第十一章 直流传动控制系统11.1 自动调速系统主要性能指标机电传动控制系统选择调速方案的依据：生产机械对调速系统提出的调速技术指标调速系统的调速技术指标静态指标动态指标一、静态技术指标1. 静差度S：静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。速度稳定性指标000nnnnnSee=静态速降=eennn0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。普通设备普通车床龙门刨床冷轧机热轧机造纸机S50% S30% S5% S2% 0.2%0.5% S0.1%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。2. 调速范围D在额定负载下，允许的最高转速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之比称为调速范围。minemaxennD =车床龙门刨床钻床铣床轧钢机造纸机进给机械20120 2040 212 2030 315 1020 5300003. 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。调速无级调速有级调速以改变直流电动机电枢外加电压调速为例，说明调速范围D与静差度S之间的关系：)S(nSnnnnnnnnnnDemaxeemaxeemaxeminemaxe=11020202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。二、动态技术指标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。1. 最大超调量%nnnMmaxp10022=超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等%Mp3510=范围：超调量2. 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（0.05 0.02）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。过渡过程时间3. 振荡次数N在过渡过程时间内,被调量n在其稳定值上下摆动的次数，如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为x2时的变化情况。系统超调量过渡过程时间T振荡次数性能1 0长无不好2大长多不好3小短中好11.2 晶闸管电动机直流传动控制系统按结构的不同：单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统11.2.1 单闭环直流调速系统一、有静差调速系统单纯由被调量负反馈组成的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；（一）转速负反馈调速系统1. 基本组成按静态误差的不同：无静差直流调速系统有静差直流调速系统任务：调节速度；扩大调速范围，减小静态误差。分类：测速发电机：与直流电动机M同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件；转换元件：将测速发电机的转速转换成电压信号以便与给定电压进行比较。给定电位器：调节Rg的位置可改变给定电压Ug的大小。放大器：将外加电压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。触发电路：将放大器放大后的电压信号变为脉冲型号去控制整流电路的输出大小。整流电路：变交流电压为直流电压，输出电压大小由触发电路输出脉冲信号所决定，整流电路的输出为直流电动机电枢的外加电压；直流电动机：系统的控制对象。fgUUU =由系统的结构分析可知：系统的调速方法是改变外加电压调速；系统的反馈信号是被控制对象n本身;反馈电压和给定电压的极性相反，即:该系统又称转速负反馈调速系统。2. 工作原理当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。fgUUU =不变kU不变不变dU不变 n不变(2) 调速（Uf不变，改变Ug的大小）gUUfgUU =kUdU n= nUUUUUUdkfgg改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速.(1) 稳态（Ug、Uf不变）(3) 稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化)= nUUUUUUndkfgf当负载增加使= nUUUUUUndkfgf当负载减小使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。3. 静特性分析目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。(1) 各环节输入输出的关系电动机电路+=+= RInCRInKUaeaed式中:axRRR +=电枢回路的总电阻；xR可控整流电源的等效内阻；电动机的电枢电阻。aR可控硅和触发电路设可控硅和触发电路的放大倍数为K2，则：kdUKU2放大器电路设放大器的放大倍数为KP，则：)UU(KUKUcfgpPk= 反馈电路速度反馈信号电压与转速n成正比，设放大系数为Kf，则：nKUff=(2) 静特性=+=nKU)UU(KUUKURInCUfffgpkkdaed2+= RInCUKaek2+= RInC)UU(KKaefgp2+= RInCnKKKUKKaefpgp 22efpapCKKKRIUgKKn+=22则：令：efppGCKKKK,KKK22=fofeaegGnn)K(CRI)K(CUKn =+=11闭环系统的静特性2KKKpG= 从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数；2KKCKKpef= 闭环系统的开环放大倍数。如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，则整流器的输出电压:+= RInCUKUKKUaegGgpd 2由此可得开环系统的机械特性方程:nnICRCUKnaeegG=0开环系统的静特性(3)分析与结论fofeaegGnn)K(CRI)K(CUKn =+=11闭环系统的静特性nnICRCUKnaeegG=0开环系统的静特性理想空载转速在给定电压一定时，有:Kn)K(CUKnegGf+=+=1100转速降如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即，00nnf=KnI)K(CRnaef+=+=11调速范围与静差度在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，开环：)S(nSnDNmaxe221=闭环：D)K()S(KnSn)S(nSnDNmaxeNfmaxf+=+= 11112222重的事故突然失去负反馈产生严速度负反馈，注意！单闭环系统仅有()K1UU闭环给定电压理想空载转速为了获得同开环相同的ggf+=结论：由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为0，因此，上述系统只能维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。提高系统的开环放大倍数K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。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。二.无静差调速系统(比例积分调节)反馈量等于给定量即偏差等于零。PI无差元件(比例积分调节器) 1)比例积分(PI)调节器=dtUCRURRURUIIdtICRIUiii10010001111101/1 2)无静差调速系统(比例积分调节器PI)11.3 直流脉宽调制（PWM）调速系统