第十一章直流传动控制系统

电流正反馈：就是把反映电动机电枢电流
大小的量IaR取出。与电压负反馈一起加到
放大器的输入端
当负载电流增加时，放大器的信号也增加，
使晶闸管的整流输出电压Ud增加，以次来
补偿电枢电阻压降
为了保证“调整”效果，电流正反馈的强
度与电压负反馈的强度应按一定比例组成
1、Uao
电压负反馈信号
2、 Ubo
2）过渡过程间T
从输入控制作用于系统开始直到被调量n进入 （0.05~0.2）n2稳定值区间时为止的一段时 间，叫作过渡过程时间
3) 振荡次数
在过渡过程时间内，被调量n在其稳定值上下 摆动次数。
11.2.3机电传动控制系统方案的确定原则
1、对于不要求电气调速的生产机械 采用一般鼠笼式电动机即可，控制方案采用 继电器－接触器系统 2. 对于要求电气调速的的生产机械 应根据调速的动静技术指标业选择拖动方案 3. 根据生产机械的负载性质来选择电动机的 调速方式 1）生产机械的负载特性 恒转矩型和恒功率型
2、电气方法调速 3、机械与电气调速方法
11.2.2生产机械对自动调速系统技术指标 的要求
1、静态技术指标 主要有静差度、调速范围、调速的平滑性 1）静差度：当负载变化时，生产机械转速的 变化能维持在一定范围之内。常用静差度 来表示生产机机运行时转速稳定的程序， 即要求静差度S应小于一定数值。
注： 机械特性越硬则静差度越小，转速的相对稳定性越高。
在最低转速满足要求则在其他转速毕能满足要求
2）调速范围
生产机械所要求的转速调节的最大范围称为调速范围，
上式
3）调速的平滑性
通常是指两个相邻调速级的转速差 在一定调速范围内，可以得到稳定运行转速 级数越多，则调速的平滑性越高，级数无 穷大时则为无级调速
2、动态指标
1）最大超调量（Mp 一般为10％～35％）
K 0U g
开环时
n
K 0U g Ce
R I a n0 n Ce
所以单闭环有静差调速系统具有以下性质; 1) 在给定电压一定时，
1 n0 f n0 Ce (1 K ) 1 K
K 0U g
（11.14）
闭环系统的理想空载转速降低到开环的 1/ （1＋K），为了使闭环系统获得与开环 系统相同的理想空载转速，闭环时的给定 电压须比开环时的提高（1＋K）倍
放大器的输出电压放大倍数
4)空载时，可控整流器的输出电压
U d K sU f K s K p (U g n)
（11.10）
触发器和整流器作为整体 的等效放大倍数 Ks
5）忽略晶闸管上的压降，对于电动机的电枢回路
U d K en I a R Ce n I a R
电枢总回路电阻
第十一章 直流传动控制系统
本章学习要求
1. 了解机电传动自动调速系统的组成，生 产机械对调速系统提出的调速技术指标 要求以及调速系统的调速性质
2. 掌握自动调速系统中各个基本环节，各
种反馈环节的作用及特点 3. 实验：单闭环晶闸管直流调速系统实验
11.1机电传动控制系统的组成和分类
11.1.1 机电传动控制系统的组成
3、负载增加，Ia增大，由于 作用， 使电动机转速下降（n<n0），从而测 速发电机的电压UBR下降，导致Uf下降， 进而 增大，放大器输出电 压增大，使α减小，整流电压Ud增大， 电动机转速又回到近似n0
他励电动机的机械特性
U E I a Ra E K EΦ n T KTΦ I a
U ab U ao U bo U I a R3 UR2 I a R3 R1 R2
电动机的电枢回路电势平衡关系：
U E I a ( Ra R3 ) I a (U E ) ( Ra R3 )
将Ia的表达式代入 Uab 中可得
U ab
UR2 U E R3 R1 R2 R3 Ra
2 如果将系统的闭环与开环的理想空载转速
调得一样，即
n0 f n0
，则
R 1 n f Ia n Ce (1 K ) 1 K
（11.15）
在同样的负载下，闭环系统的转速 降仅为开环系统的 1/（1＋K）,
从而提高了系统的机械特性硬度， 使系统的静差度减少
（3）由式11.4可知，在最大运行速度nmax和 低速时最大允许静差度S2不变得情况下， 开环系统和闭环系统的调速范围分别是
B)负载为恒功率型的生产机械，应尽量选择 恒功率型调速方式，PN>=PL
11.3晶闸管电动机直流传动控制系统
晶闸管电动机直流传动控制系统常用的有： 单闭环直流调速系统 双闭环直流调速系统 可逆系统
11.3.1 单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统常分为 有静差调节系统 无静差调节系统。
单闭环调速系统框图
1、有静差调节系统： 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。
左图为晶 闸管－直 流电动机 有静差调 速系统原 理图
Ug——给定电压
Uf——速度反馈信 号
△U＝
Ug － U f
Uk——触发器 的 输入控制电压 Ud——整流器的整 流电压，可由控制 角α来改变。
可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统
5）按调节动作与时间的关系，
可分为断续控制系统和连续控制系统
6）按系统中所包含的元件特性，
可分为线性控制系统和非线性控制系统。
11.2 机电传动控制系统调速方案的选择
调速方法一般有机械的，电气的、液压的、 气动的几种。
1、机械方法调速
驱动用电动机一般运行在固有机械特性的 一个转速上，速度的调节是通过变速齿轮 箱或几套变速皮带轮或其他变速机构来实 现的。
（11.11）
由此可得带转速负反馈的晶闸管－电动机有 静差调速系统的机械特性方程
R n Ia Ce (1 K ) Ce (1 K ) n0 f n f
K K p Ks Ce
（11.12）
K 0U g
K0 K p Ks
从放大器的输入端到可控整流 电路输出端的电压放大倍数 闭环系统的开环放大系数
恒转矩型和恒功率型
2）电动机调速过程中的负载能力
A）恒转矩调速，当直流电动改变电枢电压 调速时，其输出转矩不变，等于额定转矩 而输出功率随转速增加成正比增加 B）恒功率调速。改变磁通调速，输出功率 不变，等于额定功率
3）电动机的调速性质与生产机械的负载 特性的配合
A）负载为恒转矩型的生产机械，应尽量选择 恒转矩型调速方式，TN>=TL
机电传动控制系统： 电机、电器、电子部件组合 而成，通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务
下图为直流发电机——直流电动机（G－M系统）
输入量 （励磁）
控制器
（发电机）
控制对象 输出量
（电动机） （转速）
图11.1 开环控制系统方框图 此系统不存在被控量对控制量 的影响和联系，所以称 为开环控制系统
电流负反馈信号
3、Uab 综合反馈信号 Uab＝Uao－Ubo
1、Uao
——
电压负反馈信号
Uab＝Uao－Ubo
电压负反馈信号Uao 随电枢端电压U而变，若令
R2
电压反馈系数
R1 R2
2、 Ubo
——
电流负反馈信号
Ubo 随 Ia 而变，代表 I a在电阻上 R3引起的压降
即电流正反馈信号 U bo I a R3
1）当电流较小时， IaR <Ub,二极管V不导通， 电流负反馈不起作用 2）当主回路电流增加到一定值IaR >Ub,二极管 导通IaR 与比较电压Ub比较后送到放大器，其极性与
Ug相反
1）速度n＝0，电流 为 Iao称为堵转电流
开环 闭环
nmaxS2 D nN (1 S 2 )
nmax S 2 Df nNf (1 S 2 ) (1 K ) D
nmax S 2 n N (1 S 2 ) 1 K
（11.16）
闭环系统的调速范围为开环系统的 （1＋K ）倍
提高系统的开环放大系数K是 减小静态转速降落，扩大调速 范围的有效的措施
根据11.9看出若系统是开环的，没有转速负 反馈，则整流器的输出电压为
U d K p K sU g K 0U g Ce n I a R
由此得到开环系统的机械特性方程为
n
K 0U g Ce
Ce
R I a n0 n Ce
（11.13）
n0
K0U g
闭环时
R n Ia Ce (1 K ) Ce (1 K ) n0 f n f
UR3 UR2 E R3 R1 R2 R3 Ra R3 Ra
上式若满足：
UR3 UR2 0 R1 R2 R3 Ra R3 R2 即 ＝ R1 R2 R3 Ra
R2 R3 得到电桥平衡条件： ＝ R1 Ra
…….（11.17）
R3 E 则有： Uab R3 Ra
11.1.2自动控制系统的分类
1) 按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电
势负反馈、电压负反馈及电流正反馈控制系统。
2) 按自动调节系统的复杂程序，可分为单环自动调
节系统和多环自动调节系统 3) 按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为 有静差调节系统和无静差调节系统。
4) 按给定量变化的规律，
1、放大器为比例放大器 2、直流电动机 M 由晶闸管可控整流器经过平波 电抗器 L 供电整流电压Ud由控制角α来改变 1）偏差信号： U
U g U f
为比例放大器的输入
2）速度信号与转速成正比：U f
n
转速反 馈系数