2第二讲稳态分析1

闭环调速系统的静特性：闭环系统电动机转速 与负载电流（或转矩）的稳态关系。它实际上 是由许多开环机械特性上的不同运行点集合而 成的，它代表闭环调节作用的结果。
（用图并结合负载突变时系统的调节过程说明闭环 系统静特性和开环机械特性的关系）
n
开环机械特性 闭环静特性
A
B A′
C
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1

图中箭头表示α增大的效果。
V-M系统开环机械特性
机械特性线性化处理方法
若主电路电感足够大，则用连续段特性及 其延长线（图中虚线表示）作为系统的特 性。 若断续特性的非线性程度较显著，则可以 改用另一段较陡的直线来逼近断续段特性， 如下图所示。
问题1：

n n
0 断 续段 断 续段 特性 的 近似 直线 连 续段
U IR n （1）调节电枢供电电压 U调速 K eΦ
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN U U n ， n0 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线平行下移。

n n0 nN n1 n2 n3 O IL
调压调速特性曲线
* n
闭环系统静特性和开环机械特性的关系
重点与难点
重点：
1、两个稳态性能指标（调速范围，
静差率）的含义及其关系； 2、单闭环调速系统的组成及工作原 理； 重点与难点：如何结合负载突变的动 态调节过程分析系统开环机特与闭环 静特性的关系。
性的硬度
相同，即
n0b
nNb
额定速降
n0c
nNc
nN 一定。
0
IN
Id
不同转速下的静差率
结论：
D与S不能相互孤立，要同时提
才有意义。一个调速系统的调 速范围是指在最低速时满足静 差率要求的条件下所能达到的 最大转速可调范围。
D与S的关系如下

由 nmin =n0min-△nN




2 .调速系统的两个稳态指标
（1）调速范围（ D

）
生产机械要求电动机提供的最高 转速nmax和最低转速nmin之比叫调速范 围，用字母D表示，即
D
n n
ma x mi n

其中nmax和nmin一般指电动机额定 负载时系统的最高和最低转速，对于 少数负载很轻的机械，如精密磨床等， 也可用实际负载时的转速。设计调速 系统时，通常将nmax 视为电动机的额 定转速nN。
+
-
U*n ∆Un A Uc
-
UPE
-
M
-
Un n
+
+ -
+
n
Utg tg
TG
-
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
采用比例调节器的系统原理图
R1
* Un
R p1
R0 R0
Uc
+
Ud
-
M
R'
Un
Rp 2
TG
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
2、系统的工作原理及其静特性概念

改变转速给定电压的大小，就可改变电动 机的转速，实现平滑调速。
= △nN /s- △nN =(1-s)△nN/s
可得
D
n n
max min

n n
N

min
(1 s ) n N
n
N
s
其中s为在额定负载下最低速时的静差率， nN为电动机的额定转速，△nN 为额定转速 降。
三.转速负反馈单闭环有静差调速
系统的组成及其静特性
1.系统组成
+ +
～
+
Id Id Ud d
（2）静差率（s）
当系统在某一转速下运行时，系统由
理想空载过渡到额定负载时所对应的 稳态转速降落△nN与理想空载转速no 之比，称为静差率s，即
s nN / n0
（3）D 与 s 的作用

用来衡量调速系统稳态性能的好
坏，它们也是设计调速系统的重要 依据。而且静差率是用来衡量调速 系统在负载变化下转速的稳定度的。 因此，它们既被称为调速指标又被 称为稳态性能指标。
V-M系统 的开环机 械特性与 与电动机 的机械特 性有何不 同？
o
Id
二.调速系统的两个稳态指标


1.调速系统的转速控制要求
调速——在一定的最高转速nmax和最低转速nmin范 围内分档（有级）或平滑地（无级）调节转速。 稳速——以一定的精度稳定在所需转速上运行， 尽量不受负载变化，电源电压变化等各种因素的 干扰。 加减速控制——频繁起制动的生产机械要求尽量 缩短起制动时间以提高生产率；不宜经受剧烈速 度变化的生产机械则要求起制动越平稳越好。
（4）D与s的关系（用图说明并推导关系式）

静差率与机械特性的硬度有关，特性越
硬，静差率越小，稳速精度越高。然而， 静差率与机械特性的硬度又是有区别的。 同样硬度的机械特性，理想空载转速越 低，静差率S越大，转速的相对稳定性越 差。
调速系统的两个稳态指标

右图中三
条机械特
n n0a
nNa
nN
一、V-M系统的开环机械特性
晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图
（1）电流连续时的开环机械特性
从主电路电压方程推出开环机械特性表达式。
（2）电流断续时的开环机械特性
针对不同的控制角有不同机特表达式。 画图说明其特点
特点：
当电流连续时， 机械特性为直 线，且较硬； 当电流断续时， 特性很软，且 呈显著的非线 性，理想空载 转速翘得较高。
N 1 2 3
O
TL
调磁调速特性曲线
Te
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。
UN
U1 பைடு நூலகம்2 U3
I
（2）改变电枢回路电阻 R调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。

U IR n K eΦ
n n0
nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
（3）调节励磁磁通 调速
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。

U IR n K eΦ
n n0 n3 n2 n1 nN

掌握如何结合负载突变的动态调节过
程分析系统开环机特与闭环静特性的 关系。
直流调速方法
直流电动机转速方程
U IR n K eΦ
式中 n U I R — 转速（r/min）； — 电枢电压（V）； — 电枢电流（A）； — 电枢回路总电阻（）； — 励磁磁通（Wb）； Ke — 由电机结构决定的电动势常数。 （1-1）
第 二 讲
单闭环 直流调速系统的稳态分析
（1）
第一章 单闭环直流调速系统
1.1
一.
系统的稳态分析
V-M系统的开环机械特性 二. 调速系统的两个稳态指标 三. 转速负反馈单闭环有静差调 速系统的组成原理及其静特性
要

求
理解闭环系统静特性的概念及其与系统开 环机械特性的关系 理解系统两个稳态性能指标的含义及其关 系
O 0
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
闭环系统静特性和开环机械特性的关系
闭环系统能减小稳态速降的实质

在于它的自动调节作用，在于它 能随着负载的变化而相应地改变整流 电压。
问题：当电动机轴上的负载转矩TL突增 时，系统如何进行自动调节？
TL n E I d I d R n U n U n ( U U n ) U c U d