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第5章 电力拖动调速系统 5.1 机床的速度调节 2 转速负反馈自动调速系统 3电压负反馈和电流正反馈调速系统 5.2 直流电动机双闭环调速系统 5.5 直流电机可逆调速系统 5.6 直流电动机的脉宽调制调速系统 5.7 直流调速的应用 由晶闸管整流装置内阻Rr引起的静态速度降 由电枢电阻Ra引起的静态速度降 电压反馈回路增益 ⑵电流正反馈调速系统静特性 图21 带电流正反馈的电压负反馈调速系统的静态电路结构 静态转速方程： 电流正反馈补偿的静态速度降 ⑶ 全补偿系数 β0 只要选择合适的电流反馈系数β，便能够在一定的条件下实现全补偿，即Δn3―Δn1―Δn2＝0 。此时的β为全补偿系数 β0 。 由于全补偿系数β0受制于Rr与Ra，当温度变化时，β0并不是恒定的常数。而电流反馈系数β由电路的结构决定，不能实现时实调节。当β＞β0时，称为过补偿，控制系统处于不稳定运行状态。当β＜β0时，称为欠补偿，存在静态转速降（Δn的值较小），控制系统处于稳定状态。 一、各环节传递函数的系数 ⑴ 放大器的比例放大系数Kn ⑶ 速度反馈系数α ⑷直流电动机静态时输入输出关系 式中： 直流电机电势常数。 ⑵ 触发装置与晶闸管整流装置的电压放大系数KV 二、直流单闭环调速系统静态特性 ⑴静态结构图 静态结构图，如图5.2所示。利用叠加原理将给定电压和扰动分别单独作用，求得相应的输出量再进行叠加，从而求出静态方程。 图5.2 直流调速系统静态结构 ⑵ 给定电压Ugn单独作用下的转速n1 图5.5 Ugn单独作用下的静态结构 速度闭环控制系统理想空载转速 为速度闭环控制系统的开环放大系数，即速度反馈回路增益。 ⑵ 给定电压Ugn单独作用下的转速n1 ⑶ -IdR∑单独作用下的转速n2 -IdR∑单独作用下的静态结构图如图5.6所示。 图5.6 -IdR∑单独作用下的静态结构 ， 速度闭环控制系统的静态速度降 ⑶ -IdR∑单独作用下的转速n2 ⑷给定电压Ugn和-IdR∑共同作用下的转速n （5.10） 三、直流调速系统开环静态特性 在图5.2中，断开速度反馈回路，即α＝0，通过公式5.10可以导出开环时的机械特性。 开环系统理想空载转速 开环系统的静态转速降 四、直流调速系统开环与闭环静特性比较 闭环静特性硬。在相同的负载扰动的情况下，两者的速度降之比为 （1＋K） 。 闭环系统静差率小 。当开环系统和闭环系统的空载转速相同时，两者的静差率之比为 （1＋K） 。 闭环系统调速范围大 。当闭环与开环静差率一定时，两者的调速范围之比为 （1＋K） 。 2.3直流调速系统的动态特性 一、直流调速系统的动态结构 ⑴他励直流电动机的传递函数 他励直流电动机的基本方程组 图5.7 他励直流电动机精确模型传递函数框图 综合考虑了机电与电磁的过渡过程，因而相应的动态结构图是一个带反馈的闭环二阶系统。 转速与电枢电压之间的传递函数为： 转速与负载转矩之间的传递函数为： 电枢电压与电枢电流之间的传递函数为： ⑵ 晶闸管触发与整流装置的传动函数 ⑶测速反馈回路的传递函数 测速回路采用电阻分压取样电路： 在测速反馈回路加入滤波环节时： ⑷ 速度比例控制器的传递函数 速度负反馈调速系统的动态结构图 图5.8 速度负反馈调速系统的动态结构图 二、系统稳定性分析 ⑴速度负反馈闭环调速系统的传递函数 速度闭环调速系统的特征方程为： 控制系统稳定的条件为： K超过此值，系统将会不稳定。 在设计的过程中，首先按照静态调速指标确定K的值，然后按照动态稳定性进行校验。如果两者发生冲突，只能采取动态校正实施改造。 （5.30） 2.4速度闭环调速系统的基本特性 ⑴速度调节器采用比例调节器时控制系统有静差 ⑵控制系统绝对服从给定输入 ⑶抗扰动的能力差 2.5带电流截止负反馈的单闭环调速系统 ⑴采用电流截止负反馈的目的 解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，从而保护整流装置。 ⑵电流截止负反馈环节 电流截止负反馈环节如图5.9所示。系统中引入截止环节，它由电流信号检测与电压比较两部分构成。 图5.9 截流负反馈环节 图5.11 带电流截止负反馈的单闭环调速系统的静态结构 在电流负反馈的作用下，转速方程式为： 截流反馈环节投入时对应的理想空载转速 截流反馈环节投入时对应的转速降 带截流环节的单闭环调速系统比较好地解决了负载限流问题，但对于起动过程而言，它所能维持最大电流的时间有限（与电枢回路时间常数有关）