单闭环直流调速电路
调速实验1-4
１、简述实验中观察到的现象，对实验中出现的问题加以分析、解释。
２、画出U/F曲线。
３、画出异步电动机的机械特性n=f（Ｔe）曲线。
４、思考题：如何改变电动机的加速度、减速度？
５、写出实验小结。
实验四速度闭环三相异步电机调压调速系统实验
一．实验目的
3)直流电动机的电枢电流不要超过额定值使用，转速也不要超过1.2倍的额定值。以免影响电机的使用寿命，或发生意外。
4)DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地。
实验二、双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验
一、实验目的
1、了解双闭环不可逆直流调速系统的原理及组成。
2、掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试方法和步骤。
⑴、通过触摸面板上LO/RE切换键进行切换。
⑵、通过对输入端子参数（n36～n39）的设定来切换。
1、 触摸面板的操作方法
触摸面板操作有两种功能：一种是用面板上的RUN键和STOP/RESET键来控制电机的起动、停止。另一种是用于参数设定。
1） 指示灯显示说明
正常时:接通电源后，RUN灯闪亮、ALARM灯灭。指示灯FREF、FOUT、IOUT、MNTR、F/R、LO/RE、PRGM中有灯亮，指示窗口有数据显示。
U09：显示过去最后一次发生过的异常内容。
U10：制造商管理用。
F/R：灯亮时，可用 或 键，选择电动机的运转方向（正/
反转）。 FOR：正转 rev：反转
LO/RE：灯亮时，可用 或 键，选择本地/远程模式。
rE：远程 LO：本地
PRGM：。灯亮时，可用 或 键，选择要设定的参数，再用
键显示该参数的内容，用 或 键修改该
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
模块一 单闭环直流调速系统
• 项目一 单闭环直流调速系统的概念 和性能指标
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 任务一 直流调速系统的基本概念
• 直流电动机调速系统在电力拖动调速系统中占据很重 要 的 地 位 ， 由 于 直 流 电 动 机 具 有 良好 的 运 行 和 控 制 特 性，并且直流调速系统的理论和实践都很成熟，因此 在 许 多 工 业 领 域 得 到广 泛 的 应 用 ， 如 挖 掘 、 轧 钢 、 造 纸、纺织等诸多领域。
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• ２. 抗 扰 性 能 指 标 • 当控制系统在稳定运行过程中受到电动机负载变化、
电 网 电 压 波 动 等 干 扰 因 素 的 影 响时 ， 会 引 起 输 出 量 的 变 化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。 这 一 恢 复 过 程 就是 系 统 的 抗 扰 过 程 。 一 般 以 系 统 稳 定 运 行 中 突 加 负 载 的 阶 跃 扰 动 后 的 过 渡 过 程 作 为 典 型 的 抗扰 过 程 ， 如 图 １ －４ 所 示 。 • （ １） 动 态 降 落 Δｎ ｍａｘ ％。 系 统 稳 定 运 行 时 ， 突 加 一 个 扰 动 量 后 引 起 的 最 大 转 速 降 落 Δｎ ｍａｘ称 为 动 态 降 落 ， 用 输 出 量 的 原 稳 态 值 ｎ∞１的 百 分 数 来 表 示 。 当 输 出 量 在 动 态 降 落 后 又 恢 复 到新 的 稳 态 值 ｎ∞２时 ， 偏 差 （ ｎ • ∞１－ ｎ∞２） 表 示 系 统 在 该 扰 动 作 用 下 的 稳 态 降 落 ， 一 般 动 态 降 落都 大 于 稳 态 降 落 。
1-直流调速系统-单闭环
缩短起动和制动时间，以提高生产率；不宜经受
剧烈速度变化的生产机械要求起动、制动平稳。
调速稳态性能指标：
1. 调速范围 -- 生产机械要求电动机在额定负载时提
供的最高转速与最低转速之比 ：
nmax D nmin
2. 静差率 -- 电动机在某一个转速下运行时，负载由
理想空载增加到额定值时所对应的转速降 nN 与 理想空载转速 n0 之比 ：
因此得到： 1.17U 2 cos C e n I d R
1.17U 2 cos I d R n Ce
转速 n 随触发角 变化，
改变 角，即可得到一簇
平行的机械特性曲线。
转速控制基本要求： 1. 调速：在一定的速度范围内分级或无级调速； 2. 稳速：以一定的精度在所需转速上运行，尽量不 受负载变化、电源电压变化等因素的干扰； 3. 加、减速：频繁起动、制动的生产机械要求尽量
闭环系统特征方程即为：
TmTTs 3 Tm ( T Ts ) 2 Tm Ts s s s10 1 K 1 K 1 K
应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：
Tm ( T Ts ) Ts2 K TTs
式中右侧即为系统临界放大系数 Kcr 。
结论： 1. 单闭环有静差晶闸管直流调速系统的动态稳定性 取决于开环放大倍数 K 与各环节时间常数的关系。 K 越大稳态性能越好，但 Tm 、Tl 、Ts 一定时，K 越大越不易稳定。二者发生矛盾时，必须采取动 态校正措施改造系统。 2. 不考虑 Kp 、 的惯性时，系统被视为三阶系统。 考虑闭环稳定性时， Ts 虽然很小，却不能轻易忽 略。若忽略 Ts 则系统变成二阶系统，二阶闭环系 统理论上总是稳定的。
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图
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
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节 单闭环直流调速系统一、转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。
直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。
经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。
转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。
ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。
本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。
1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。
n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ∆+=+-=+-=0)(φφφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降，而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。
转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。
图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。
图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。
假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。
当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。
实验一转速单闭环直流调速系统
实验一 转速单闭环直流调速系统一．开环直流调速系统１．原理图：220VUg励磁回路直流电机主回路２．接线：主回路、励磁回路、负载回路。
３．调整触发脉冲零位：给定电位u g ，双脉冲产生单元输入电位u c ，当0==c g u u 时，调双脉冲产生单元电位器RP ，观察示波器波形显示，使触发角︒︒=120~90α。
(由于电机电枢电阻，非纯电感负载，α应大于90°)4.开环机械特性测试：加励磁，给定0=gu，闭合主回路，强电交流输入电压调到220V。
若电机爬行，适当调双脉冲产生单元电位器RP，确保触发脉冲零位正确。
1) 负载Rg 开路（空载），调节正给定ug，使得电机转速min/1400rn=，记录直流电动机电流Id2) 给定ug保持不变，将负载电阻Rg放在最大，闭合负载回路。
逐步减小Rg，增大电机负载，测试电机静特性。
记录转速ｎ和对应电流Id，并作图。
二．转速单闭环调速系统 1．原理：直流电机主回路2．转速反馈整定：u g + -> u c ，调正给定u g ，开环运行至min /1500r n =。
调转速反馈单元FBS 中的电位器RP,使转速反馈电压V u n 5=(用万用表测量)。
由于转速调节器ASR 是反相器，故转速反馈电压端极性取正。
3．转速调节器ASR 的限幅整定：ASR 接成PI 调节器，不通强电。
负给定u g -（ug<0）接ASR 的输入端,ASR 的输出端连接u c 。
ug<0，调ASR 的电位器RP1（对应正输出），观察示波器波形变化，使触发角︒︒=30~15α。
4．测闭环静特性：负给定u g -和u n 接ASR 的输入端，ASR 的输出端连接u c ，连接成闭环。
方法步骤同开环测试。
1)．有静差：ASR 为P 调节器（电容二端短路），测试静特性，并作图。
2)．无静差：ASR 为PI 调节器，测试静特性，并作图。
直流单闭环直流调速控制教学
闭环系统和开环系统的静差率分别为
scl
ncl n0cl
和
sop
nop n0op
当
n0op
=n0cl
时，Hale Waihona Puke sclsop 1 K
系统特性比较〔续〕
〔3〕当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大 提高调速范围。
如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速 静差率的要求相同，那么：
开环时，
Dop
nN s nop (1
3.单闭环转速负反响调速系统的性能分析
一、稳态分析〔静特性〕
为了突出主要矛盾，先作如下的假定： 〔1〕假定系统中各环节的输入输出关系都是线性的； 〔2〕忽略控制电源和电位器的内阻。 〔3〕系统在电流连续段工作。
各环节的稳态关系如下：
电压比较环节 放大器
U n
U
* n
Un
Uct KpU n
电力电子变换器
例如：
Un
Ud0 n
Un Uc
在反响环外的给定作用，即转速给定信号，它的 些微变化都会使被调量随之变化，丝毫不受反响 作用的抑制。因此，反响控制系统所能抑制的只 是被反响环包围的前向通道上的扰动。
3. 系统的精度依赖于给定和反响检测精度
给定精度——由于给定决定系统输出，输出精度 自然取决于给定精度。
K
sU
* n
Ce (1 K )
U*n
+
∆Un Kp Uc
Ks Ud0 1/Ce
n
- Un
b〕只考虑扰动作用时的闭环系统
+
n RId Ce (1 K )
-IdR E
n
+
1/Ce
- Ud0
实验十三 单闭环直流调速系统
实验十三单闭环直流调速系统一、实验目的1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBCC-1”)三、实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。
过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。
现在基本上采用晶体管功率放大器。
PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1．PWM的工作原理图13-1 PWM的控制电路上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
2．功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。
该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3．反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。
磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
单闭环直流调速系统
交直流调速系统
二、 单闭环调速系统的稳态特性
下面分析闭环调速系统的稳态特性， 以确定它如何能够减少转速降落。为了突 出主要矛盾，先作如下的假定： 忽略各种非线性因素，假定系统中各环节 的输入输出关系都是线性的统
(1) 闭环系统的机械特性的定量分析
转速检测环节
Un 2Utg 2Cetg n n
交直流调速系统
③ 单闭环转速负反馈调速系统的稳态结构图
Un
U n -
Kp
U ct
Ks
U d0
Id R E
1 Ce
n
Un
图10 有静差转速负反馈单闭环调速系统稳态结构框图
由系统稳态结构图得到系统的静特性方程为
RId n n 0cl n cl Ce (1 K P KS / Ce ) Ce (1 K) Ce (1 K)
n0a
∆ nNa
a
n0b ∆ nNb b 0
TeN
图6 不同转速下的静差率
Te
静差率与机械特性硬度的区别（续）
例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；
在100r/min时同样降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占 100%，这时电动机已经停止转动。
交直流调速系统
nN nN s n0 min nmin nN
于是，最低转速为 nN (1 s)nN nmin nN s s
交直流调速系统
而调速范围为
nmax nN D nmin nmin
将上面的式代入 nmin，得
nN s D n N (1 s )
交直流调速系统
交直流调速系统
电压单闭环直流调速
等级: 湖南工程学院课程设计课程名称专业综合课程设计课题名称电压单闭环不可逆直流调速系统专业自动化班级1101班学号201101020114姓名张辉指导教师李祥来、赵葵银、沈细群等2014年9月1日湖南工程学院课程设计任务书课程名称专业综合课程设计课题电压单闭环不可逆直流调速系统专业班级自动化1101班学生姓名张辉学号201101020114指导老师李祥来、赵葵银、沈细群等审批黄峰任务书下达日期2014年9月1日任务完成日期2014年9月 16日设计内容与设计要求设计内容：1. 电路功能：1）用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转速。
2）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。
3）主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。
4）系统具有完善的保护2. 系统总体方案确定3. 主电路设计与分析1）确定主电路方案2）主电路元器件的计算及选型3）主电路保护环节设计4. 控制电路设计与分析1）检测电路设计2）功能单元电路设计3）触发电路设计4）控制电路参数确定设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并进行试验调试。
并给出必要的波形分析。
4．绘制总电路图，5．写出设计报告；主要设计条件1.设计参数1）输入输出电压：（AC）220（1+15%）、2）最大输出电压、电流根据电机功率予以选择3）要求电机能实现单向无级调速4）电机型号布置任务时给定2.可提供实验与仿真条件电力电子与运动控制技术训练室提供实验条件说明书格式目录1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．设计总体思路，主电路设计；5．控制单元电路设计（各单元电路图）；6．实验或仿真调试等。
7．总结与体会；8．附录（完整的总电路图）；9．参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排设计时间分为二周第一周星期一: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:控制电路设计星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验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]孙培德．现代运动控制技术及其应用．电子工业出版社，2012[3]陈伯时．电力拖动自动控制系统（第4版））．机械工业出版社，2012[4]曾毅．运动控制系统工程．机械工业出版社，2014[5]刘定建，朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996[6]刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，1999目录第1章概述........................... . (1)1.1 设计要求 (2)1.2 设计参数 (2)1.3 系统组成 (2)1.4工作原理 (3)第2章主电路设计 (5)2.1 主电路的分析 (5)2.2 单相桥式全控整流电路的计算 (6)2.3 晶闸管电路参数计算分析 (7)第3章控制电路的设计 (9)3.1 锯齿波同步移相触发电路 (9)3.2检测与保护电路设计 (10)3.3 调节电路设计 (12)第4章电路调试 (13)4.1 主电路调试 (13)4.2 基本单元部件调试 (13)4.3 调试注意事项 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章概述调速控制系统是通过对电动机的控制，将电能转换成机械能，并且控制工作机械按给定的运动规律运行的装置，用直流电动机作为原动机的传动方式称为直流调速。
带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计
带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计目的（1）了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理，熟悉组成环节及每个环节的作用。
（2）应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
（3）应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
2设计参数采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电动机UN=220V， IN=65A，nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.15Ω，电枢电感La=0.0002H，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H，供电电源电压U2=130V；晶闸管装置Ts=0.00167s，放大系数Ks=40；电枢回路总电阻R=0.5Ω；电枢回路总电感L=15mH；电动机轴上的总飞轮惯量GD2=12.5N·m2；转速调节器最大给定值*nmU=10V；3 设计任务(1)分析电流截止负反馈环节的工作原理，画出系统稳态结构图；(2)在MATLAB中建立带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统；(3调节控制器参数，确定最佳调节参数。
将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
比较带电流截止负反馈环节和不带电流截止负反馈环节启动过程的差异。
4设计要求1.稳态指标：转速无静差；2.动态指标：启动电流的最大值150 A。
空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。
4 设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。
引入电流负反馈，可以使它不超过允许值。
但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，让电流随着负载的增减而变化。
单闭环直流调速系统
实验一、单闭环直流调速系统实验（注意：本实验为本学期的考核试验，考核时间为第14~15教学周，第14周为1、2班考核时间，第15周为3、4班考核时间。
考核前学生可以到实验室进行实验复习。
实验室开放时间为：每周一、二、三、四下午。
）二、实验所需设备及仪器三、转速单闭环直流电机调速系统原理及实验系统组成以直流电机转速为反馈信号的单闭环系统叫做转速单闭环直流电机调速系统。
在本实验系统中，用以测量电机转速的装置为测速发电机，该装置可将电动机实际转速转换位于电机转速成正比的电压信号反馈到系统输入端。
反映转速变化的电压信号在与期望转速相关的给定电压比较后，其偏差信号送入速度调节器。
速度调节器对偏差进行控制运算后得到的便是控制晶闸管的移相控制电压U ct，整流桥的触发电路产生的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，进而改变直流电机的转速，从而构成了速度负反馈闭环系统。
其动态结构框图如图1所示。
单闭环直流电机调速实验系统由被控对象、控制器和执行器三部分组成，它们之间的关系如图2所示。
（1）被控对象被控对象就是直流电动机M，它在主回路直流电压的作用下旋转，其转速为系统的被控参数。
测量直流电动机转速的装置为与直流电动机同轴安装的测速发电机TG，TG的输出电压与直流电机转速成正比，该电压通过速度变换电路反馈到控制器的输入端与给定信号相比较。
本系统使用一台带有负载电阻R的发电机来模拟直流电机的负载，改变可变电阻R的大小也就改变了直流电动机M的负载。
为平滑直流电动机的电流，在供电回路中接有300mH的平滑电抗器。
（2）控制器控制器为本实验的主要内容之一，为使系统为无差系统，本系统采用了PI（比例-积分）调节器，依靠其中的积分作用实现了转速的无差调节。
（3）执行器执行器就是三相整流电路及其触发电路部分，它起着将控制器输出电压转换为电动机两端的直流电压的作用。
四、实验内容（1）基本单元测试。
实验二_单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可一、实验目的逆直流调速系统实验（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）掌握晶甲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（包挂单闭环系统和多闭环系统）。
对调速指标要求不高的场合，采用直流调速系统，而对调速指标要求较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速负反馈、电流反馈、电压反馈等。
在单闭环系统中，转速负反馈单闭环使用较多。
转速负反馈单闭环系统原理如图5.11所示。
图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度反馈”后接到“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Ua，用作控制整流桥的“触发电路”。
触发脉冲经功放后加到晶甲管的门极的阴极之间，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。
电动机的转速随给定电压的变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定。
若电流调节器采用比列（p）调节，对阶跃输入由稳态误差，则需将调解器换成比列积分（pi）调节。
这时若“给定”电压恒定，闭环系统对速度变化起到了让制作用，当电动机负责或电源电压波动时，电动机的转速能稳定在一定的范围内变化。
电流反馈单闭环系统原理图如图5.12所示，图中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”电压比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流电桥的“触发电路”，关改变“三相全控整流”的电压输出，从各构成了电压反馈闭环系统。
电动机的最高转速也有电流调节器的输出限幅所决定。
同样，若电流调节器采用比例（P）调节，则对阶跃输入由稳态误差，要消除该误差可将调节器换成比例积分(PI)调节。
当”给定”电压恒定时，闭环系统对电枢电压电流变化起到了抑制作用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
第一章 单闭环直流调速系统
第1章 单闭环直流调速系统
本章着重讨论基本的闭环控制系 统及其分析与设计方法。
本章提要
1.1 直流调速系统的构成 1.2 单闭环调速系统的稳态分析与设计 1.3 单闭环调速系统的动态分析与设计 1.4 无静差调速系统 1.5 电压反馈电流补偿控制的调速系统
1.1 直流调速系统的构成 根据前面分析，调压调速是直流 调速系统的主要方法，而调节电枢 电压需要有专门向电动机供电的可 控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电 源。
TL
T
斜率小，特性硬
直流调速系统主要内容
直流调速方法 直流调速电源 直流调速控制
直流调速方法
根据直流电机转速方程
Ud Id R n Ke
式中 n — 转速（r/min）； U d — 电枢供电电压（V）； I d — 电枢电流（A），由负载决定； R — 回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ke — 由电机结构决定的电动势常数。• Leabharlann -M系统的特点 与G-M系统相比较：
晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的 优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 10 4 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控 制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放 大器。 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而 晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的 动态性能。
式中 E — 电动机反电动势； id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感； R — 主电路等效电阻； 且有 R = Rrec + Ra + RL；
Rrec是整流装置内阻， Ra是电枢电阻， RL是电抗器内阻。
对ud进行积分，即得理想空载整流电压 平均值Ud 。 用触发脉冲的相位角 控制整流电压的 平均值Ud是晶闸管整流器的特点。 Ud与触发脉冲相位角 的关系因整流电 路的形式而异，对于一般的全控整流电路， 当电流波形连续时，Ud = f () 可用下式表 示
单闭环直流调速系统.
（2）减弱励磁磁通
（3）改变电枢回路电阻R
➢调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ra
n0
调节过程：
改变电压 UN Un ， n0
调速特性： 转速下降，机械n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
➢调阻调速
- Un
Ks Ud
0
1/Ce
n
+
只考虑扰动作用-IdR时
-IdR E
+
n
的闭环系统
- Ud
1/Ce
n RI d Ce (1 K )
0
Ks Kp
利用叠加原理得
n
K
p
KsU
* n
IdR
Ce (1 K) Ce (1 K)
注意
闭环调速系统的静特性表示闭环系 统电动机转速与负载电流（或转矩） 间的稳态关系，它在形式上与开环机 械特性相似，但本质上却有很大不同， 故定名为“静特性”，以示区别。
电流截止负反馈的作用
可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只 有在电流超过某个允许值(称为阈值)时才起作用，这 就是电流截止负反馈。
检测装置好似我们的眼睛，测量的尺子
结论
反馈控制系统的规律是：一方面能够 有效地抑制一切被包在负反馈环内前向 通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧 地跟随着给定作用，对给定信号的任何 变化都是唯命是从的。
电流截止负反馈
问题的提出（一）： 根据直流电动机电枢回路的平衡方程式可知，电枢电流
Id为当：电机起动时I，d 由于U存d R在aC机e械n 惯 U性d，Ra所E以不可能立即转 动起来，即n=0，则其反电动势E=0。这时起动电流为：
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单闭环直流调速电路
单闭环直流调速电路是一种用于调整电机转速的电路。
它的基本原理是通过改变电机的电压或电流来调整电机的转速。
该电路由两个闭环组成：电压反馈环和转速反馈环。
在电压反馈环中，电路通过测量电机的输出电压来调整电机的电压。
当输出电压高于设定值时，电路会降低电机的电压，使输出电压回到设定值。
当输出电压低于设定值时，电路会增加电机的电压，使输出电压回到设定值。
这样就可以实现对电机输出电压的精确控制。
在转速反馈环中，电路通过测量电机的转速来调整电机的电压或电流。
当转速低于设定值时，电路会增加电机的电压或电流，以提高电机的转速。
当转速高于设定值时，电路会降低电机的电压或电流，以降低电机的转速。
这样就可以实现对电机转速的精确控制。
单闭环直流调速电路可以应用于许多场合，如工业生产、交通运输等领域。
它可以提高电机的效率和运行稳定性，同时降低电机噪声和损耗，从而提高设备的运行效率和寿命。