第九章-直流调速系统PPT课件
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直流电机调速原理PPT课件
Ⅰ
第11页/共204页
500
瞬时换向 极限线
Ⅲ
换向极限线
转速极限 线
1000 1500 n/(r/min)
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
二、直流伺服电动机的速度控制 常采用两种速度调节系统： 晶闸管调速系统
晶体管脉宽调制调速系统。 1. 晶闸管调速系统
利用晶闸管的单向导电可控性，输出可控制的电压；利用 可控硅整流器提供直流电源；通过改变晶闸管触发角，改变外 加电压，从而达到调速的目的。
12000 10000
瞬时换向 极限线
8000
Ⅲ
6000 Ⅱ
4000 温度极限线 换向极限线
2000
Ⅰ
转速极限 线0Biblioteka 500第8页/共24页
1000 1500 n/(r/min)
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
Ⅰ区域为连续工作区, 在该区域中，转矩和转速的任意组合都可
长期连续工作。
Ⅱ区域为断续工作区，在该区域内，电动机只能根据负载周期曲
第7页/共24页
§5.4 直流伺服电动机及速度控制
3. 永磁直流伺服电机的工作特性
对于永磁直流伺服电动机，由于其伺服系统的要求，已经不能
简单地用电压、电流、转数等参数描述其性能，而需要用一些特
性曲线对其性能做全面描述。
① 转矩—速度特性曲线 T/(N∙cm)
转矩极限线
从图中可以得出，伺 服电动机的工作区域被 温度极限线、转速极限 线、换向极限线、转矩 极限线以及瞬时换向极 限线划分成三个区域。
均电压大于零，电动机正转。 ➢ 当t1＜T/2时，加在A、B两端的平
均电压小于零，电动机反转。 ➢ 当t1＝T/2时，加在A、B两端的平
《直流电机调速》课件
直流电机调速的分类
直流电机调速可以分为线性调速和PWM调速两种方式。线性调速是通过改变电 机的输入电压或电流来实现调速的，而PWM调速则是通过改变电机输入电压的 占空比来实现调速的。
PWM调速具有更高的调速精度和更小的电机发热量，因此在许多应用中得到了 广泛的应用。
02
直流电机调速的方法
改变电枢电压调速
总结词
通过改变电枢两端的电压，可以调节直流电机的转速。
详细描述
当电枢两端电压增加时，电机转速相应增加；反之，当电压减小时，电机转速 相应降低。这种方法调速范围广，但需要可调直流电源，控制电路相对复杂。
改变励磁电流调速
总结词
通过改变励磁绕组的电流，可以调节 直流电机的磁场强度，进而调节电机 转速。
详细描述
02
直流电机调速是一种常见的电机 调速方式，具有调速范围广、调 速线性度好、动态响应快等优点 。
直流电机调速的原理
直流电机调速的原理基于直流电机的电磁转矩与电枢电流成 正比的特性。通过改变电枢电流的大小，可以改变电机的输 出转矩，从而调节电机的转速。
另外，直流电机还具有电枢反电动势，它与电枢电流的大小 成正比。改变电机的输入电压或电流，可以改变电机的输入 功率，进一步调节电机的转速。
控制复杂度较高
直流电机调速系统的控制算法相对复 杂，需要专业的技术人员进行维护和 调试。
05
直流电机调速的发展趋势
高性能直流电机调速系统的研究
总结词
随着工业自动化水平的提高，对直流电机调 速系统的性能要求也越来越高，高性能直流 电机调速系统的研究成为重要的发展趋势。
详细描述
为了满足高精度、高动态响应的调速需求， 研究者们不断探索新的控制算法和优化策略 ，以提高直流电机调速系统的调节精度、稳 定性和动态响应能力。
《直流调速控制系统》课件
分，通过接收控制器的控制信号实现转速的调节。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
02
直流调速控制系统的主要技术指标
调速范围与静差率
调速范围
指控制系统能够调节的最高和最低转速之比。例如，如果最高转速为1000转/分，最低转速为10转/分，则调速 范围为100:1。
静差率
指在给定的转速变化下，系统的输出转速变化与输入转速变化的比值。例如，如果输入转速变化1%，输出转速 变化2%，则静差率为2%。
03
控制器选择
选择合适的控制器，如单片机、 DSP等，用于实现控制算法和控 制逻辑。
04
软件设计
控制算法选择
选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制 等。
控制逻辑设计
设计合适的人机界面，方便用户对系统进行 操作和控制。
人机界面设计
根据控制算法和控制需求，设计控制逻辑， 实现系统的自动控制。
数据处理程序设计
调速平滑性
调速平滑性
指系统在调节过程中，输出转速变化的连续性和平滑程度。平滑性好的系统， 输出转速变化连续、无突变，对被控对象的振动和冲击小。
调节时间
指系统从某一转速调节到另一转速所需的时间。调节时间越短，系统的响应速 度越快。
动态响应时间与超调量
动态响应时间
指系统在阶跃输入下，达到稳态值的 90%所需的时间。动态响应时间越短 ，系统的快速性越好。
选择合适的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，用于建立直流调速控制系统的仿真模 型。
仿真模型建立
根据直流调速控制系统的原理，建立仿真模型的各个模块，包括电机模型、控制器模型 、测速模型等。
仿真结果分析
对仿真结果进行分析，验证仿真模型的正确性和有效性。同时，通过对比实验结果和仿 真结果，进一步理解直流调速控制系统的性能特点和控制效果。
交直流调速系统之直流调速简介介绍课件
机的转速和电流， 机的转速和电流，
实现转速和电流 实现转速和电流
的闭环控制
的闭环控制
直流调速系统的工作过程
01
输入信号：接收来 自控制器的指令信
号
02
信号处理：将指令 信号转换为控制信
号
03
驱动控制：控制直 流电机的转速和转
矩
04
反馈控制：根据直 流电机的运行状态， 调整控制信号，实
现闭环控制
05
直流调速系统的挑战与机遇
挑战：提高调速系统的效 率和稳定性，降低能耗和 成本
挑战：提高直流调速系统 的智能化水平，实现对复 杂工况的适应性
机遇：随着新能源技术的 发展，直流调速系统在电 动汽车、轨道交通等领域 的应用前景广阔
机遇：随着物联网技术的 发展，直流调速系统可以 实现远程监控和诊断，提 高系统的可靠性和维护性
直流伺服调 速系统：通 过控制直流 伺服电机的 位置和速度 来控制速度
04
直流变频调 速系统：通 过改变直流 变频器的输 出频率来控 制速度
直流调速系统的基本组成
整流器：将交 流电转换为直
流电
滤波器：滤除 直流电中的交
流成分
逆变器：将直 流电转换为交
流电
控制器：控制 逆变器的输出 频率和电压， 实现调速控制
电机的转矩
03
电压控制：通过控制电压的大小来控制
电机的转速
04
速度-电流双闭环控制：通过速度环和电
流环的协调控制来实现对电机的精确控制
直流调速系统的性能指标
0 1
调速范围：指直流调速系统能够实现的最
高转速和最低转速之间的差值
0 2
调速精度：指直流调速系统能够实现的转
直流电机及调速系统课件79页PPT
直流电机及调速系统
直流电机工作原理
从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。
电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体
与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的
方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4 指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。
？ ？ ？ ？ ？
设计目标
拟定其传动系统 选择伺服电机 确定反馈控制结构 选择伺服系统的参
数
伺服系统设计实例_分析1
解决问题的方法 通过数学建模来分析整个系统的问题
信号
驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型
目标运动
伺服系统设计实例_分析2
数学建模来分析整个系统的问题 数学模型应解决什么问题 数学模型如何来实现互联
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
右图为一数控 机床进给部件 中的电机调速 系统接线图
它是一个速度 负反馈闭环 调速系统
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (B)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
电机调速系统实例_1 (C)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度指令
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度单元
速度指令
电机 测速电机
直流电机工作原理
从图中可以看出，接入直流电源以后，电刷A为正极性，电刷B为负极性。
电流从正电刷A经线圈ab、cd，到负电刷B流出。根据电磁力定律，在载流导体
与磁力线垂直的条件下，线圈每一个有效边将受到一电磁力的作用。电磁力的
方向可用左手定则判断，伸开左手，掌心向着N极，4指指向电流的方向，与4 指垂直的拇指方向就是电磁力的方向。在图示瞬间，导线ab与dc中所受的电磁 力为逆时针方向，在这个电磁力的作用下，转子将逆时针旋转．即图中S的方向。
？ ？ ？ ？ ？
设计目标
拟定其传动系统 选择伺服电机 确定反馈控制结构 选择伺服系统的参
数
伺服系统设计实例_分析1
解决问题的方法 通过数学建模来分析整个系统的问题
信号
驱动单元数学模型 电机单元数学模型 机械单元数学模型
目标运动
伺服系统设计实例_分析2
数学建模来分析整个系统的问题 数学模型应解决什么问题 数学模型如何来实现互联
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
右图为一数控 机床进给部件 中的电机调速 系统接线图
它是一个速度 负反馈闭环 调速系统
控制
驱动
电机
电源 电源
电机调速系统实例_1 (B)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
电机调速系统实例_1 (C)
直流伺服电机控制系统 速度负反馈闭环调速系统的结构
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度指令
电机 测速电机
直流伺服电机调速驱动单元 结构实例
速度单元
速度指令
电机 测速电机
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
《直流电机调速》PPT课件_OK
l 交叉连接（两个独立的交流电源分别供电）
2、无环流可逆线路四象限运行。
22
四象限的状态
• Ⅰ 电机正转，电动运行， VF整流， • Ⅱ电机正转回馈发电制动运行， • VR逆变 • Ⅲ电机反转，电动运行 • VR整流 • Ⅳ电机反转回馈发电制动运行 • VF逆变
23
补充1 晶体管-电动机直流脉宽调速系统 （大功率晶体管）
第一节 概述
一、根据直流电机转速公式
n U I aRa
C e
可知有降电源电压，串电枢回路电阻，
削弱励磁调速三种方式。
P
➢调压调速 恒转矩调速 T 9.55 N
➢弱磁调速 恒功率调速 N
n N
1
1、几种常见的直流传动控制系统
➢ 晶闸管-电动机直流传动控制系统 ➢ 晶体管-电动机直流脉宽调速系统 ➢ 微型计算机控制的直流传动系统 其中晶闸管直流传动使用最为广泛
调速范围很宽）。
5. 适用于中、小容量的调速系统（受最大电压、电流
限制）。
26
补充2： 微型计算机控制的直流传动系统
27
特点：
1. 系统的硬件结构简单（单片机）； 2. 系统的（不同的）控制规律由（容易更改的）软件
实现（配备少量的接口电路）； 3. 运算速度快； 4. 可靠性高； 5. 成本低； 6. 具有保护、诊断和自检功能； 7. 能实现数模混合控制或全数字量控制；
24
25
与晶闸管直流调速系统比较：
1. 主电路所需的功率元件少。
2. 控制线路简单。
3. 频带宽（动态响应速度和稳速精度等性能指标较好）。
如：晶体管脉宽调制（PWM）放大器的开关频率为1kHz~3kHz； 晶闸管三相全控整流桥的开关频率为300Hz。
转速电流反馈控制的直流调速系统课件
IdL
0
t1
转速电流反馈控制的直流调速系统
t2 t3 t4 课件t
在A快于St上负=R0和升载时A，转，C在矩R系，两 Id统上转个突升速P加I到调为阶I节d零l跃之器。给前的定，作信电用号动下U机，n*转，Id矩在很小
当性作Id用≥ I，dL 后转，速电不机会开很始快起增动长，，由AS于R输机入电偏惯 差电压仍较大， ASR很快进入饱和状态， 而U*AimC。R一般不饱和。直到Id = Idm ， Ui =
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
图3-8 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标
超调量σ
Cm ax C 100%
C
上升时间
峰值转时速间电流反馈控课制件的直调流调节速系时统间
2．抗扰性能指标
当调速系统在稳定运行中，突加一个使输 出量降低（或上升）的扰动量F之后，输出 量由降低（或上升）到恢复到稳态值的过 渡过程就是一个抗扰过程。
个阶段， 转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和
以及退饱和三种情况。
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
转速电流反馈控制的直流调速系统 课件
图3-6 双闭环 直流调速系统 起动过程的转 速和电流波形
第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）
n
Ⅰ n*
Ⅱ
Ⅲ
电流从0到达最
。
大允许值 I dm
0
t
Id Idm
3.1.2 稳态结构图与参数计算
图3-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 T转G速—电流—反馈测控课速制件的发直流电调速机系统
1. 稳态结构图和静特性
转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定 的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制 了电力电子变换器的最大输出电压，
直流调速系统原理ppt课件
精选课件
11
1 转速负反馈晶闸管直流调速系统
给定
比较放大
晶闸管触 发整流
反馈电位器
他励直流电动机 测速发电机
精选课件
12
1.1 系统的组成
由图可见，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:
精选课件
25
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。
精选课件
26
电流截止负反馈环节的组成工作原理
n
额定电流时
堵转电流时 理想特性
堵转电流 时的实际 特性
挖土机特性
Id
当Id较小,即IdRc≤Uo时，则二极管VD截止，电流截止负 反馈不起作用。 当Id较大，即IdRc≥U0时，则二极管VD导通，电流截止 负反馈起作用，ΔU减小，Ud下降，Id下降到允许最电流。
触发 电路
电源及晶闸管电路
电 动 机
比较环节+比例调节器
测速电机
精选课件
电流 载止 比较 电路
20
比较放大电路（Amplifier）
由叠加定理：当Us(s)单独作用 时，有：
U U 'sk((ss))R R1 2 Uk' R R1 2Us(s)
当Ufn(s)单独作用时，有：
U U "kf(n(ss))R R1 2 Uk "R R1 2[Ufn(s)]
最新双闭环直流电动机调速系统ppt课件
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
无静差直流调速系统PPT课件
第24页/共27页
稳态结构与静特性（续）
无静差系统的理想静 n
特性如右图所示。 当 Id < Idcr 时，系统无
nmax
静差，静特性是不同转 n1
速时的一族水平线。 当 Id > Idcr 时，电流截 n2 止负反馈起作用，静特
性急剧下垂，基本上是 一条垂直线。整个静特 性近似呈矩形。
O
Idcr
第6页/共27页
• 分析结果： 采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信
号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。
第7页/共27页
4. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突 增到TL2时，有静差 调速系统的转速n、 偏差电压 Un 和控 制电压 Uc 的变化过程示于下 图。
t
1+2
O
t
1
t
O
a) PI调节器输出特性曲线
b) PI调节器输出动态过程
图1-39 PI调节器输出特性曲线
– 突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突变，相当于两端瞬 间短路，在运算放大器反馈回路中只剩下电阻R1，电路等效于一 个放大系数为 Kpi 的比例调节器，在输出端立即呈现电压 Kpi Uin ， 实现快速控制，发挥了比例控制的长处。
第8页/共27页
• 突加负载时的动态过程
当负载转矩由 TL1 突 增到 TL2 时，有静差调 速系统的转速 n 、偏 差电压 Un 和控制电 压 Uc 的变化过程示于 右图。
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
第9页/共27页
无静差调速系统
当负载突增时，积分控制的 无静差调速系统动态过程曲线示 于下图。在稳态运行时，转速偏 差电压 Un 必为零。如果 Un 不为零，则 Uc 继续变化，就不 是稳态了。在突加负载引起动态 速降时产生Un，达到新的稳态 时，Un 又恢复为零，但 Uc 已 从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压 由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负载 电流增加的压降。
稳态结构与静特性（续）
无静差系统的理想静 n
特性如右图所示。 当 Id < Idcr 时，系统无
nmax
静差，静特性是不同转 n1
速时的一族水平线。 当 Id > Idcr 时，电流截 n2 止负反馈起作用，静特
性急剧下垂，基本上是 一条垂直线。整个静特 性近似呈矩形。
O
Idcr
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• 分析结果： 采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信
号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。
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4. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突 增到TL2时，有静差 调速系统的转速n、 偏差电压 Un 和控 制电压 Uc 的变化过程示于下 图。
t
1+2
O
t
1
t
O
a) PI调节器输出特性曲线
b) PI调节器输出动态过程
图1-39 PI调节器输出特性曲线
– 突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突变，相当于两端瞬 间短路，在运算放大器反馈回路中只剩下电阻R1，电路等效于一 个放大系数为 Kpi 的比例调节器，在输出端立即呈现电压 Kpi Uin ， 实现快速控制，发挥了比例控制的长处。
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• 突加负载时的动态过程
当负载转矩由 TL1 突 增到 TL2 时，有静差调 速系统的转速 n 、偏 差电压 Un 和控制电 压 Uc 的变化过程示于 右图。
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
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无静差调速系统
当负载突增时，积分控制的 无静差调速系统动态过程曲线示 于下图。在稳态运行时，转速偏 差电压 Un 必为零。如果 Un 不为零，则 Uc 继续变化，就不 是稳态了。在突加负载引起动态 速降时产生Un，达到新的稳态 时，Un 又恢复为零，但 Uc 已 从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压 由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负载 电流增加的压降。
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电压大，电容充电快，达到峰点电
压时间短，控制角小，整流电压大
②假设电动机额定运行时，额定转速为n ，测速发电机有相应的电压U ，经
N
BR
过分压器分压后，得到反馈电压U ，给定量U 与反馈量U
f
g
f
差值U加进放大器
输入端，输出电压U 加入触发器的输入电路，可控整流装置输出整流电压U
k
d
供给电动机，产生额定转速nN。负载增加时，Ia加大，U=Ken+IaRa,由于IaR
:放大器输入端到可控整流电路输出端电压放大倍数。K=
Ce
KpK：闭环系统放大倍数
电压大，电容充电快，达到峰点电 压时间短，控制角小，整流电压大 用机械特性对有静差转速负反馈调速系统进行分析:
普通设备 普通车床
S≤50%
S≤30%
S≤5%
S≤2% 0.2%~0.5% S≤0.1%
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。
静差度S： 理想空载转速n0与额定负 载转速nN之差与理想空载转速之比。
D
2. 调速范围D
静差度为一定数值时， 生产机械所要求的转速调节的 最大范围，用D表示： 右图为改变电枢电压时的调速范 围。
Mp
nmax n2 n2
100%
➢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
范围： Mp10%~35%
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。
要求静差度S小,调速范围D小；要求调速范围D大,静差度S大；
超调量
二、动态技术指标（被调量转速n从n1改变到n2的过渡过程） 动态过程：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。
1. 超调量
第9章 直流调速系统 9.1调速系统的主要技术指标
一、静态技术指标
1. 静差度S： 理想空载转速n0与额定负载
2. 转速nN之差与理想空载转速之比。 S n0 nN nN
n0
n0
静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。
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。
KsUk
KsK（ p Ug-n）,Ks等效放大倍数
⑤电枢回路：U d
KenIaR
CenI（ a Rx+R）
R :电枢回路的总电阻；Rx：可控整流电源的等效内阻；Ra：电动机电枢电阻
由④⑤求得有静差转速负反馈调速系统的机械特性方程：n= K0Ug Ce(1K)
R Ce(1K)
Ia
nof
nf
K0
KpKs
D nmax n m in
车床 20～120
龙门刨床 20～40
钻床 2～12
铣床 20～30
轧钢机 3～15
造纸机 10～20
进给机械 5～30000
3. 调速的平滑性
调速的平滑性：用两个相邻调速级的
转速差Δu来衡量的。在一定的调速范围
内，得到的稳定运行转速级数越多，
Δu
调速的平滑性就越高。
不能同时满足静差度S小，调速范围D大：
关，只取决于给
定量。有静差就
是被调量在稳态
9.2 晶闸管－电动机直流调速系统 一、单闭环直流调速系统
时与给定量存在 一定的差量
１、有静差转速负反馈调速系统
由被调量转速n的负反馈组成的比例控制系统，反馈电压
Uf的大小与转速n成比例，反馈电压Uf与给定电压Ug的极 性相反，ΔU= Ug- Uf；包括反馈电路、给定电路、放大器、
2、有静差转速负反馈调速系统的工作原理 ①假设反馈电压Uf不变，当增加给定电压Ug 时，U=Ug-Uf将增 加，放大器的输出电压Uk增加，Uk加在触发器上，电容充电快，
将减小控制角，整流电路的输出电压增加,电动机电枢电压Ud增 加，U=Ken+IaRa,转速n增加。当减小给定电压Ug时，转速n就下降。
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 超调
统
量
1
0
过渡过程 时间T
长
振荡次 数
无
性能 不好
2
大
长
多 不好
3
小
短
中
好
无静差是系统的
被调量在稳态时
等于系统的给定
量，偏差为零，
电动机的转速在
稳态时与负载无
电压大，电容充电快，达到峰点电 3、用机械特性对有静差转速负反馈调速系统进行分析 压时间短，控制角小，整流电压大
①偏差信号U=Ug-Uf ,Ug：给定电压，Uf：反馈电压。②反馈电压Uf n,：反馈系数
③放大器回路：U k
KpU=K（ p Ug-Uf）=K（ p Ug-n）,Kp
:放大倍数
④整流电路：U d
改变电动机外加电枢电压调速时，低
速时的静差度S大于高速时的静差度S。 要求静差度S低，取低速时的静差度S
静态速降ΔnN=Δne
为调速时的静差度，
Dnmax nmax
nmax
nmaxS nmaxS
nmin
n02ne
n021nn02e
ne(1S)
nN(1S)
最高速度nmax和静态速降nN由电动机的额定转速和结构决定，
UBR BR
直流电动机：系 统的控制对象。
给定电位器： 调节Rg的位置可 以改变给定电压 Ug的大小 。
电位器：将测速发电机 的转速转换成电压信号Uf 与给定电压Ug进行比较。 Uf与转速成比例
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；
电压大，电容充电快，达到峰点电 压时间短，控制角小，整流电压大
的作用，电动机转速n下降（n<n ），测速发电机的电压U 下降，反馈电压
N
BR
U f
下降到U/ f
.给定电压Ug并没有改变，偏差信号增加到U/
=U g
U/ f
，放大器输
出电压上升到Uk/，它使晶闸管整流器的控制角减小，整流电压上升到U/d，电
动机转速又回升到近似等于n ;负载减小时，过程与前面相反。 N
整流电路以及直流电动机组成。
放大器：将外加电 压Ug和反馈信号转换后 的电压Uf之差进行放大。
触发电路：将放大器放大后 整流电路：交流电 的电压信号Uk变为脉冲信号去 压变为直流电压， 控制整流电路的输出电压大小。输出电压大小由触
发电路输出脉冲信 号决定，整流电路 的输出电压为直流 电动机电枢的外加 电压；