情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静差单闭环直流调速系统的调速
单闭环直流电机调速课程设计
课程设计任务书课程名称：电力电子技术课程设计题目：闭环直流电机控制系统设计设计内容与设计要求一．设计内容：1. 系统总体方案确定：1.1用晶闸管整流实现直流调压，实现直流电动机的无级调速。
1.2系统电路由主电路与控制电路组成：主电路主要环节：整流电路及保护电路。
控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。
1.3主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT1.4系统具有完善的保护2. 主电路设计与分析2.1设计主电路；2.2 计算主电路参数并选择主电路元器件选型；2.3 设计主电路保护环节；3. 控制电路设计与分析3.1确定控制电路总体结构，要求采用单闭环控制；3.2 设计速度调节器电路；3.3设计触发电路4. 单闭环直流调速控制系统的调试或仿真4.1在实验室对设计的单闭环直流调速控制系统进行调试；4.2设计单闭环直流调速控制系统仿真模型，确定设计系统的性能指标。
一．设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．单元电路设计，给出具体设计电路；3．系统仿真时需给出仿真波形并进行分析。
4．绘制总电路图5．写出设计报告；主要设计条件1．设计依据主要参数1）输入输出电压：三相交流，380V ;2）主电路最大输出电压、电流根据电机参数予以确定；3）要求电机能实现单向无级调速4）电机型号电机型号1：Z2-22 额定参数2.2KW 220V 12.35A 3000 r/min 电机型号2：Z2-71 额定参数30KW 225V 158.5A 3000 r/min 2. 可提供实验设备或上机仿真说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．系统方案确定；5．主电路设计6．控制电路设计（各单元电路图）；7．系统实验、电路改进、仿真等。
8．总结与体会；9．附录（完整的总电路图）；10．参考文献；11、课程设计成绩评分表进度安排第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:主电路元件选型星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二~三:系统调试及仿真等星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理参考文献1．王兆安，电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，2008. 2．刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，2009.3. 浣喜明，姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2008.4．刘祖润，胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995.5. 林飞，杜欣．电力电子应用技术的MATLAB仿真．中国电力出版社，2009.6．钟炎平．电力电子电路设计．华中科技大学出版社，2010. 7．徐德鸿．现代电力电子器件原理与应用技术．机械工业出版社，2011.8．洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真．机械工业出版社，2006.目录第1章概述 (1)第2章系统总体方案确定 (2)2.1 闭环调速系统的组成及其静特性 (3)2.1.1 系统组成 (3)第3章主电路设计 (4)3.1主电路结构设计 (4)3.2主电路参数计算及元器件选型 (4)3.2.1整流变压器T1参数计算 (4)3.2.2 晶闸管参数计算 (5)3.2.3 滤波电容计算 (5)3.2.4 平波电抗器计算 (5)3.3主电路保护设计 (6)3.3.1过电流保护 (6)3.3.2 过电压保护 (6)第4章单元控制电路设计 (7)4.1主控制芯片的详细说明及其外围元件设计 (7)4.2检测及控制保护电路设计 (7)4.3驱动电路的设计 (7)第5章系统仿真 (10)5.1 仿真参数计算 (10)第6章总结 (14)附录： (15)第1章概述目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流电动机具有良好的起、制动性能，调速范围广，静差率小，稳定性好以及具有良好的动态性能，在很多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
导入 内容 案例 总结
2、单闭环调速系统的抗干扰性分析
引入转速负反馈的目的在于提高调速系统的抗干扰性，保持转 速的相对稳定，那么，单闭环调速系统是怎样实现抗干扰作用的呢？ 以负载电流增大为例分析如下 ：
I
↑→
d
n
Ud
Id Ce
R↓→
U
↓→
n
U↑→Uct↑→Ud↑→
n↑
通过这一调节可抑制转速的下降，虽然不能做到完全阻止转速下
降，但同开环相比，转速的下降程度会大大降低，从而保持了转速的 相对稳定 。
同相可分析电网电压下降时，系统的抗干扰性。电网电压下降时， 整流装置输出电压Ud减小，电机转速下降，系统调节过程如下：
Ud↓→
n
Ud
I Ce
单相180V 直流1A 直流180V s<10%
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
导入 内容 案例 总结
通过本节课的学习，我们学到了单闭环直流调速系统的工作原理和 性能，单闭环直流调速系统是在开环直流调速系统的基础之上通过增 加反馈检测环节和比较放大电路，采用闭环控制构成的，是一种非常 重要且比较常见的直流调速系统，同时，学习单闭环直流调速系统的 相关知识是学习双闭环直流调速系统的基础，为以后的学习打下基础。
职业资格培训电工（四级） 单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
闭环直流调速系统就是在开环直流调速系统的基 导入 础上增加了反馈比较环节，系统为了稳定输出，通 内容 常引入负反馈。
案例 总结
图1 闭环调速系统的框图
导入 内容 案例 总结
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
单闭环直流调速系统
根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统 是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调 量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。 调速系统的转速降落正是由负载引起的转 速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统应 该能够大大减少转速降落。
系统组成
图1-8 采用转速负反馈的直流调速系统
根据各环节的稳态关系可以画出闭环系统的稳 态结构图，如图1-9所示。
闭环系统的稳态结构框图
图1-9 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图
1.1.2
晶闸管-电动机系统开环机械特性
1．电流连续时开环机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式：
n 1 1 m (U d0 I d R) ( U m sin cos I d R) Ce Ce m
式中 Ce = KeN——电动机在额定磁通下的电动 势系数； α——从自然换相点算起的触发延迟角 (rad)； Um——α=0时的整流电压波形峰值(V)； m——交流电源一周内的整流电压脉波数。
而调速范围为： nmax nN D nmin nmin
将上式代入得
nN s （1-4） D nN (1 s ) 由式(1-4)可见，如果对静差率要求越严， 即要求s值越小，则系统能够允许的调速范围也 越小。 结论：一个调速系统的调速范围，是指在最 低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。
1．稳态性能指标
1) 调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低 转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即：
nmax D nmin
(1-2)
其中， nmax 和nmin一般都指电机额定负载时 的转速，对于少数负载很轻的机械，也可用实际 负载时的最高和最低转速来代替，例如精密机床。
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
小功率有静差直流调速系统的分析
案例七: 小功率有静差直流调速系统的分析图4-1 KZD-Ⅱ型小功率直流调速系统线路图1．系统结构特点和技术数据此为小容量晶闸管直流调速装置，适用于 4kW 以下直流电动机无级调速(调速范围 D≥10∶1，静差率 s≤10%)。
装置的电源电压为 220V 单相交流，输出电压为直流 160V，输 出最大电流 30A；励磁电压为直流 180V，励磁电流为 1A。
系统主要配置 Z3 系列(电枢电压 160V，励磁电压 180V)的小型直流他励电动机。
装置的主回路采用单相桥式半控整流线路。
具有电压负反馈、电流正反馈和电流截止负反馈环节。
图4-2 KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图2．定性分析对实际系统分析，一般是先定性分析，后定量分析。
即先分析各环节和各元件的作用， 搞清系统的工作原理。
然后再建立系统的数学模型，进一步作定量分析。
分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是：主电路→触发电路→控制电路→辅助电路(包 括保护、指示、报警等)。
现依次分析如下：① 主电路中主电路中桥臂上的两个二极管串联排在一侧，这样它们可以兼起续流二极管(Free－ Wheeling diode)的作用，但这样两个晶闸管阴极(Cathode)间将没有公共端，脉冲变压器 (Pulse Transformer)的两个二次绕组间将会有 220 2´ 的峰值电压(Peak Voltage)。
因此 对两个二次绕组间的绝缘(Insulation)要求也要提高。
在要求较高、或容量稍大(2.2kW 以上)的场合，应接入平波电抗器 Ld，以限制电流脉 动(Pulsation)，改善换向条件，减少电枢损耗，并使电流连续。
但接入电抗器后，会延迟 晶闸管掣住电流(Latching Current)的建立，而单结晶体管张弛振荡器脉冲的宽度是比较窄 的，为了保证触发后可靠导通，在电抗器 Ld 两端并联一个电阻(1kΩ)，以减少主电路电流 到达晶闸管所需要的掣住电流的时间。
单闭环直流调速系统课程设计
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
单闭环直流调速系统实验指导书.doc
《单闭环直流调速系统》实验指导书（一）福建工程学院信息科学与工程学院电气工程教研室1实验一单闭环直流调速系统一．实验目的1．加深对闭环调速系统基本概念的理解。
2．通过调整测试，加强实际动手能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。
二．实验设备1．单相调速实验板1套2．直流电动机组1套额定转速--------r/min，电枢额定电流--------A，电枢额定电压-------V，励磁电压-------V3．双踪示波器1台4．MF47万用表1台5．单相调压器（或三相调压器） 1台6．转速表1台三．实验电路见图1－1单闭环直流调速系统图。
四. 实验内容1．按照实验电路原理的要求正确接线，测量并记录1、2、3点对O点的波形以及3、4、5点对O’点的波形。
2．接电阻性负载（灯泡）改变α角测量并记录Ud=f(α)。
3．(调节RW6能改变电动机起动电流)。
4．作出电动机的机械特性(系统开环特性)n=f(Ia)。
（空载转速1200r/pm和600r/pm各作一条）。
6．作出电压负反馈和电流正反馈调速系统的静态特性n=f(Ia)（空载转速1200r/pm和600r/pm各作一条）。
四．注意事项1．接电阻性负载（灯泡）时系统应该处在开环状态下并且电路的放大倍数应处于较小的位置2．做电动机实验时必须始终保持电动机的励磁电压为110V不变。
3．电动机通电状态下注意它的励磁电压不能发生断路，否则会发生飞车。
4．调节电动机起动电流时要等电动机完全停机后才能再次起动电动机，负载重的电动机起动电流应该调在10A—14A之间，负载轻的电动机起动电流2应该调在6A—10A之间(调节RW6能改变电动机起动电流)。
5．作电动机的机械特性时用木棍来增加电动机的负载以此来增加电枢电流作出机械特性。
6．注意加负载那个同学一定要始终观察电枢电流不能让电枢电流大于6A。
7．作电动机的机械特性时如果电动机在某一电流时转速下降较多，可能是电流截止负反馈保护环节起作用，这时需要调节电流截止负反馈保护的电流。
实验二单闭环直流调速系统实验
实验二单闭环直流调速系统实验一、实验目的(1) 了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理(2) 掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。
(3) 认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。
对调速指标要求不咼的场合，米用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P （比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI（比例积分）调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流” 的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节器若采用P （比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI（比例积分）调节。
当“给定” 恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
•［相电源输出电流反馈与过流保护图5-7 转速单闭环系统原理图3速度■变换[2电源1)图5-8 电流单闭环系统原理图四、实验内容(1) 学习DJK01 “电源控制屏”的使用方法。
《交直流调速系统运行、维护与检修 》
多媒体课件建设
整理与专业知识相关 的图片、动画和录像
等视频资料
习题与试题库 的建设
网上答疑活动
4.3编写工学结合的特色教材
编写 工学结合 的特色教材
配套 校本教材
相关实训 指导书
运行、维护 规程
4.4开发并完善实验、实训项目
直流调速系统、位置随动系统的实 验实训项目4个
交调速系统的实验、实训项目20个
采用三级指导 实践教学方式
6.1.1理论教学方法
任务驱动法 项目导向法 角色扮演法 现场教学法 案例教学法 头脑风暴法等
6.1.2教学组织方式
教学组织方式
启发式教学
互动式教学
角色互换 式教学
6.1.3实践教学三级指导方法
全指导
半指导
零指导
6.2教学手段 教学手段
多媒体电子课件
拓宽实践教学环节
调
5 检变 测流 部装 件置 维故 护障 与检 检修 修、
PLC
6 、生
产 线 程运 序行 读与 识维 护
7 、交 变直 频流 器调 的试 维系 护统 与运 检行 修维
护
1、行动导向课程体系
行动导向课程体系
公
专
共
业
基
基
础
础
学
学
习
习
领
领
域
域
专 业 技 能 学 习
顶
专
岗
业
实
综
习
合
周
领
域
1.行动导向课程体系
室
光机电一体化技 术实训室
主要实训内容
晶闸管直流调速系统环节特性的测定与研究、直流电动机的开环调 速系统、转速负反馈单闭环不可逆直流调速系统、双闭环不可 逆直流调速系统。
单闭环直流调速课程设计
单闭环直流调速课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单闭环直流调速系统的基本原理，掌握其数学模型及相关理论知识。
2. 学生能描述单闭环直流调速系统中各个环节的作用，如电源、电机、传感器和调节器等。
3. 学生能解释单闭环直流调速系统中调速参数对系统性能的影响。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的单闭环直流调速系统，并进行仿真或实验。
2. 学生能分析单闭环直流调速系统的性能，通过调整参数优化系统性能。
3. 学生能熟练使用相关仪器和设备，进行单闭环直流调速系统的调试和故障排除。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对电力电子技术及其应用的兴趣，增强对工程技术学习的热情。
2. 学生能认识到单闭环直流调速系统在现代工业中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作能力和批判性思维，形成严谨、务实的科学态度。
本课程针对高年级电气工程及其自动化专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为具体的学习成果。
旨在使学生掌握单闭环直流调速系统的基本理论和实践技能，为后续专业课程学习和工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 单闭环直流调速系统概述：介绍单闭环直流调速系统的基本概念、原理和应用领域。
- 教材章节：第1章 单闭环直流调速系统概述2. 单闭环直流调速系统的数学模型：讲解电机的数学模型、调节器的数学模型以及整个系统的传递函数。
- 教材章节：第2章 单闭环直流调速系统的数学模型3. 单闭环直流调速系统的调速性能分析：分析调速系统的主要性能指标，如稳态性能、动态性能等。
- 教材章节：第3章 单闭环直流调速系统的调速性能分析4. 单闭环直流调速系统的设计方法：介绍系统设计步骤、参数计算方法以及系统仿真与实验。
- 教材章节：第4章 单闭环直流调速系统的设计方法5. 单闭环直流调速系统的优化与调试：讨论如何通过调整参数优化系统性能，以及系统调试方法。
单闭环直流调速系统PPT课件
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14
开环系统存在的问题
开环系统只适用用于对调速精度要求不高的 场合，但许多需要无级调速的生产机械为了 保证加工精度，常常对调速精度提出一定的 要求，这时，开环调速已不能满足要求。
解决思路： 引入反馈控制思想（提出闭环的必要性） 反馈的手段
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15
闭环系统的设计思路
开环系统结构框图
闭环系统结构.框图
目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速 系统的调速范围广，静差率小、稳定性好以及具有良 好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调 速系统几乎都采用了直流调速系统。但近年来，随着 电子工业与技术的发展，高性的交流调速系统的应用 范围逐扩大并大有取代直流调速系统发展趋势。但作 为一个延用了近百年的调速系统，了解其基本的工作 原理，并加深对自动控制原理的理解还是有必要的。
第八章 单闭环直流调速系统
直流调速系统概述 单闭环直流调速系统 单闭环直流调速系统实例分析
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1
8.1 直流调速系统概述
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2
一、什么是调速
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需 要根据工艺要求调节其转速。比如：在加工毛坯工件 时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工 时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为 了要缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工 时要求电机高速运行。所以，我们就将调节电动机转 速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完 成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。
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nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
8
➢调阻调速
工作条件：
保持励磁 =N；
情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静差单闭环直流调速系统的调速
任务2：转速负反馈有静差单闭环直 流调速系统
2.1单闭环有静差调速系统的组成及其静特性
2.1.1 单闭环有静差调速系统的组成
由上图可见，该系统的控制对象是直流电动 机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及 整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器 构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较 环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG 与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组 成框图如下：
情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静 差单闭环直流调速系统的调速
任务1：单闭环直流调速系统概述
1.1直流调速系统概述
1.1.1调速的定义
所谓调速是指在某一具体负载情况下，通 过改变电动机或电源参数的方法，使机械特性 曲线得以改变，从而使电动机的转速发生变化 或保持不变。即调速包含两方面：其一，在一 定范围内变速，其二，保持稳速。
2.1.2 特点： 1.把转速反馈与给定比较形成控制信号， 组成闭环控制； 2.测速环节：直流测速发电机，与直流电 机同轴联结； 3.设置放大器。
。
2.1.3 自动调节过程: 闭环系统能够减少稳态速降的实质在 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，而开环系 统不能自动调节。以负载增大为例，闭环 调速系统的自动调节过程如下：
转速负反馈有静差单闭环直流调速系统流调速系统21单闭环有静差调速系统的组成及其静特性211单闭环有静差调速系统的组成由上图可见该系统的控制对象是直流电动机m被控量是电动机的转速n晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压综合比较环节电位器rp1为给定元件测速发电机tg与电位器rp2为转速检测元件
Cf
U
8
Ui
单闭环直流调速系统共57页文档
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
单闭环直流调速系统4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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显然，若满足静态性能指标，系统将不稳定。静态 精度与动态稳定性是相互矛盾的。
任务3：转速负反馈无静差单闭环直 流调速调速系统
3.1单闭环无静差调速系统的组成 3.1.1积分调节器的作用
无静差调速系统概念： 调速系统受到扰动作用后，又进入稳态运行时，系统 的给定量与被调量的反馈量保持相等，即 =0， 也就是扰动前后的稳态转速不，便构成了无静差系统。
情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静 差单闭环直流调速系统的调速
任务1：单闭环直流调速系统概述
1.1直流调速系统概述
1.1.1调速的定义
所谓调速是指在某一具体负载情况下，通 过改变电动机或电源参数的方法，使机械特性 曲线得以改变，从而使电动机的转速发生变化 或保持不变。即调速包含两方面：其一，在一 定范围内变速，其二，保持稳速。
3.3性能分析
• 由于稳态时PI调节器的输入电压 ， 给定电压和反馈电压相等，系统的静特性 方程是
对应于不同的给定电压，系统的输出特性 是一簇平行线，要改变转速只要改变电压 即可。
1.1.2直流电动机的调速方法 U a I a Ra 直流他励电动机转速方程为 n K e 式中，n为电动机转速（r/min）；；Ua为 电枢电压（V）；Ia为电枢电流（A）；Ra 为电枢回路电阻（Ω）；Φ为励磁磁通 （Wb）；Ke为电动机结构决定的电动势 常数。由直流他励电动机转速方程可见， 调速方案有三种： （1）调节电枢电压调速； （2）减弱励磁磁通调速； （3）改变电枢回路电阻调速。
2.1.4静态特性： 利用自动控制原理中传函的化简原理， 得到调速系统的静特性方程式，从而得出 系统电动机转速与负载电流（或转矩）的 稳态关系，它在形式上与开环机械特性相 似，但本质上却有很大的不同，故定名为 “静特性”这种系统是以存在偏差为前提 的，反馈环节只是检测偏差，减小偏差， 而不能消除偏差，因此它是有静差调速系 统。单闭环有静差直流调速系统的静态特 性为：
s
n N
s
由以上公式可知，当一个调速系统机械 特性硬度（ΔnN）一定时，对静差率要求越 高，即静差率越小，允许的调速范围也越小。
（2）动态调速指标 a、跟随性能指标 上升时间tr， 超调量σ﹪ ， 调节时间ts 。 b、抗绕性能指标 动态降落△cmax， 恢复时间tf ， 振荡次数N。
1.2可控直流电源供电下的直流电动 机开环调速系统
开环机械特性
n
闭环静特性
A B A' C D
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
2.1.5小功率有静差直流调速系统实例分 析
• 例：某设备拖动电动机为Z2-93型直流电 动机，主要参数：
PN 60 kW,U N 220V , I N 305 A, n N 1000 r / min,
电枢电阻 Ra 0.08, 整流器内阻和平波电 C s 抗器电阻0.1Ω， 0.2, T 0.097 s, T 0.012 s T， 0.017 s ， 要求 D 20, s 5% ，问系统能否满足要 求？
• 三种调速方法的机械特性如图所示：
1.1.3直流的调速的供电方案 采用调压调速，必须有一个平滑可调的直流电枢电源。 常用的可控直流电枢电源有以下三种。 （1）旋转变流机组：由交流电动机拖动直流发电机实现变流， 发电机给需要调速的直流电动机供电。调节发电机的励磁电 流可改变其输出电压，从而调节直流电动机的转速。这样的 调速系统简称G-M系统。 （2）静止可控整流器：20世纪60年代起，出现了晶闸管整流 装置，它具有效率高、体积小、成本低、无噪声等优点，其 中，晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10以上，其门极电 流可以直接用晶体三极管来控制。在控制快速性方面，变流 机组是秒级，这将会大大提高系统的动态性能。晶闸管-直 流调速系统，简称V-M系统。 （3）直流斩波器和脉宽调制变换器：在铁路电力机车、城市 电车和地铁电动机等电力牵引设备上，常采用直流串励或复 励电动机，由恒压直流电源供电。晶闸管也可用来控制直流 电压，即所谓的直流斩波器，也称直流调压器。
1.1.4调速指标 （1）静态调速指标 a .调速范围 电动机在额定负载下，运行的最高转速 nmax与最低转速nmin之比称为调速范围， 用D表示，即 D n max /n min b.静差率 静差率是指电动机稳定运行时，当负载 由理想空载增加至额定负载时，对应的转速 降落与理想空载转速之比，用百分数表示为
e m
L
解：（1）由静态指标求闭环系统开环放大系数 系统开环额定转速降
I d R 305 (0.08 0.1) nop r / min 274 .5r / min 0.2 Ce
满足静态指标的闭环系统转速降
nN s 1000 0.05 nc1 r / min 2.63r / min D(1 s) 20 (1 0.05)
2.1.2 特点： 1.把转速反馈与给定比较形成控制信号， 组成闭环控制； 2.测速环节：直流测速发电机，与直流电 机同轴联结； 3.设置放大器。
。
2.1.3 自动调节过程: 闭环系统能够减少稳态速降的实质在 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，而开环系 统不能自动调节。以负载增大为例，闭环 调速系统的自动调节过程如下：
1.2.1可控直流电源供电下的直流电动机开环 调速系统的组成及结构 调速系统的主要电路由晶闸管变流器及 电动机组成，其简单系统原理如图所示。
1.2.2开环调速系统机特性
• 电流连续时V-M系统的机械特性
1 m n ( U sm sin cos RI d ) Ke m
由式可知，当控制角a一定时，转速n 与电流 成线性关系。改变控制角，可得到 一簇彼此平行的直线，如图中实线部分， 虚线为假定电流连续时的延长线。
电流断续时V-M系统机械特性
E 2 2 n U 2 sin( ) sin C e C e 6 2 2
由由上式可知，当确定后，给出不同的 ， 可得对应的n及 Id，便得出电流断续时的机械特 性，如图2.1.10所示。电流断续时，机械特性两 大特点是： 其一，理想空载转速升高。 其二，电流断续时，电动机机械特性显著较软。 综上所述，V-M系统机械特性可分为线性和 非线性两段，为改善电动机运行特性，常在主电 路中串联较大平波电抗器或避免在轻载下运行， 保证晶闸管电流连续。
Cf
U
8
Ui
Ro
Uo
_
Uo
Ui
+
R'
t
积分调节器的特点： ⑴只要Ui≠0,Uo逐渐递增，增长速度由RoCf控制 ⑵Ui=0,Uo保持为某一固定值，具有记忆和保持作用。
3.1.2单闭环无静差调速系统的组成框图
3.2自动调节过程
•
现以阶跃负载为例（指突增或突降负载的 情况），来讨论 PI调节器在扰动调节过程 的作用。
任务2：转速负反馈有静差单闭环直 流调速系统
2.1单闭环有静差调速系统的组成及其静特性
2.1.1 单闭环有静差调速系统的组成
由上图可见，该系统的控制对象是直流电动 机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及 整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器 构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较 环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG 与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组 成框图如下：
n N n0 n N s 100 % 100 % n0 n0
c.调速范围与静差率的关系 在调压调速系统中，额定转速为最高 转速，静差率为最低转速时的静差率，则 最低转速 n N (1 s)n N
nmin n0 min n N
得调速范围与静差率满足下列关系式
nmax nN s D nmin (1 s )n N
由于
nc1
所以
nop 1 K
274 .5 K 1 1 103 .4 nc1 2.63
nop
解：（2）从系统稳定性条件，计算K
Tm (TL Ts ) Ts 0.097 (0.012 0.017 ) 0.017 2 K 15.2 Ts TL 0.012 0.017