1、第第7 7章章 直流調(diào)速控制系統(tǒng)直流調(diào)速控制系統(tǒng)7.1 7.1 機(jī)床的速度調(diào)節(jié)機(jī)床的速度調(diào)節(jié)7.2 7.2 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng) 7.3 7.3 電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)7.4 7.4 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 7.5 7.5 直流電機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng) 7.6 7.6 直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng) 7.7 7.7 直流調(diào)速的應(yīng)用直流調(diào)速的應(yīng)用 7.1 7.1 機(jī)床的速度調(diào)節(jié)機(jī)床的速度調(diào)節(jié)7.1.1 現(xiàn)代機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)代機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)7.1.2 現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)現(xiàn)代機(jī)床控

2、制技術(shù)7.1.3 直流調(diào)速簡(jiǎn)介直流調(diào)速簡(jiǎn)介7.1.4 直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì) 調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)代機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的重要組調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)代機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的重要組成部分。成部分。 機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)主要有直流拖動(dòng)系統(tǒng)與交流拖機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)主要有直流拖動(dòng)系統(tǒng)與交流拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類，采用直流電動(dòng)機(jī)的稱之為直流動(dòng)系統(tǒng)兩大類，采用直流電動(dòng)機(jī)的稱之為直流拖動(dòng)系統(tǒng)。拖動(dòng)系統(tǒng)。 本章要求在了解自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成和調(diào)速本章要求在了解自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成和調(diào)速性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，掌握掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)，各種反饋環(huán)節(jié)的作用及特點(diǎn)；基本環(huán)節(jié)，各種反饋環(huán)節(jié)的作用及特點(diǎn)；掌握掌握

3、常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)與適用場(chǎng)所常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)與適用場(chǎng)所，正確選擇和使用直流調(diào)速控制系統(tǒng)正確選擇和使用直流調(diào)速控制系統(tǒng)。7.1.1 現(xiàn)代機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)代機(jī)床調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)的分類機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)的分類* 按照調(diào)速裝置的主體，分為機(jī)械調(diào)速與電氣調(diào)按照調(diào)速裝置的主體，分為機(jī)械調(diào)速與電氣調(diào)速；速；* 按照速度是否連續(xù)可調(diào)，分為有級(jí)調(diào)速與無級(jí)按照速度是否連續(xù)可調(diào)，分為有級(jí)調(diào)速與無級(jí)調(diào)速；調(diào)速；* 按照電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的類型，分為直流調(diào)速與交按照電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的類型，分為直流調(diào)速與交流調(diào)速等等。流調(diào)速等等。 機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 在機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)一般采用不調(diào)在

4、機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)一般采用不調(diào)速的籠型異步電動(dòng)機(jī)，通過改變齒輪箱的變速比速的籠型異步電動(dòng)機(jī)，通過改變齒輪箱的變速比來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩是通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。負(fù)載轉(zhuǎn)矩是通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳到電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩只是負(fù)載轉(zhuǎn)矩傳到電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩只是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)比的數(shù)倍，因此可以選擇轉(zhuǎn)矩較小的交流的傳動(dòng)比的數(shù)倍，因此可以選擇轉(zhuǎn)矩較小的交流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)。 該調(diào)速方式使機(jī)械系統(tǒng)變得復(fù)雜，影響了機(jī)床該調(diào)速方式使機(jī)械系統(tǒng)變得復(fù)雜，影響了機(jī)床的加工精度。的加工精度。 在普通的車床、鉆床、銑床等加工精度要求不在普通的車床、鉆床、銑床等加工精度要求不高的場(chǎng)合，一般采用此類

5、調(diào)速系統(tǒng)。高的場(chǎng)合，一般采用此類調(diào)速系統(tǒng)。電氣電氣機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械有級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 用多速鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)代替不能調(diào)速的鼠籠用多速鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)代替不能調(diào)速的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，以便簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。式異步電動(dòng)機(jī)，以便簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 多速電動(dòng)機(jī)一般采用雙速電動(dòng)機(jī)，少數(shù)機(jī)床采多速電動(dòng)機(jī)一般采用雙速電動(dòng)機(jī)，少數(shù)機(jī)床采用三速、四速電動(dòng)機(jī)。用三速、四速電動(dòng)機(jī)。 中小型鏜床的主拖動(dòng)系統(tǒng)多采用雙速異步電動(dòng)中小型鏜床的主拖動(dòng)系統(tǒng)多采用雙速異步電動(dòng)機(jī)。機(jī)。交直流無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)交直流無級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 通過改變電樞電壓（或激磁電流）直接改變電通過改變電樞電壓（或激磁電流）直接改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速

6、的無級(jí)調(diào)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)節(jié)的拖動(dòng)系統(tǒng)。節(jié)的拖動(dòng)系統(tǒng)。 該調(diào)速系統(tǒng)滿足機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均有該調(diào)速系統(tǒng)滿足機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均有調(diào)速要求的場(chǎng)合，具有調(diào)速范圍寬、實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)調(diào)速要求的場(chǎng)合，具有調(diào)速范圍寬、實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速、調(diào)速精度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，還可能取消速、調(diào)速精度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，還可能取消或大大簡(jiǎn)化電動(dòng)機(jī)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件之間的齒輪變或大大簡(jiǎn)化電動(dòng)機(jī)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件之間的齒輪變速箱，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)速箱，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)床的主拖動(dòng)和進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)中。床的主拖動(dòng)和進(jìn)給拖動(dòng)系統(tǒng)中。 7.1.2 現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)控

7、制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類按照有無反饋測(cè)量裝置，控制系統(tǒng)可以分為開按照有無反饋測(cè)量裝置，控制系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。按照閉環(huán)控制系統(tǒng)中控制器結(jié)構(gòu)，可以分為串按照閉環(huán)控制系統(tǒng)中控制器結(jié)構(gòu)，可以分為串聯(lián)的反饋控制系統(tǒng)、串并聯(lián)反饋控制系統(tǒng)以及復(fù)聯(lián)的反饋控制系統(tǒng)、串并聯(lián)反饋控制系統(tǒng)以及復(fù)合控制系統(tǒng)等。合控制系統(tǒng)等。按照信號(hào)處理技術(shù)，可以分為模擬控制系統(tǒng)和按照信號(hào)處理技術(shù)，可以分為模擬控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是沒有輸出反饋的一類控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易維開環(huán)控制系統(tǒng)的

8、主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易維修以及價(jià)格便宜。主要缺點(diǎn)是精度低，對(duì)環(huán)境變修以及價(jià)格便宜。主要缺點(diǎn)是精度低，對(duì)環(huán)境變化和干擾十分敏感?；透蓴_十分敏感。 閉環(huán)控制系統(tǒng)亦稱為反饋控制系統(tǒng)，采用反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)亦稱為反饋控制系統(tǒng)，采用反饋原理將系統(tǒng)輸出的全部或部分被負(fù)反饋到輸入端。原理將系統(tǒng)輸出的全部或部分被負(fù)反饋到輸入端。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，具有精度高，閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，具有精度高，動(dòng)態(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)等等優(yōu)點(diǎn)。它的主要?jiǎng)討B(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)等等優(yōu)點(diǎn)。它的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、價(jià)格比較昂貴等。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、價(jià)格比較昂貴等。由可編程序控制器（簡(jiǎn)稱由可編程序控制器

9、（簡(jiǎn)稱PLC）為核心的控制系）為核心的控制系統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為PLC的控制系統(tǒng)，采用微處理機(jī)作為控制的控制系統(tǒng)，采用微處理機(jī)作為控制器的控制系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)（或微機(jī)）控制系統(tǒng)。器的控制系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)（或微機(jī)）控制系統(tǒng)。幾種常見控制系統(tǒng)的比較幾種常見控制系統(tǒng)的比較PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) PLC 、繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制的比較、繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制的比較功能功能用程序可以實(shí)現(xiàn)各種用程序可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制復(fù)雜控制用大量繼電器布線用大量繼電器布線邏輯實(shí)現(xiàn)順序控制邏輯實(shí)現(xiàn)順序控制用程序可以實(shí)現(xiàn)用程序可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制、各種復(fù)雜控制、功能最

10、強(qiáng)功能最強(qiáng)改變控改變控制內(nèi)容制內(nèi)容修改程序較簡(jiǎn)單修改程序較簡(jiǎn)單改變硬件接線邏輯、改變硬件接線邏輯、工作量大工作量大修改程序、技術(shù)修改程序、技術(shù)難度較大難度較大可靠性可靠性 平均無故障工作時(shí)間平均無故障工作時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)受機(jī)械觸點(diǎn)壽命限受機(jī)械觸點(diǎn)壽命限制制一般比一般比PLC差差工作工作方式方式順序掃描順序掃描順序控制順序控制中斷處理、響應(yīng)中斷處理、響應(yīng)最快最快接口接口直接與生產(chǎn)設(shè)備連接直接與生產(chǎn)設(shè)備連接 直接與生產(chǎn)設(shè)備連直接與生產(chǎn)設(shè)備連接接要設(shè)計(jì)專門的接要設(shè)計(jì)專門的接口口環(huán)境適環(huán)境適應(yīng)性應(yīng)性可適應(yīng)一般工業(yè)生產(chǎn)可適應(yīng)一般工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境環(huán)境差，會(huì)降低可環(huán)境差，會(huì)降低可靠性和壽命靠性和壽命要求有較

11、好的環(huán)要求有較好的環(huán)境境PLC 、繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制的比較、繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制的比較抗干抗干擾性擾性一般不用專門考慮一般不用專門考慮抗干擾問題抗干擾問題能抗一般電磁干擾能抗一般電磁干擾要專門設(shè)計(jì)抗干擾要專門設(shè)計(jì)抗干擾措施，否則易受干措施，否則易受干擾擾維護(hù)維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)檢查、維修方現(xiàn)場(chǎng)檢查、維修方便便定期更換繼電器，定期更換繼電器，維修費(fèi)時(shí)維修費(fèi)時(shí)技術(shù)難度較高技術(shù)難度較高系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)設(shè)計(jì)容易、安裝方設(shè)計(jì)容易、安裝方便、調(diào)試周期短便、調(diào)試周期短圖樣多、安裝接線圖樣多、安裝接線工作量大、調(diào)試周工作量大、調(diào)試周期長(zhǎng)期長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜、系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜、調(diào)試難度大、需專調(diào)試難度大、需專門計(jì)算機(jī)

12、知識(shí)門計(jì)算機(jī)知識(shí)通用通用性性較好，適應(yīng)面廣較好，適應(yīng)面廣一般是專用一般是專用要進(jìn)行軟硬件改造要進(jìn)行軟硬件改造才能作其他用才能作其他用硬件硬件成本成本比微機(jī)系統(tǒng)高比微機(jī)系統(tǒng)高少于少于30個(gè)繼電器的個(gè)繼電器的系統(tǒng)成本低系統(tǒng)成本低一般比一般比PLC低低計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，又稱為床，又稱為“直接數(shù)控系統(tǒng)直接數(shù)控系統(tǒng)”。 柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由一中心計(jì)算機(jī)控制）是由一中心計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工自動(dòng)線，上世紀(jì)的機(jī)械加工自動(dòng)線，上世紀(jì)90年代后，逐步取代年代后，逐步取代“直接數(shù)控系統(tǒng)直接

13、數(shù)控系統(tǒng)” 。 柔性制造系統(tǒng)加上計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)柔性制造系統(tǒng)加上計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助制造機(jī)輔助制造CAM、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量檢測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量檢測(cè)CAQ及計(jì)算及計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)，將構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)機(jī)信息管理系統(tǒng)，將構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS，它是當(dāng)前機(jī)械加工自動(dòng)化發(fā)展的最高形式。它是當(dāng)前機(jī)械加工自動(dòng)化發(fā)展的最高形式。7.1.3 直流調(diào)速簡(jiǎn)介直流調(diào)速簡(jiǎn)介 直流調(diào)速的方法直流調(diào)速的方法降壓調(diào)速降壓調(diào)速變阻調(diào)速變阻調(diào)速弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速調(diào)壓調(diào)磁調(diào)速調(diào)壓調(diào)磁調(diào)速TCCRCUn2Tee 直流調(diào)速的主要性能指標(biāo)直流調(diào)速的主要性能指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)主要有靜差、靜差率、調(diào)速范穩(wěn)態(tài)性能指

14、標(biāo)主要有靜差、靜差率、調(diào)速范圍等等；圍等等；動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)主要有隨動(dòng)性能指標(biāo)、抗干擾動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)主要有隨動(dòng)性能指標(biāo)、抗干擾性能指標(biāo)等。性能指標(biāo)等。 靜差、靜差率靜差、靜差率 靜差靜差n ，是指理想空載轉(zhuǎn)速，是指理想空載轉(zhuǎn)速no與額定負(fù)載與額定負(fù)載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nN之間的差值。之間的差值。 nnonN 靜差、靜差率靜差、靜差率 靜差率靜差率S是指靜差與理想空載轉(zhuǎn)速的比值，是指靜差與理想空載轉(zhuǎn)速的比值，它反映了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定程度。它反映了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定程度。 %1000ooNnnnnns 圖圖7.1 不同轉(zhuǎn)速下的靜差、靜差率不同轉(zhuǎn)速下的靜差、靜差率s注意：注意：機(jī)械特性硬度與靜差率的區(qū)別，同一機(jī)械特機(jī)械特

15、性硬度與靜差率的區(qū)別，同一機(jī)械特性，在不同轉(zhuǎn)速下靜差性，在不同轉(zhuǎn)速下靜差n可以是相同的，而靜差可以是相同的，而靜差率卻不相同，如圖率卻不相同，如圖7.1所示所示 。 調(diào)速時(shí)要求靜差率小于規(guī)定的數(shù)值，靜差率調(diào)速時(shí)要求靜差率小于規(guī)定的數(shù)值，靜差率S過大，過大，將導(dǎo)致被加工工件表面質(zhì)量降低。在實(shí)際應(yīng)用過程中將導(dǎo)致被加工工件表面質(zhì)量降低。在實(shí)際應(yīng)用過程中必須用最小允許轉(zhuǎn)速來校驗(yàn)靜差率。在采用電樞回路必須用最小允許轉(zhuǎn)速來校驗(yàn)靜差率。在采用電樞回路降壓調(diào)速時(shí)，為了保證靜差率不超過規(guī)定的指標(biāo)，轉(zhuǎn)降壓調(diào)速時(shí)，為了保證靜差率不超過規(guī)定的指標(biāo)，轉(zhuǎn)速不能調(diào)得過低。速不能調(diào)得過低。 在弱磁調(diào)速時(shí)，靜差率可能變化。如果

16、電動(dòng)機(jī)拖在弱磁調(diào)速時(shí)，靜差率可能變化。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒功率負(fù)載，轉(zhuǎn)速升高后，靜差率保持自然機(jī)械特動(dòng)恒功率負(fù)載，轉(zhuǎn)速升高后，靜差率保持自然機(jī)械特性時(shí)的值基本不變。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，從性時(shí)的值基本不變。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，從固有機(jī)械特性開始，通過減弱磁通向上調(diào)速時(shí)，靜差固有機(jī)械特性開始，通過減弱磁通向上調(diào)速時(shí)，靜差率將會(huì)變大。率將會(huì)變大。調(diào)速范圍調(diào)速范圍D 電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下進(jìn)行調(diào)速時(shí)，在滿足靜差電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下進(jìn)行調(diào)速時(shí)，在滿足靜差率要求的前提下，所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)率要求的前提下，所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍。速之比稱為調(diào)速范圍。)1 (maxmaxmax

17、minmaxsnsnnnD式中 nmax 額定負(fù)載下的最高轉(zhuǎn)速（即nN）； nmin 額定負(fù)載下的最低轉(zhuǎn)速； Smax 最大允許靜差率。提高調(diào)速范圍的方法提高調(diào)速范圍的方法 在調(diào)速系統(tǒng)中在調(diào)速系統(tǒng)中引入反饋控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)引入反饋控制構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)機(jī)械特性的硬度，減小靜差，才能夠擴(kuò)大提高系統(tǒng)機(jī)械特性的硬度，減小靜差，才能夠擴(kuò)大調(diào)速范圍。調(diào)速范圍。 一般機(jī)床的調(diào)速范圍見表一般機(jī)床的調(diào)速范圍見表7.2。表表7.2 部分機(jī)床的調(diào)速范圍部分機(jī)床的調(diào)速范圍機(jī)床類型機(jī)床類型D（主運(yùn)動(dòng)）（主運(yùn)動(dòng)）D（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）一般車床一般車床205050200立式車床立式車床40604080中型

18、和重型車床中型和重型車床4010050150數(shù)控車床數(shù)控車床100以上以上1000以上以上搖臂鉆床搖臂鉆床20100540銑床銑床20602560中型臥式鏜床中型臥式鏜床256030150中、小型龍門刨床中、小型龍門刨床41010150大型龍門刨床大型龍門刨床103010150隨動(dòng)性能指標(biāo)隨動(dòng)性能指標(biāo) 是指控制系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)響應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)速、電是指控制系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)響應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)速、電流等參數(shù)的上升時(shí)間流等參數(shù)的上升時(shí)間tr、峰值時(shí)間、峰值時(shí)間tp、調(diào)節(jié)時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間ts、超調(diào)量、超調(diào)量等階躍響應(yīng)性能指標(biāo)。等階躍響應(yīng)性能指標(biāo)?？垢蓴_性能指標(biāo)抗干擾性能指標(biāo) 動(dòng)態(tài)速降是指控制系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)速降是指控

19、制系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)最大速度降。動(dòng)態(tài)最大速度降。 恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間t是指從階躍擾動(dòng)開始，直到輸出是指從階躍擾動(dòng)開始，直到輸出達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的誤差允許范圍的所需達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的誤差允許范圍的所需的時(shí)間，即過渡過程時(shí)間。的時(shí)間，即過渡過程時(shí)間。 在階躍擾動(dòng)下，動(dòng)態(tài)速降越小，恢復(fù)時(shí)間在階躍擾動(dòng)下，動(dòng)態(tài)速降越小，恢復(fù)時(shí)間越短，則控制系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)。越短，則控制系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)。 7.1.4 直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì)直流調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì) 提高直流電機(jī)的單機(jī)容量。提高直流電機(jī)的單機(jī)容量。提高電力電子器件與控制單元的生產(chǎn)水平。提高電力電子器件與控制單元的生產(chǎn)水平。加強(qiáng)傳動(dòng)控制裝置的功能，進(jìn)一

20、步提高可靠性，加強(qiáng)傳動(dòng)控制裝置的功能，進(jìn)一步提高可靠性，形成標(biāo)準(zhǔn)模塊化的結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)、維護(hù)更加方便。形成標(biāo)準(zhǔn)模塊化的結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)、維護(hù)更加方便。 7.2 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)7.2.1 速度負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)組成速度負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)組成 7.2.2 系統(tǒng)的靜態(tài)特性系統(tǒng)的靜態(tài)特性7.2.3 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性7.2.4 速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特性速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特性7.2.5 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)7.2.6 單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng) l 直流電機(jī)的勵(lì)磁一般采用單獨(dú)整流橋供電，即電

21、直流電機(jī)的勵(lì)磁一般采用單獨(dú)整流橋供電，即電動(dòng)機(jī)工作在他勵(lì)工作方式，以此保持主磁通的基本動(dòng)機(jī)工作在他勵(lì)工作方式，以此保持主磁通的基本恒定。恒定。l 直流電機(jī)的電樞由可控整流器供電，改變電樞電直流電機(jī)的電樞由可控整流器供電，改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)。統(tǒng)。 由于開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速精度差，只能適用于調(diào)速要由于開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速精度差，只能適用于調(diào)速要求不高的場(chǎng)合。為了保證一定的調(diào)速精度，可采用求不高的場(chǎng)合。為了保證一定的調(diào)速精度，可采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成單閉環(huán)直流

22、調(diào)速系統(tǒng)。7.2.1 速度負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)組成速度負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)組成RP2RP1RP3R1R2RfMUgnUc+Ufn Un+-UdId3_+A1LdTGUn圖圖7.3 直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 觸發(fā)觸發(fā)裝置裝置可控可控整流橋整流橋速度檢速度檢測(cè)裝置測(cè)裝置速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器平波平波電抗電抗R1R2R3R4RfCf_+A1TGUfnR1UTGRP1fn圖圖7. 2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路Ufn攜帶有紋波，攜帶有紋波，可能影響控制可能影響控制的精度。的精度。 低通濾波器的目的是削弱低通濾波器的目的是削弱直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波電直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波電壓，以及振動(dòng)帶來的多種壓，以及

23、振動(dòng)帶來的多種雜波信號(hào)。雜波信號(hào)。7.2.2 系統(tǒng)的靜態(tài)特性系統(tǒng)的靜態(tài)特性 在不影響控制精度的情況下，為了簡(jiǎn)化傳遞函在不影響控制精度的情況下，為了簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)，假設(shè)如下：數(shù)，假設(shè)如下：各典型環(huán)節(jié)，輸入與輸出之間為線性關(guān)系；各典型環(huán)節(jié)，輸入與輸出之間為線性關(guān)系；控制系統(tǒng)工作在電流連續(xù)段；控制系統(tǒng)工作在電流連續(xù)段；忽略晶閘管整流裝置和電抗器的內(nèi)阻。忽略晶閘管整流裝置和電抗器的內(nèi)阻。fngnnnnnUUUUUKndVUUKnUfneddeddKRIUCRIUneeCK 一、各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的系數(shù)一、各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的系數(shù) 放大器的比例放大系數(shù)放大器的比例放大系數(shù)Kn 速度反饋系數(shù)速度反饋系數(shù)直流電動(dòng)機(jī)靜

24、態(tài)時(shí)輸入輸出關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)靜態(tài)時(shí)輸入輸出關(guān)系式中：式中： 直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)。直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)。 觸發(fā)裝置與晶閘管整流裝置的電壓放大系數(shù)觸發(fā)裝置與晶閘管整流裝置的電壓放大系數(shù)KV二、直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性二、直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖7.4所示。利用疊加原理所示。利用疊加原理將給定電壓和擾動(dòng)分別單獨(dú)作用，求得相應(yīng)的將給定電壓和擾動(dòng)分別單獨(dú)作用，求得相應(yīng)的輸出量再進(jìn)行疊加，從而求出靜態(tài)方程。輸出量再進(jìn)行疊加，從而求出靜態(tài)方程。 圖圖7.4 直流調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)直流調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu) 給定電壓給定電壓Ugn單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速n1

25、 圖圖7.5 7.5 Ugn單獨(dú)作用下的單獨(dú)作用下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)靜態(tài)結(jié)構(gòu)ObgneVngneVneVnnUKKKKUKKKKKKn)1 (1111速度閉環(huán)控制系速度閉環(huán)控制系統(tǒng)理想空載轉(zhuǎn)速統(tǒng)理想空載轉(zhuǎn)速 為速度閉環(huán)為速度閉環(huán)控制系統(tǒng)的開控制系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，環(huán)放大系數(shù)，即速度反饋回即速度反饋回路增益。路增益。 給定電壓給定電壓Ugn單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速n1 -I-Id dR R單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速n n2 2 -I -Id dR R單獨(dú)作用下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如單獨(dú)作用下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖圖7.67.6所示。所示。圖圖7.6 7.6 -IdR單獨(dú)作用下的單獨(dú)作用下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)靜態(tài)結(jié)

26、構(gòu)beddeVnenKKRIRIKKKKn)1 ()(1112，速度閉環(huán)控制系統(tǒng)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)的靜態(tài)速度降的靜態(tài)速度降 -I-Id dR R單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速單獨(dú)作用下的轉(zhuǎn)速n n2 2給定電壓給定電壓Ugn和和-IdR共同作用下的轉(zhuǎn)速共同作用下的轉(zhuǎn)速n bObedegnVn21nn)K1 (KRI)K1 (KUKKnnn（7.10）三、直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)靜態(tài)特性三、直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)靜態(tài)特性 在圖在圖7.4中，斷開速度反饋回路，即中，斷開速度反饋回路，即0，通過，通過公式公式7.10可以導(dǎo)出開環(huán)時(shí)的機(jī)械特性?？梢詫?dǎo)出開環(huán)時(shí)的機(jī)械特性。 kOkedegnVnnnKRIKUKKn開環(huán)系統(tǒng)理想開環(huán)系統(tǒng)

27、理想空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速 開環(huán)系統(tǒng)的靜開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降態(tài)轉(zhuǎn)速降四、直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)靜特性比較四、直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)與閉環(huán)靜特性比較 閉環(huán)靜特性硬。在相同的負(fù)載擾動(dòng)的情況下，兩閉環(huán)靜特性硬。在相同的負(fù)載擾動(dòng)的情況下，兩者的速度降之比為者的速度降之比為 （1K） 。 閉環(huán)系統(tǒng)靜差率小閉環(huán)系統(tǒng)靜差率小 。當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的空。當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，兩者的靜差率之比為載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，兩者的靜差率之比為 （1K） 。 閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍大閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍大 。當(dāng)閉環(huán)與開環(huán)靜差率一定。當(dāng)閉環(huán)與開環(huán)靜差率一定時(shí)，兩者的調(diào)速范圍之比為時(shí)，兩者的調(diào)速范圍之比為 （1K） 。 7.2.3直流調(diào)

28、速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 一、直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)一、直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程組他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程組 dttdnJTdttdJtTtTtiCtTtnCtEdttdiLtitEtULLateaaaaaa)()()()()()()()()()()()(0)()()()()()()()()()()(sJsnsTsTsICsTsnCsEssILRsIsEsULateaaaaaaa圖圖7.7 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)精確模型傳遞函數(shù)框圖他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)精確模型傳遞函數(shù)框圖 綜合考慮了機(jī)電與電磁的過渡過程，因而相綜合考慮了機(jī)

29、電與電磁的過渡過程，因而相應(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是一個(gè)帶反饋的閉環(huán)二階系統(tǒng)。應(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是一個(gè)帶反饋的閉環(huán)二階系統(tǒng)。 1/1)()()(2sTsTTKsUsnsWmameam1/ )1 ()()(2sTsTTJsTTsTsnmamamL1)()(2sTsTTsTKsusimammaaau轉(zhuǎn)速與電樞電壓之間的傳遞函數(shù)為：轉(zhuǎn)速與電樞電壓之間的傳遞函數(shù)為：u轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的傳遞函數(shù)為：轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的傳遞函數(shù)為：u電樞電壓與電樞電流之間的傳遞函數(shù)為：電樞電壓與電樞電流之間的傳遞函數(shù)為： 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳動(dòng)函數(shù)晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳動(dòng)函數(shù)sTvcdVVeK) s (U) s (U) s (

30、WsT1KsT! 21sT1KVV22VVV )()()(snsUsHfnsTsnsUsHfnfn1)()()(測(cè)速反饋回路的傳遞函數(shù)測(cè)速反饋回路的傳遞函數(shù) 測(cè)速回路采用電阻分壓取樣電路：測(cè)速回路采用電阻分壓取樣電路： 在測(cè)速反饋回路加入濾波環(huán)節(jié)時(shí)：在測(cè)速反饋回路加入濾波環(huán)節(jié)時(shí)： 速度比例控制器的傳遞函數(shù)速度比例控制器的傳遞函數(shù)nnnnKsUsUsW)()()(速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖圖7.8 速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析二、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

31、1sK1)TTsK1)TT(TsK1TTTK1K/KKK) 1sTsTT)(sT1 (K/KK) 1sTsTT)(sT1 (K/KK1) 1sTsTT)(sT1 (K/KK) s (U) s (n) s (WVm2Vam3VameVnm2amVeVnm2amVeVnm2amVeVngnb速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：01sK1)TT(sK1)TT(TsK1TTTVm2Vam3Vam控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為：控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件為：maaVVmTTTTTTK K超過此值，系統(tǒng)將會(huì)不穩(wěn)定。超過此值，系統(tǒng)將會(huì)不穩(wěn)定。 在設(shè)計(jì)的過程中，首先按照靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)確定在設(shè)計(jì)的過程中，首

32、先按照靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)確定K的值，然后按照動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。如果兩者發(fā)的值，然后按照動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行校驗(yàn)。如果兩者發(fā)生沖突，只能采取動(dòng)態(tài)校正實(shí)施改造。生沖突，只能采取動(dòng)態(tài)校正實(shí)施改造。 （7.30） 7.2.4速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特性速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特性速度調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)控制系統(tǒng)有靜差速度調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)控制系統(tǒng)有靜差控制系統(tǒng)絕對(duì)服從給定輸入控制系統(tǒng)絕對(duì)服從給定輸入抗擾動(dòng)的能力差抗擾動(dòng)的能力差7.2.5帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用電流截止負(fù)反饋的目的采用電流截止負(fù)反饋的目的 解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

33、起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，從而保護(hù)整流裝置。大的問題，從而保護(hù)整流裝置。 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖7.9所示。系統(tǒng)中引入截所示。系統(tǒng)中引入截止環(huán)節(jié)，它由電流信號(hào)檢測(cè)與電壓比較兩部分構(gòu)成。止環(huán)節(jié)，它由電流信號(hào)檢測(cè)與電壓比較兩部分構(gòu)成。RPRcLdM+_UsUd+_UfiRcLdMUd+_Ufi3U+_fiVSVSD1圖圖7.9 截流負(fù)反饋環(huán)節(jié)截流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 圖圖7.11 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu) 在電流負(fù)反饋的作用下，轉(zhuǎn)速方程式為：在電流負(fù)反饋的作用下，轉(zhuǎn)速方程式為： nnI)

34、K1 (KRKK)K1 (K)UU(KK)K1 (KRI)K1 (K)UI(KK)K1 (KUKKnodeVnebjgnVnedebjdVnegnVn截流反饋環(huán)節(jié)投截流反饋環(huán)節(jié)投入時(shí)對(duì)應(yīng)的理想入時(shí)對(duì)應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速 截流反饋環(huán)節(jié)投入時(shí)截流反饋環(huán)節(jié)投入時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降 帶截流環(huán)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比較好地解決了負(fù)帶截流環(huán)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比較好地解決了負(fù)載限流問題，但對(duì)于起動(dòng)過程而言，它所能維持最載限流問題，但對(duì)于起動(dòng)過程而言，它所能維持最大電流的時(shí)間有限（與電樞回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)），大電流的時(shí)間有限（與電樞回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)），影響控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性。所以該系統(tǒng)只適用影響控制系

35、統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性。所以該系統(tǒng)只適用于小容量，且對(duì)起動(dòng)特性要求不高的場(chǎng)合。于小容量，且對(duì)起動(dòng)特性要求不高的場(chǎng)合。7.2.6 單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)無靜差系統(tǒng)單閉環(huán)無靜差系統(tǒng) R1R2R3RfCfMUUn+3_+A1LdUfngnTGUc圖圖7.14 單閉環(huán)無靜差調(diào)速電路的原理圖單閉環(huán)無靜差調(diào)速電路的原理圖速度比例積分（速度比例積分（PI）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)）調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) nnnnnKKsG1)11 ()(單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程 （a）起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過程）起動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過程 （b）階躍

36、轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過程）階躍轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過程圖圖7.167.3 電壓負(fù)反饋和電流正反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)電壓負(fù)反饋和電流正反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng) 7.3.1 帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)組成帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)組成RP2RP1RP1R1R2RfMUgnUc-UfuIdR3RcUfuUfi3_+A1Ld+系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成電樞電流檢測(cè)電樞電流檢測(cè) 電阻采樣電阻采樣霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 電流互感器電流互感器 R5R3R1R2RcR4Us1Us2Id_+A1_+A2UfiOPTOISO1OPTOISO2圖圖7.18 帶光電隔離的電流檢測(cè)帶光電隔離的電流檢測(cè)a*b*c*R1*R2*R3*R

37、4KP1Ufi+電流檢測(cè)信號(hào)ABVD1VD2VD4VD3VD5VD6圖圖7.19電流互感器取樣電路電流互感器取樣電路7.3.2 帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速靜特性帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速靜特性電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性 圖圖7.20 電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)電路結(jié)構(gòu)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)電路結(jié)構(gòu)210)1 ()1 (nnnIKRIKKRKKUKKndeaderegnVn由晶閘管整流裝由晶閘管整流裝置內(nèi)阻置內(nèi)阻Rr引起的引起的靜態(tài)速度降靜態(tài)速度降 由電樞電阻由電樞電阻Ra引起的靜態(tài)速引起的靜態(tài)速度降度降 VnKKK 電壓反饋電壓反饋回路增益回路增益電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性

38、電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性圖圖7.21 帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)電路結(jié)構(gòu)帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)電路結(jié)構(gòu) 靜態(tài)轉(zhuǎn)速方程：靜態(tài)轉(zhuǎn)速方程： 3210)1 ()1 ()1 (nnnnIKKKKIKRIKKRKKUKKndeVndeaderegnVn電流正反饋補(bǔ)償電流正反饋補(bǔ)償?shù)撵o態(tài)速度降的靜態(tài)速度降 全補(bǔ)償系數(shù)全補(bǔ)償系數(shù) 0 只要選擇合適的電流反饋系數(shù)只要選擇合適的電流反饋系數(shù)，便能夠在一定，便能夠在一定的條件下實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償，即的條件下實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償，即n3n1n20 。此。此時(shí)的時(shí)的為全補(bǔ)償系數(shù)為全補(bǔ)償系數(shù) 0 。Vnar0KKR)K1 (R 由于全補(bǔ)償系數(shù)由于全補(bǔ)償系數(shù)0受制

39、于受制于Rr與與Ra，當(dāng)溫度變化時(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí)，0并不是恒定的常數(shù)。而電流反饋系數(shù)并不是恒定的常數(shù)。而電流反饋系數(shù)由電路的結(jié)由電路的結(jié)構(gòu)決定，不能實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng)構(gòu)決定，不能實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)調(diào)節(jié)。當(dāng)0時(shí)，稱為過補(bǔ)時(shí)，稱為過補(bǔ)償，控制系統(tǒng)處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)償，控制系統(tǒng)處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)0時(shí)，稱時(shí)，稱為欠補(bǔ)償，存在靜態(tài)轉(zhuǎn)速降（為欠補(bǔ)償，存在靜態(tài)轉(zhuǎn)速降（n的值較?。刂葡档闹递^?。?，控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。7.4直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 為了改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，避免速度與電流輸入為了改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，避免速度與電流輸入值的突變給系統(tǒng)帶來的沖擊，直流調(diào)速系統(tǒng)

40、設(shè)置了值的突變給系統(tǒng)帶來的沖擊，直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)兩個(gè)PI控制器，即控制器，即速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)，二者串聯(lián)，二者串聯(lián)連接，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。連接，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。7.4.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖圖7.22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖電流內(nèi)環(huán)電流內(nèi)環(huán) 電流環(huán)的組成電流環(huán)的組成 由電流調(diào)節(jié)器由電流調(diào)節(jié)器ACR、晶閘管移相觸發(fā)器、晶閘管移相觸發(fā)器CF、晶閘、晶閘管整流器和電動(dòng)機(jī)電樞回路組成。管整流器和電動(dòng)機(jī)電樞回路組成。 電流環(huán)的工作過程電流環(huán)的工作過程 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出的輸出Un作為電流調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)器ACR的的給

41、定信號(hào)，給定信號(hào)，Un與電流反饋信號(hào)與電流反饋信號(hào)Ufi比較后，將差值送比較后，將差值送入電流調(diào)節(jié)器入電流調(diào)節(jié)器ACR，經(jīng)過比例積分處理，電流調(diào)節(jié)，經(jīng)過比例積分處理，電流調(diào)節(jié)器的輸出移相電壓器的輸出移相電壓Uc，通過晶閘管移相觸發(fā)器，通過晶閘管移相觸發(fā)器CF控控制晶閘管整流器的輸出電壓制晶閘管整流器的輸出電壓Ud，在，在Ud的作用下電動(dòng)的作用下電動(dòng)機(jī)的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將相應(yīng)地發(fā)生改變。機(jī)的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將相應(yīng)地發(fā)生改變。速度環(huán)的組成速度環(huán)的組成 由速度調(diào)節(jié)器由速度調(diào)節(jié)器ASR、電流內(nèi)環(huán)組成。、電流內(nèi)環(huán)組成。速度環(huán)的工作過程速度環(huán)的工作過程 Ugn作為速度調(diào)節(jié)器作為速度調(diào)節(jié)器ASR的給定信

42、號(hào)，的給定信號(hào)，Ugn與電動(dòng)與電動(dòng)機(jī)同軸連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的速度反饋信號(hào)機(jī)同軸連接的測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的速度反饋信號(hào)Ufn比比較后，將差值送入速度調(diào)節(jié)器較后，將差值送入速度調(diào)節(jié)器ASR，經(jīng)過比例積分，經(jīng)過比例積分處理，速度調(diào)節(jié)器的輸出移相電壓處理，速度調(diào)節(jié)器的輸出移相電壓Un，作為，作為ACR的的給定信號(hào)，通過電流內(nèi)環(huán)控制作用調(diào)節(jié)電樞電流給定信號(hào)，通過電流內(nèi)環(huán)控制作用調(diào)節(jié)電樞電流Id和和電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T，最終達(dá)到調(diào)速的目的。，最終達(dá)到調(diào)速的目的。 7.4.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性 圖圖7.23 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、靜態(tài)結(jié)構(gòu)

43、圖二、系統(tǒng)靜態(tài)特性分析二、系統(tǒng)靜態(tài)特性分析系統(tǒng)處于正常負(fù)載運(yùn)行狀況時(shí)，電樞電流一般系統(tǒng)處于正常負(fù)載運(yùn)行狀況時(shí)，電樞電流一般不大于額定值，即不大于額定值，即IdIdmax，ASR處于不飽和狀態(tài)，處于不飽和狀態(tài)，即即 Un=0，速度無靜差。，速度無靜差。ASR起輔助作用，保證起輔助作用，保證了系統(tǒng)具有硬的機(jī)械特性。了系統(tǒng)具有硬的機(jī)械特性。當(dāng)負(fù)載增大，電樞電流達(dá)到當(dāng)負(fù)載增大，電樞電流達(dá)到Idmax后，轉(zhuǎn)速下降，后，轉(zhuǎn)速下降，Un增大，使增大，使ASR飽和，速度外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，雙飽和，速度外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)變成電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)電樞電

44、流最大值不超過時(shí)電樞電流最大值不超過Idmax ，起到過流保護(hù)作，起到過流保護(hù)作用。用。7.4.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性一、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖圖7.24 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)電流內(nèi)環(huán)電流內(nèi)環(huán)代表電流代表電流PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，其中其中Ki為放大系數(shù)，為放大系數(shù)， 為電流為電流PI環(huán)節(jié)時(shí)間環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)。常數(shù)。 代表晶閘管代表晶閘管整流裝置整流裝置 代表電樞回路，為一個(gè)慣性代表電樞回路，為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。由于電樞回路平波電環(huán)節(jié)。由于電樞回路平波電抗抗Ld的存在，電樞回路時(shí)間的存在，電樞回路時(shí)間常數(shù)常數(shù)Ta較大，為幾十至幾百較

45、大，為幾十至幾百毫秒。毫秒。 對(duì)應(yīng)電流反饋回路的傳對(duì)應(yīng)電流反饋回路的傳遞函數(shù)（沒有濾波電容遞函數(shù)（沒有濾波電容則直接用則直接用表示），表示），Tfi為為電流反饋回路的濾波時(shí)電流反饋回路的濾波時(shí)間常數(shù)，其值較小，一間常數(shù)，其值較小，一般為幾毫秒。般為幾毫秒。 電流環(huán)輸入端電流環(huán)輸入端的濾波（緩沖）的濾波（緩沖）環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 代表速度代表速度PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 對(duì)應(yīng)速度輸入端濾波對(duì)應(yīng)速度輸入端濾波（緩沖）環(huán)節(jié)，目的（緩沖）環(huán)節(jié)，目的在于減小給定突變時(shí)，在于減小給定突變時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中可能轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中可能出現(xiàn)的超調(diào)量。出現(xiàn)的超調(diào)量。 對(duì)應(yīng)速度反饋回路的傳遞對(duì)應(yīng)速度反饋回路的傳遞函數(shù)（沒有濾波電

46、容則直函數(shù)（沒有濾波電容則直接用接用表示），表示），Tfn為速度為速度反饋回路的濾波時(shí)間常數(shù)，反饋回路的濾波時(shí)間常數(shù)，其值較小，一般為幾毫秒。其值較小，一般為幾毫秒。 二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨性能二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨性能 以直流電機(jī)起動(dòng)時(shí)的過渡過程說明雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)以直流電機(jī)起動(dòng)時(shí)的過渡過程說明雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能。態(tài)跟隨性能。圖圖7.25 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的過渡過程雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的過渡過程 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程如圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程如圖7.25所示，速度調(diào)節(jié)所示，速度調(diào)節(jié)器器ASR經(jīng)歷了經(jīng)歷了不飽和、不飽和、飽和飽和與與退出飽和退出飽和三個(gè)階段，三個(gè)階段，

47、整個(gè)過渡過程相應(yīng)地被分為整個(gè)過渡過程相應(yīng)地被分為電流上升階段、電流上升階段、恒流轉(zhuǎn)恒流轉(zhuǎn)速直線上升階段速直線上升階段、速度調(diào)節(jié)階段速度調(diào)節(jié)階段。電流上升階段電流上升階段 在系統(tǒng)輸入端突加給定電壓在系統(tǒng)輸入端突加給定電壓Ugn時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響，速度反饋電壓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量影響，速度反饋電壓Ufn0。速度調(diào)節(jié)器。速度調(diào)節(jié)器ASR中輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的差值中輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的差值UnUgn相當(dāng)大，相當(dāng)大，經(jīng)速度經(jīng)速度PI調(diào)節(jié)器的放大作用后輸出將達(dá)到調(diào)節(jié)器的放大作用后輸出將達(dá)到ST的飽和的飽和限幅值限幅值Unmax，使晶閘管整流橋的移相角前移，整流，使晶閘管整流橋的移相角前移，整

48、流輸出電壓增加，電樞電流就急劇上升，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩輸出電壓增加，電樞電流就急劇上升，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T隨之迅速增大，電機(jī)就很快起動(dòng)起來。隨之迅速增大，電機(jī)就很快起動(dòng)起來。 由于電流由于電流PI調(diào)節(jié)器經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使得電流反饋調(diào)節(jié)器經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使得電流反饋回路的等效時(shí)間常數(shù)比較小，電樞電流的增長(zhǎng)很快就回路的等效時(shí)間常數(shù)比較小，電樞電流的增長(zhǎng)很快就會(huì)達(dá)到速度調(diào)節(jié)器輸出限定值會(huì)達(dá)到速度調(diào)節(jié)器輸出限定值Idmax(通常就是電樞回通常就是電樞回路和晶閘管所允許的最大電流路和晶閘管所允許的最大電流)，于是就進(jìn)入下一階，于是就進(jìn)入下一階段段恒流轉(zhuǎn)速直線上升階段。恒流轉(zhuǎn)速直線上升階段。 恒流轉(zhuǎn)速直線上升階段恒

49、流轉(zhuǎn)速直線上升階段 由于電樞電流已達(dá)到了限定值，整流橋的移相角由于電樞電流已達(dá)到了限定值，整流橋的移相角保持在某一數(shù)值上。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電機(jī)的反電保持在某一數(shù)值上。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電機(jī)的反電勢(shì)將增大，電樞電流勢(shì)將增大，電樞電流Id稍微下降。但是，只要稍微下降。但是，只要Id有所有所下降，電流反饋信號(hào)也將變小，電流調(diào)節(jié)器的輸入下降，電流反饋信號(hào)也將變小，電流調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)差值信號(hào)差值Ui就會(huì)增加，就會(huì)增加，ACR的輸出的輸出Uc也將隨之上也將隨之上升，通過控制整流橋的移相角，使電樞電流又回到升，通過控制整流橋的移相角，使電樞電流又回到Idmax。 在轉(zhuǎn)速直線上升階段，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速一直小于速在

50、轉(zhuǎn)速直線上升階段，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速一直小于速度給定值，速度調(diào)節(jié)器始終處于飽和輸出狀態(tài)，實(shí)度給定值，速度調(diào)節(jié)器始終處于飽和輸出狀態(tài)，實(shí)際上系統(tǒng)中只有電流調(diào)節(jié)器在起作用，使電動(dòng)機(jī)始際上系統(tǒng)中只有電流調(diào)節(jié)器在起作用，使電動(dòng)機(jī)始終以最大轉(zhuǎn)矩加速，轉(zhuǎn)速直線上升。終以最大轉(zhuǎn)矩加速，轉(zhuǎn)速直線上升。 速度調(diào)節(jié)階段速度調(diào)節(jié)階段 電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到并超過了速度給定值，使速度電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到并超過了速度給定值，使速度反饋電壓反饋電壓UfnUgn，Un0，速度調(diào)節(jié)器將退出飽，速度調(diào)節(jié)器將退出飽和，和，Un值減小。當(dāng)值減小。當(dāng)Un減小，導(dǎo)致電樞電流下降，電減小，導(dǎo)致電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也將下降。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)

51、的電磁轉(zhuǎn)矩也將下降。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)減速，回到速度給定值。此時(shí)速度調(diào)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)減速，回到速度給定值。此時(shí)速度調(diào)節(jié)器的輸入為零，即節(jié)器的輸入為零，即Un0。由于采用。由于采用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，通過積分作用，通過積分作用，Un0，即電流調(diào)節(jié)器的給定輸入不，即電流調(diào)節(jié)器的給定輸入不等于零，這樣使等于零，這樣使Uc、Ud均保持某一數(shù)值，保證電動(dòng)均保持某一數(shù)值，保證電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于和給定信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于和給定信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。三、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性能三、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性能 對(duì)于直流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)于直流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，電網(wǎng)電壓

52、擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)是兩個(gè)主擾動(dòng)（電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載和負(fù)載擾動(dòng)是兩個(gè)主擾動(dòng)（電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)），如果系統(tǒng)能夠有效地抑制動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降，擾動(dòng)），如果系統(tǒng)能夠有效地抑制動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降，縮短恢復(fù)時(shí)間，則說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)抗干縮短恢復(fù)時(shí)間，則說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)抗干擾的能力。擾的能力。電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)（假設(shè)此時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變），交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)（假設(shè)此時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變），直接影響晶閘管輸出電壓直接影響晶閘管輸出電壓Ud，引起電機(jī)電樞電流波，引起電機(jī)電樞電流波動(dòng)，由于電流內(nèi)環(huán)運(yùn)行于不飽和狀態(tài)，動(dòng)，由于電流內(nèi)環(huán)運(yùn)行于不飽和狀態(tài)，Ui0，電，電流環(huán)馬上起調(diào)節(jié)作用，維持電流的恒定。流環(huán)馬上

53、起調(diào)節(jié)作用，維持電流的恒定。負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng) 負(fù)載擾動(dòng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形圖如圖負(fù)載擾動(dòng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形圖如圖7.26所示。負(fù)載所示。負(fù)載突然增加時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡被破壞，電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)突然增加時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡被破壞，電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速矩，轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)下降，下降，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)下降，UfnUgn，Un出現(xiàn)正偏差，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器使出現(xiàn)正偏差，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器使Un的絕對(duì)值增大，的絕對(duì)值增大，經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器使經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器使Uc增加，整流橋移相角前移，增加，整流橋移相角前移，Ud增加，電樞電流增加，電樞電流Id增大，經(jīng)過一、二次振蕩，電樞電增大，經(jīng)過一、二次振蕩，電樞電流上升至新的靜態(tài)特性工作點(diǎn)

54、，轉(zhuǎn)速回到原來值。流上升至新的靜態(tài)特性工作點(diǎn)，轉(zhuǎn)速回到原來值。圖圖7.26 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載突變時(shí)的過渡過程雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載突變時(shí)的過渡過程四、總結(jié)四、總結(jié)速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器ASR的主要作用為的主要作用為:系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，ASR控制轉(zhuǎn)速跟隨控制轉(zhuǎn)速跟隨Ugn的變化，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)無轉(zhuǎn)差；的變化，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)無轉(zhuǎn)差；ASR輸出限幅值決定了允許的電樞電流最大值，電流環(huán)進(jìn)輸出限幅值決定了允許的電樞電流最大值，電流環(huán)進(jìn)行恒流控制；對(duì)負(fù)載擾動(dòng)起抗干擾作用。行恒流控制；對(duì)負(fù)載擾動(dòng)起抗干擾作用。電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACR的主要作用為的主要作用為:起動(dòng)時(shí)，保證電動(dòng)起動(dòng)時(shí)，保證電動(dòng)機(jī)獲得最大起動(dòng)電流，使控制

55、系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特機(jī)獲得最大起動(dòng)電流，使控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性；直流電機(jī)過載等故障時(shí)，性；直流電機(jī)過載等故障時(shí)，ACR輸出限幅值決定輸出限幅值決定了電樞電流最大值，起到安全保護(hù)作用，故障消失后了電樞電流最大值，起到安全保護(hù)作用，故障消失后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)；對(duì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)起抗系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)；對(duì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)起抗干擾作用。干擾作用。7.5 直流電機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng) 7.5.1 直流電機(jī)可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng) 7.5.2 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)7.5.1 直流電機(jī)可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管可逆

56、調(diào)速系統(tǒng)晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)(有環(huán)流與邏輯無環(huán)流有環(huán)流與邏輯無環(huán)流 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng))可逆脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)可逆脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng) 一、有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)組成一、有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)組成 圖圖7.27 晶閘管反并聯(lián)連接的直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路晶閘管反并聯(lián)連接的直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路 MLLLLLd正組 VF反組 VR 兩組可控整流橋構(gòu)成可逆調(diào)速電路，分別提供兩組可控整流橋構(gòu)成可逆調(diào)速電路，分別提供兩個(gè)方向的電樞電流。兩個(gè)方向的電樞電流。 電磁轉(zhuǎn)矩的方向由電樞電流和主磁通的方向決電磁轉(zhuǎn)矩的方向由電樞電流和主磁通的方向決定，改變主磁通（勵(lì)磁電流）或者改變電樞電流定，改變主磁通（勵(lì)磁電流）或者改變電樞電流的方向

57、（兩者只能選其一），才能改變電機(jī)電磁的方向（兩者只能選其一），才能改變電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向，即改變轉(zhuǎn)速的方向。轉(zhuǎn)矩的方向，即改變轉(zhuǎn)速的方向。 由于勵(lì)磁回路時(shí)間常數(shù)較大，直接影響系統(tǒng)的由于勵(lì)磁回路時(shí)間常數(shù)較大，直接影響系統(tǒng)的快速性，且改變勵(lì)磁電流方向時(shí)易出現(xiàn)快速性，且改變勵(lì)磁電流方向時(shí)易出現(xiàn)“飛車飛車”現(xiàn)象，故現(xiàn)在主要采用改變電樞電流的方向和大現(xiàn)象，故現(xiàn)在主要采用改變電樞電流的方向和大小實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速。鑒于勵(lì)磁回路的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速。鑒于勵(lì)磁回路的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電樞回路的功率，對(duì)于快速反應(yīng)性能要求不高，電樞回路的功率，對(duì)于快速反應(yīng)性能要求不高，轉(zhuǎn)向切換不頻繁的大容量直流可逆系統(tǒng)，如卷?yè)P(yáng)轉(zhuǎn)向切

58、換不頻繁的大容量直流可逆系統(tǒng)，如卷?yè)P(yáng)機(jī)、礦井提升機(jī)、電力機(jī)車等可考慮采用勵(lì)磁繞機(jī)、礦井提升機(jī)、電力機(jī)車等可考慮采用勵(lì)磁繞組極性反接的可逆調(diào)速系統(tǒng)。組極性反接的可逆調(diào)速系統(tǒng)。 二、環(huán)流二、環(huán)流定義：定義：是指不經(jīng)過直流電機(jī)（或其他負(fù)載），直接在兩組整是指不經(jīng)過直流電機(jī)（或其他負(fù)載），直接在兩組整流橋之間流通的電流。流橋之間流通的電流。性質(zhì)：性質(zhì)： 在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，環(huán)流具有兩重性。在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，環(huán)流具有兩重性。一方面利用小環(huán)流作為晶閘管的基本負(fù)載，即使電動(dòng)一方面利用小環(huán)流作為晶閘管的基本負(fù)載，即使電動(dòng)機(jī)工作在空載或輕載狀態(tài)時(shí)，晶閘管裝置仍然能工作機(jī)工作在空載或輕載狀態(tài)時(shí)，晶閘管裝置仍然能工作

59、在電流連續(xù)區(qū)，減少了電流斷續(xù)引起的非線性現(xiàn)象對(duì)在電流連續(xù)區(qū)，減少了電流斷續(xù)引起的非線性現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響；同時(shí)可以消除電流反向過系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響；同時(shí)可以消除電流反向過程中的死區(qū)，加快反向時(shí)的過渡過程。程中的死區(qū)，加快反向時(shí)的過渡過程。 另一方面環(huán)流明顯增加了晶閘管的負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)有功功另一方面環(huán)流明顯增加了晶閘管的負(fù)擔(dān)，浪費(fèi)有功功率，環(huán)流太大時(shí)甚至?xí)p壞晶閘管。率，環(huán)流太大時(shí)甚至?xí)p壞晶閘管。分類：分類：環(huán)流可分為靜態(tài)環(huán)流和動(dòng)態(tài)環(huán)流兩大類。環(huán)流可分為靜態(tài)環(huán)流和動(dòng)態(tài)環(huán)流兩大類。靜態(tài)環(huán)流靜態(tài)環(huán)流，是指可逆系統(tǒng)中晶閘管裝置在一定的控，是指可逆系統(tǒng)中晶閘管裝置在一定的控制角下穩(wěn)定工作時(shí)所

60、出現(xiàn)的環(huán)流，它可分為脈動(dòng)環(huán)制角下穩(wěn)定工作時(shí)所出現(xiàn)的環(huán)流，它可分為脈動(dòng)環(huán)流與直流環(huán)流。流與直流環(huán)流。動(dòng)態(tài)環(huán)流動(dòng)態(tài)環(huán)流，是指晶閘管觸發(fā)相位突然改變時(shí)，系統(tǒng)，是指晶閘管觸發(fā)相位突然改變時(shí)，系統(tǒng)處于過渡過程時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，因而系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)處于過渡過程時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，因而系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)不存在動(dòng)態(tài)環(huán)流。不存在動(dòng)態(tài)環(huán)流。三、直流環(huán)流及其抑制三、直流環(huán)流及其抑制 VFVRMLLLLId環(huán)流Ld+-Udof+-Udor圖圖7.28 直流環(huán)流示意圖直流環(huán)流示意圖VdordofcR2UUIVdordofcR2UUI正組晶閘管正組晶閘管VF與與反組晶閘管反組晶閘管VR均均處于整流狀態(tài)處于整流狀態(tài) VF工作于整流狀態(tài)，工作于整流狀態(tài)，VR工作于逆變狀態(tài)工作于逆變狀態(tài) 直流環(huán)流的