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1、第第八八章章 单闭环单闭环直流调速系统直流调速系统n n直流调速系统概述直流调速系统概述n n单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统n n单闭环直流调速系统实例分析单闭环直流调速系统实例分析8.1 直流调速系统概述直流调速系统概述一、什么是调速一、什么是调速n n电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件要根据工艺要求调
2、节其转速。比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行
3、。所以，我们就时要求电机高速运行。所以，我们就时要求电机高速运行。所以，我们就时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转将调节电动机转将调节电动机转将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速速，以适应生产要求的过程就称之为调速速，以适应生产要求的过程就称之为调速速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完；而用于完；而用于完；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。n n目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速目前调速系统分交流和直
4、流调速系统，由于直流调速目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着速系统几乎都采用了直流调
5、速系统。但近年来，随着速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作为一个延用了近百年的调速系
6、统，了解其基本的工作原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。二、调速控制系统的性能指标二、调速控制系统的性能指标在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统在前几章中我们学过，各种自动化生产机械或系统所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态所提出的性能指标一般都可以分成稳态指标和动态所提出的性能指标一般都可以分成稳态指
7、标和动态指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一指标。对于调速系统来说也不例外，只是它作为一个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确个特定的系统，其稳态和动态指标有着具体而明确定义。定义。定义。定义。n n稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳
8、内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳内进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速范围和静差率。就是调速系统的调速范围和静差率。就是调速系统的调速范围和静差率。就是调速系统的调速范围和静差率。n n动态
9、性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。动态性能指标：主要是平稳性和抗干扰能力。n n调速范围调速范围调速范围调速范围生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速n n n nmaxmaxmaxmax与最低转速与最低转速与最低转速与最低转速n n n nminminminmin之比称为调速范围，用之比称为调速范围，用之比称为调速范围，用之比称为调速范围，用D D D D表示。即：表示。即：
10、表示。即：表示。即：n n静差率（表征转速的稳定程度）静差率（表征转速的稳定程度）静差率（表征转速的稳定程度）静差率（表征转速的稳定程度）调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增加到规定负载时，所对应的转速降落加到规定负载时，所对应的转速降落加到规定负载时，所对应的转速降落加到规定负载时，所对应的转速降落n n n n与理想转速与理想转速与理想转速与理想转速n n n n0 0 0 0之比，用之比，用之比，用之比，用s s s s表示。即：表示
11、。即：表示。即：表示。即：n n两者之间的关系是：两者之间的关系是：两者之间的关系是：两者之间的关系是：他励直流电动机的转速公式：他励直流电动机的转速公式：式中：式中：U U为他励电动的电枢电压为他励电动的电枢电压 I I为电枢电流为电枢电流 E E为电枢电动势为电枢电动势 R R为电枢回路的总电阻为电枢回路的总电阻 n n为电机的转速为电机的转速 为励磁磁通为励磁磁通 C CE E为由电机结构决定的电动势系数为由电机结构决定的电动势系数他励直流电机的调速方案他励直流电机的调速方案（8-1） 由式（8-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速：n n（1 1）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压
12、U Un n（2 2）减弱励磁磁通减弱励磁磁通 n n（3 3）改变电枢回路电阻）改变电枢回路电阻R R调压调速调压调速n n工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = = N N ； 保持电阻保持电阻 R = RR = Ra an n调节过程：调节过程： 改变电压改变电压 U UN N U Un n ， n n0 0 n n调速特性：调速特性： 转速下降，机械特性转速下降，机械特性曲线平行下曲线平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线调阻调速调阻调速n n工作条件：工作条件： 保持励磁保持励磁 = =N N； 保持电压保持电压 U=UU=UN N ；n
13、n调节过程：调节过程： 增加电阻增加电阻 R Ra a R R n n ，n n0 0不变；不变；n n调速特性：调速特性： 转速下降，机械转速下降，机械特性特性曲线变软。（斜率较曲线变软。（斜率较大，特性较软）大，特性较软）nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线调磁调速调磁调速n n工作条件：工作条件： 保持电压保持电压 U =UU =UN N ； 保持电阻保持电阻 R = RR = Ra ；n n调节过程：调节过程： 减小励磁减小励磁 N N n n ， n n0 0 n n调速特性：调速特性： 转速上升，机械特性转速上升，机械特性曲线变软。曲线变软。nn0
14、OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3调压调速特性曲线三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。用晶闸管触发整流用晶闸管触发整流整流电路实现电枢整流电路实现电枢电压可调，从而达电压可调，从而达到改变电机转速的到改变电机转速的目的。目的。这就是所谓的电这就是所谓的电源源电动机调速电动机调速系统（系统（VM）系统，它属于开系统，它属于开环系统。环系统。而由已知
15、条件并设系统电流连续，则其额定转速下而由已知条件并设系统电流连续，则其额定转速下的转速降为：的转速降为：例：某电源例：某电源电动机直流调速系统，已知电机的额定电动机直流调速系统，已知电机的额定转速为转速为n=1000r/minn=1000r/min，额定电流，额定电流I IN N=305A=305A，主回路电阻，主回路电阻R=0.18R=0.18，CeCeN N=0.2=0.2，若要求电动机调速范围若要求电动机调速范围D=20D=20，s sn n5%5%，则该调速系统是否能满足要求？则该调速系统是否能满足要求？解：如果要满足解：如果要满足D=20D=20，Sn5%Sn5%的要求，则其在额定条
16、件的要求，则其在额定条件下的转速降为：下的转速降为：由此例不难发现，象这样的电源由此例不难发现，象这样的电源电动机所组成的电动机所组成的开环调速系统，是没有能力完成其调速指标的。要把开环调速系统，是没有能力完成其调速指标的。要把额定负载下的转速降从开环系统中的额定负载下的转速降从开环系统中的274.5274.5降低到满降低到满足要求的足要求的2.632.63就必须采用负反馈，这也就构成了我们就必须采用负反馈，这也就构成了我们所谓的闭环直流调速系统所谓的闭环直流调速系统转速负反馈直流调速。转速负反馈直流调速。而静差率为：而静差率为： 开环系统存在的问题开环系统存在的问题n n 开环系统只适用用于
17、对调速精度要求不高的开环系统只适用用于对调速精度要求不高的场合，但许多需要无级调速的生产机械为了场合，但许多需要无级调速的生产机械为了保证加工精度，常常对调速精度提出一定的保证加工精度，常常对调速精度提出一定的要求，这时，开环调速已不能满足要求。要求，这时，开环调速已不能满足要求。n n解决思路：解决思路：n n引入反馈控制思想（提出闭环的必要性）引入反馈控制思想（提出闭环的必要性）n n反馈的手段反馈的手段闭环系统的设计思路闭环系统的设计思路开环系统结构框图开环系统结构框图闭环系统结构框图闭环系统结构框图8.2 8.2 单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统 （一）（一） 系统组成系统组成（
18、二）闭环系统的静特性方程假定：假定：假定：假定： 1 1 1 1）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工的输入输出关系都是线性的，或者只取其线性工作段。作段。作段。作段。 2 2 2 2）忽略控制电源和电位器的内阻）忽略控制电源和电位器的内阻）忽略控制电源和电位器的内阻）忽略控制电源和电位器的内阻开环机械特性：开环机械特性：开环开环机械机械特性特性曲线曲线闭环
19、静特性方程：闭环静特性方程：转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下： 比较环节比较环节 放大器放大器 触发和整流装置触发和整流装置 电机端电压方程电机端电压方程测速反馈环节测速反馈环节 电动机环节电动机环节 从上述六个关系式中消去中间变量，整理后，从上述六个关系式中消去中间变量，整理后，从上述六个关系式中消去中间变量，整理后，从上述六个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程即得转速负
20、反馈闭环直流调速系统的静特性方程即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式式式式 n 静特性方程静特性方程式中式中K K为闭环系统的开环放大系数（增益）为闭环系统的开环放大系数（增益）n 闭环系统的稳态结构框图只考虑给定作用只考虑给定作用 时的时的闭环系统闭环系统只考虑扰动作用只考虑扰动作用- -I Id dR R时时的闭环系统的闭环系统U*nKpKs 1/CeUcUn n Ud0Un+-+KpKs 1/Ce-IdR nUd0+-E利用叠加原理得利用叠加原理得n n注意注意 闭环调速系统的静特性表示闭环闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）系统电动机转速与负载电流（或
21、转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为故定名为“静特性静特性”，以示区别，以示区别。Id闭环静特性闭环静特性n开环机械特性开环机械特性0Id1Id3Id2Id4OABCADUd4Ud3Ud2Ud1闭环加载闭环加载开环加载开环加载（三）开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系系统的开环机械特性为系统的开环机械特性为系统的开环机械特性为系统的开环机械特性为 而闭环时的静特性可写成而闭环时的静特性可写成 （1 1）闭环系统速降小）闭环系统速降小, ,静特静特性硬性硬 它们的关系是 在同样的负载扰
22、动下，在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为两者的转速降落分别为（2）系统的静差率小系统的静差率小, ,稳速稳速精度高精度高 开环和闭环系统的静差开环和闭环系统的静差率分别为率分别为（3 3）当要求的静差率一定）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高时，闭环系统可以大大提高调速范围。调速范围。则得则得（4）要取得上述三项优势，闭要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。环系统必须设置放大器。 上述三项优点若要有效，上述三项优点若要有效，都取决于一点，即都取决于一点，即 K K 要足够大，要足够大，因此必须设置放大器。因此必须设置放大器。如果电动机的最高转速都是如果电动机的最高转速都是
23、，而对最低速静差率的要求相，而对最低速静差率的要求相同，那么：同，那么：n n结论：结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系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，为此差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。及检测与反馈装置。 降低速降的实质是什么降低速降的实质是什么? ?转速单闭环调速系统结构图转速单闭环调速系统结构图系统调节过程0闭环静特性闭环静特性开环机械特性开环机械特性0Id1Id3Id2Id4OABCAD
24、Ud4Ud3Ud2Ud1n 闭闭环环系系统统能能够够减减少少稳稳态态速速降降的的实实质质在在于于它它的的自自动动调调节节作作用用，在在于于它它能能随随着着负负载载的的变变化化而而相相应应地地改改变变电电枢枢电电压压，以以补补偿偿电电枢回路电阻压降枢回路电阻压降。 闭环系统减小速降的物理意义闭环系统减小速降的物理意义n n在上例中，龙门刨床要求在上例中，龙门刨床要求在上例中，龙门刨床要求在上例中，龙门刨床要求, , D D = 20 = 20，s s 5%5%，n n 已知已知已知已知 K Ks = 30s = 30， = 0.015Vmin/r= 0.015Vmin/r， C Ce e = =
25、 0.2Vmin/r,0.2Vmin/r,采用闭环系统采用闭环系统采用闭环系统采用闭环系统, ,如何设计放大器以如何设计放大器以如何设计放大器以如何设计放大器以满足此要求？满足此要求？满足此要求？满足此要求？ 例题例题思路思路思路思路:根据根据n n解解解解 在上例中已经求得在上例中已经求得在上例中已经求得在上例中已经求得 n nopop = 275 r/min = 275 r/min 但为了满足调速要求，但为了满足调速要求，但为了满足调速要求，但为了满足调速要求， 须有须有须有须有 n ncl cl = 2.63 r/min = 2.63 r/minn n根据根据根据根据n n可得可得可得可
26、得 即只要放大器的放大即只要放大器的放大系数等于或大于系数等于或大于46，闭环系统就能满足所需闭环系统就能满足所需的稳态性指标。的稳态性指标。又根据又根据（1）具有比例调节器的闭环系统是有静差有静差与无静差的概念有静差与无静差的概念有静差与无静差的概念有静差与无静差的概念因为闭环系统的稳态速降为因为闭环系统的稳态速降为因为闭环系统的稳态速降为因为闭环系统的稳态速降为 （四)单闭环调速系统基本性质（2 2）抵抗扰动）抵抗扰动, , 服从给定服从给定扰动扰动除给定信号外，作用在控制系统各环节上的除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做一切会引起输出量变化的因素都叫做“
27、扰动作用扰动作用”。只有只有 K = K = ，才能使，才能使 nclncl = 0= 0，无静差。，无静差。而而K K , ,有静差调速系统。有静差调速系统。n 扰动作用与影响闭环调速系统的给定作用和扰动作用 励磁变化励磁变化Id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KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- R Us Ud0 n Un Un Uc Ud0 nn 给定作用 与与众众不不同同的的是是，在在反反馈馈环环外外的的给给定定作作用用，图图中中的的转转速速给给定定信信号号，它它的的细细微微变变化化都都会会使使被被调调量量随随之之变变化化，丝丝毫毫不不受受
28、反反馈馈作作用用的的抑制。抑制。 因此，反馈控制系统对前向通道因此，反馈控制系统对前向通道上的所有扰动都能起抑制作用。上的所有扰动都能起抑制作用。（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度n n给定精度给定精度给定精度给定精度由于给定决定系统输出，输出精度由于给定决定系统输出，输出精度由于给定决定系统输出，输出精度由于给定决定系统输出，输出精度自然取决于给定精度。因此，高精度的调速系统自然取决于给定精度。因此，高精度的调速系统自然取决于给定精度。因此，高精度的调速系统自然取决于给定精度。因此，高精度的调速系统必须有更高精度的给定稳压电源。必须有更高精度的给定稳压电源。必须有更高精度的给定稳压电源
29、。必须有更高精度的给定稳压电源。n n检测精度检测精度检测精度检测精度反馈检测装置的误差也是反馈控制反馈检测装置的误差也是反馈控制反馈检测装置的误差也是反馈控制反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的，因此检测精度决定了系统输出系统无法克服的，因此检测精度决定了系统输出系统无法克服的，因此检测精度决定了系统输出系统无法克服的，因此检测精度决定了系统输出精度。精度。精度。精度。n n检测装置好似我们的眼睛，测量的尺子检测装置好似我们的眼睛，测量的尺子检测装置好似我们的眼睛，测量的尺子检测装置好似我们的眼睛，测量的尺子n 结论 反馈控制系统的规律是：一方面能反馈控制系统的规律是：一方面能够有效
30、地抑制一切被包在负反馈环内前够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。何变化都是唯命是从的。电流截止负反馈电流截止负反馈n n问题的提出（一）：问题的提出（一）：问题的提出（一）：问题的提出（一）： 根据直流电动机电枢回路的平衡方程式可知，电枢电流根据直流电动机电枢回路的平衡方程式可知，电枢电流根据直流电动机电枢回路的平衡方程式可知，电枢电流根据直流电动机电枢回路的平衡方程式可知，电枢电流I I I Id d d d为：为：为：为： 当电机起动时
31、，由于存在机械惯性，所以不可能立即转当电机起动时，由于存在机械惯性，所以不可能立即转当电机起动时，由于存在机械惯性，所以不可能立即转当电机起动时，由于存在机械惯性，所以不可能立即转动起来，即动起来，即动起来，即动起来，即n=0n=0n=0n=0，则其反电动势，则其反电动势，则其反电动势，则其反电动势E=0E=0E=0E=0。这时起动电流为：。这时起动电流为：。这时起动电流为：。这时起动电流为： 它只与电枢电压它只与电枢电压它只与电枢电压它只与电枢电压U U U Ud d d d和电枢电阻和电枢电阻和电枢电阻和电枢电阻RaRaRaRa有关。由于电枢电阻很有关。由于电枢电阻很有关。由于电枢电阻很有
32、关。由于电枢电阻很小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在电压可调的场合则采用降压起动电压可调的场合则采用降压起动电压可调的场合则采用降压起动电压可调的场合则采用降压起动在调速系统中如何在调速系统中如何在调速系统中如何在调速系统中如何处理。处理。处理。处理
33、。n n另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况。例如由另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况。例如由另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况。例如由另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况。例如由于故障造成机械轴被卡住，或挖土机工作时遇到坚硬的石头于故障造成机械轴被卡住，或挖土机工作时遇到坚硬的石头于故障造成机械轴被卡住，或挖土机工作时遇到坚硬的石头于故障造成机械轴被卡住，或挖土机工作时遇到坚硬的石头等。在这此情况下，由于闭环系统的机械特性很硬，若没有等。在这此情况下，由于闭环系统的机械特性很硬，若没有等。在这此情况下，由于闭环系统的机械特性很硬，若没有等。在这此情况下，由
34、于闭环系统的机械特性很硬，若没有限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只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有在电流超过某个允许值( (称为阈值称为阈值) )时才起作用，时才起作用，这就是电流截止负反馈。这就是电流截止负反馈。 电流截止负反馈的作用电流截止负反馈的作用电流截止负反馈环节的组成工作原理电流截止负反馈环节的组成工作原理当当I Id d较小较小, ,即即I Id dR Rc cUUo
35、o时，则二极管时，则二极管VDVD截止，电流截止负截止，电流截止负反馈不起作用。反馈不起作用。挖土机特性挖土机特性额定电流时堵转电流时的实际特性堵转电流时理想特性Idn当当I Id d较大，即较大，即I Id dR Rc cUU0 0时，则二极管时，则二极管VDVD导通，电流截止负导通，电流截止负反馈起作用，反馈起作用，UU减小，减小，U Ud d下降，下降，I Id d下降到允许最电流。下降到允许最电流。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单闭环直流调速系统带电流截止负反馈的单闭环直流带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的框图调速系统的框图Us（S）N（S）- -+K p+
36、T(s),负载变化+电流载止- -UfnUfi由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。在如图所示的调速系统中，已知负载变化为：在如图所示的调速系统中，已知负载变化为：求：负载变化所产生的转速降。求：负载变化所产生的转速降。 若此时系统的给定量为：若此时系统的给定量为： ，此时系统的稳，此时系统的稳 态输出态输出n nN N。 该系统是否能满足该系统是否能满足5%5%的静差率。的静差率。Un（S）N（S）- -+5+T(s),负载变化+G1G2G3解：由于负载变化量是扰动量，所以其扰动量的解：由于负载变化量是扰动量，所以其扰动量的误误差传递函数差传递函数为：为：故
37、系统拢动量的故系统拢动量的误差函数误差函数：当已知系统拢动量为：当已知系统拢动量为：由终值定理可求得该系统在负载变化量由终值定理可求得该系统在负载变化量T T（s s）作用）作用下的稳态误差为：下的稳态误差为：由于负载变化呈下降趋势，所以系统在负载作用下由于负载变化呈下降趋势，所以系统在负载作用下的工作转速下降了的工作转速下降了10r/min10r/min若此时系统的给定量：若此时系统的给定量： ，则由系统闭环传，则由系统闭环传递函数的概念，可得：递函数的概念，可得：故在给定作用下，系统的稳态输出转速可由终值定理求故在给定作用下，系统的稳态输出转速可由终值定理求得：得：由静差率定义可得：由静差
38、率定义可得：由此可见该闭环系统是可以满足由此可见该闭环系统是可以满足5%5%的静差率的稳的静差率的稳态指标的。态指标的。8.3 8.3 单闭环直流单闭环直流调速系统调速系统实例分析实例分析KKZ ZD D- -型型型型直流调速系统KZD-KZD-型直流调速系统分析型直流调速系统分析 此为小容量晶闸管直流调速装置，适用于此为小容量晶闸管直流调速装置，适用于4kW4kW以下以下直流电动机无级调速。系统的主回路采用单相桥式半直流电动机无级调速。系统的主回路采用单相桥式半控整流线路。具有电流截止负反馈、电压负反馈和电控整流线路。具有电流截止负反馈、电压负反馈和电流正反馈（电动势负反馈）。具体数据如下：流正反馈（电动势负反馈）。具体数据如下：交流电源电压交流电源电压 单相单相220V220V整流输出电压整流输出电压 直流直流180V180V最大输出电流最大输出电流 直流直流30A30A励磁电压励磁电压 单相单相180V180V励磁电流励磁电流 直流直流1A1A调速范围调速范围 直流直流180V180V静差率静差率 s10%s10%主电路及励磁回路主电路及励磁回路平波电抗器平波电抗器LdLdR9R9为能耗制动电阻为能耗制动电阻 Ud（S）N（S）电动机整流滤波给定、触发及反馈电路给定、触发及反馈电路KZD-KZD-型直流调速系统的组成框图及调节过程型直流调速系统的组成框图及调节过程
