馈比较环节，系统为了稳定输出，通常引入负反馈。,闭环调速系统的框图,闭环直流调速系统主要有两大类：单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统。,单闭环直流调速系统的分类,3-2 转速负反馈单闭环无静差直流调速系统,3-3 带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统,3-1 转速负反馈单闭环直流调速系统,3-4 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统,实训4 转速负反馈单闭环无静差直流调速 系统的接线与调试,实训5 直流调速柜电压负反馈单闭环直流 调速系统的调试与故障排除,实训3 转速负反馈单闭环直流调速系统的 接线与调试,3-1 转速负反馈单闭环直流调
2、速系统,1掌握单闭环直流调速系统的结构及各组成部分的作用。 2掌握单闭环直流调速系统的工作原理及系统的自动调节原理。,一、闭环系统的组成及各部分的作用 系统主要由晶闸管整流装置、直流电动机、转速检测环节、比较放大电路等组成。,转速负反馈直流调速系统电路图,1转速检测环节 检测转速的常用设备有测速发电机和旋转编码器。,转速检测设备 a) 直流测速发电机 b) 旋转编码器,2比较放大电路 比较放大电路采用的是由集成运算放大器构成的比例调节器（也称为P调节器）。 其输出信号与输入信号成比例关系：,P调节器的比例放大系数,比例调节器 a) 比例调节器原理图 b) 比例调节器输入输出特性曲线,调节器的输
3、出电压Uc为：,两个输入的比例调节器,比例调节器的特性测试,（1）实验器材 （2）实验步骤 （3）实验演示结论 比例调节器的输出电压与输入电压成正比，极性相反，增大反馈电阻的阻值，比例放大系数变大。,二、转速负反馈单闭环调速系统的工作原理 1电动机内部自动调节过程 此调节过程主要通过电动机内部电动势E的变化来进行调节； 调节过程是以转速的改变为前提，当负载发生变化时，通过转速的改变，使其达到新的稳定状态。,2转速负反馈自动调节过程,转速负反馈环节自动调节过程,转速负反馈调速系统的调节过程,结论： 转速负反馈自动调节过程依靠偏差电压 来进行调节； 这种系统是以存在偏差为前提的，反馈环节只是检测偏
4、差，减小偏差，而不能消除偏差，因此它是有静差调速系统； 经转速负反馈调整稳定后的转速将低于原来的转速。,当负载转矩减小时，闭环系统的自动调节过程又是怎样的？,三、闭环系统的性能分析 1转速负反馈直流调速系统静特性方程（即转速公式）,闭环系统静特性：,调速系统开环机械特性：,根据上面的分析，可以得到转速负反馈闭环直流调速系统的静态结构图。,转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图,2开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系 （1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多 在相同的负载扰动下，开环转速降 与闭环转速降 之间的关系是：,闭环系统静特性和开环机械特性的关系,（2）如果比较同一开环和闭环系统
5、，则闭环系统的静差率要小得多 如果使系统开环和闭环的理想空载转速相等（即 ），开环系统的静差率 与闭环系统的静差率 之间的关系是：,（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围 如果电动机的最高转速都是 ，而对最低速静差率的要求相同，那么开环系统的调速范围 与闭环系统的调速范围 之间的关系是：,（4）要获得以上三项优势，闭环系统必须设置放大器 通过设置比例调节器，调节Kp的大小，使得放大倍数K足够大。,【例3-1 】在例2-2 中，龙门刨床要求D=20，s 5%，已知Ks = 30，=0. 15 Vmin/ r，Ce =0. 2 Vmin/ r，应如何采用闭环系统满足此要求?,结论
6、： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，但须增设比较放大电路以及转速检测反馈装置。,3闭环系统的基本特性 （1）由比例调节器构成有静差调速系统，利用偏差进行控制和调节转速 （2）转速跟随给定变化，闭环系统能够抑制包围在负反馈环内的前向通道上的所有扰动 （3）闭环系统的精度受到给定和反馈检测环节精度的影响,闭环调速系统的给定作用和扰动作用,3-2 转速负反馈单闭环无静差直流调速系统,1掌握无静差直流调速系统的结构及PI调节器的作用。 2掌握无静差直流调速系统的工作原理及系统的自动调节原理。,一、积分调节器及其特点 1积分调节器,积分
7、调节器 a) 积分调节器原理图 b) 阶跃输入时的输出特性,由运算放大器可构成一个积分电路，其输出电压Uo与输入电压Ui的关系为：,称为积分时间常数,2转速积分控制的特点,积分调节器的输入输出特性 a) 阶跃输入 b) 负载变化时,3比例调节器与积分调节器的 特点比较,有静差调速系统突加负载过程,积分控制的无静差调速系统突加负载过程,二、比例积分（PI）调节器,比例积分调节器,可用运算放大器构成比例积分（PI）调节器，其电路如图所示，输入电压与输出电压的关系是：,PI调节器的输出电压由比例和积分两部分叠加而成，输入电压和输出电压极性相反。,比例积分调节器输入输出特性 a）阶跃输入时的输出特性
8、b）负载变化时的输出特性,三、转速负反馈无静差直流调速系统,转速负反馈无静差直流调速系统,稳态时，由于 ，即 ，故稳态时转速 。 当负载增大时，电动机的电磁转矩小于负载转矩，电动机的转速下降，转速检测反馈电压小于给定电压，使得Ui 0。,转速负反馈无静差直流调速系统自动调节过程,负载增加时系统的调节过程,用输出特性代替有静差调速系统中的放大系数Kp，表明是比例积分调节器，构成无静差调速系统。,无静差直流调速系统稳态结构图,无静差直流调速系统的静特性,3-3 带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统,1掌握电压负反馈直流调速系统的结构。 2掌握电流正反馈的补偿作用。,一、电压负反馈直流调速系统,电压
9、负反馈直流调速系统电路图,电压负反馈直流调速系统静态结构图,在电压负反馈系统中，通过改变给定电压Ug调节电动机的转速。当Ug增大时，其调节过程如下：,电压负反馈调速系统的调节过程,当负载减小时，电压负反馈调速系统的自动调节过程又是怎样的？,结论 电压负反馈调速系统的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差一些，一般只适用于调速范围D10，静差率s15%的场合。,二、带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统,带电流正反馈补偿的电压负反馈直流调速,带电流正反馈的电压负反馈调速系统的具体调节过程,带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统静态结构图,3-4 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统,1掌握电流截
10、止负反馈的电路结构及作用。 2掌握带电流截止负反馈的单闭环调速系统的结构及原理。,一、引入电流截止负反馈的原因 直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，可能会烧坏晶闸管元件和电动机，因而要设法加以限制。若采用电流负反馈，会使系统的机械特性变软。为此，可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超过某个允许值（称为阈值）时才起作用，这就是电流截止负反馈。,二、电流截止负反馈环节,电流截止负反馈环节 a) 利用独立直流电源作比较电压 b) 利用稳压管产生比较电压,带电流互感器的电流截止负反馈环节,三、带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统,带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统,1
11、电流截止负反馈的调节原理 当电枢电流Id小于临界截止电流Ijz时，电流截止负反馈不起作用。当电枢电流Id大于截止电流Ijz时，电流截止负反馈起调节作用，具体调节过程如下：,电流截止负反馈的调节过程,2带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的特点 （1）机械特性的这种两段式静特性常称为下垂特性或挖土机特性。 （2）Idm称为堵转电流。,电流截止负反馈的挖土机特性,3电流截止负反馈环节的参数设计 电动机的堵转电流Idm应小于电动机允许的最大电流，一般取Idm =（1.52）IN。从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，临界截止电流应大于电动机的额定电流，一般取Ijz（1.11.2）IN 。
12、,在主电路中，有时在整流电路的交流输入侧还串入快速熔断器，以防止电路发生短路。要求较高的场合，还增设过电流继电器，以防止电流截止负反馈环节故障时，把整流电路中的晶闸管元件烧坏。在参数整定时，要求：熔断器熔丝额定电流过电流继电器动作电流堵转电流 。,四、带电流截止负反馈的无静差直流调速系统实例,无静差直流调速系统示例,带电流截止负反馈的无静差直流调速系统的静特性,实训3 转速负反馈单闭环直流调速系统的接线与调试,一、实训目的 1. 熟悉转速负反馈单闭环直流调速系统的电路结构。 2. 熟练掌握转速负反馈单闭环直流调速系统的接线。 3. 掌握转速负反馈单闭环直流调速系统的调试方法。,二、实训内容 1
13、. 转速负反馈单闭环直流调速系统的主电路接线和控制电路接线。 2. 转速负反馈单闭环直流调速系统的通电调试。 3. 求取转速负反馈单闭环直流调速系统的工作机械特性。,三、实训器材,实训设备、工具及仪表清单,四、实训步骤 1. 转速负反馈单闭环直流调速系统的接线,转速负反馈单闭环直流调速系统实验原理图,（1）主电路接线,转速负反馈单闭环直流调速系统接线示意图,（2）控制电路接线 首先将给定电位器输出电压Ug接到速度调节器ASR 的输入端“2”，再将测速发电机检测的转速反馈电压信号经速度变换器接到速度调节器ASR 的输入端“1”，通过速度调节器ASR 的比较放大，将输出信号接至触发电路移相控制电压
14、Uct 端, 同时把速度调节器ASR 的“5” “6”点短接，构成比例调节器。,2. 通电调试 （1）触发电路的调试 （2）开环直流调速系统的调试 （3） 控制电路中各部件的调试 （4）转速负反馈有静差调速系统的调试,电压Ud、电流Id、转速n的数值变化表,调速系统机械特性曲线 a) 开环系统机械特性曲线 b) 单闭环有静差系统机械特性曲线,3. 将闭环机械特性与开环机械特性进行比较，得出结论 单闭环机械特性曲线比开环机械特性曲线下倾角度 （大、小），当负载发生变化时，转速波动相比开环时 你 （大、小）得多，说明转速负反馈起作用。当负载增加时，单闭环调速系统电动机的转速 （先减小后增大基本保持
15、不变、先减小后增大但仍有所降低、升高），说明此系统是 （有静差、无静差）调速系统。,实训4 转速负反馈单闭环无静差 直流调速系统的接线与调试,一、实训目的 1. 熟练掌握转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的接线。 2. 掌握转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的调试方法。,二、实训内容 1. 转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的接线。 2. 转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的通电调试。 3. 求取转速负反馈单闭环无静差直流调速系统的工作机械特性。 4. 与开环调速系统和单闭环有静差调速系统进行比较并得出结论。,三、实训器材,实训设备、工具及仪表清单,四、实训步骤 1. 无静差直流调速系统的接线
16、,无静差直流调速系统实验原理图,（1）主电路接线,转速负反馈单闭环直流调速系统接线示意图,（2）控制电路接线,转速负反馈单闭环无静差直流调速系统接线图,2. 通电调试 （1）触发电路的调试 （2）开环直流调速系统的调试 （3）控制电路中各部件的调试 （4）转速负反馈有静差调速系统的调试 （5）转速负反馈无静差调速系统的调试,电压Ud 、电流Id 、转速n的数值变化表,单闭环调速系统机械特性曲线 a) 单闭环有静差调速系统机械特性曲线 b) 单闭环无静差调速系统机械特性曲线,3. 与有静差单闭环调速系统的机械特性进行比较 无静差调速系统机械特性曲线 （接近为一条直线、下倾比较明显、上翘），当负载发生变化时，PI 调节器起调节作用，电动机的转速 （先减小后增加
