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

图17-40转速负反馈直流调速垂统原理图

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 A U=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 Udo

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 。

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，A U=Ugn-Ufn 增加。

转速调节器 ASR 输出电压Uc 增加，使控制 角a 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 ^T Id

Id （R 刀 +Rd ）f~ n jf Ufn

Uc f~ a

Udf ~ n f 。

图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。

—-匚(& R)

C e* C e

R d R

C e

I d

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

17-40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。

■ell

图17—41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。

但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，

使偏差电压△ U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压UdO 由UdO1变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。

同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工

作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C, D点上。

将A，B, C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。

由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降△n要小。闭环系统静特性和开环

机械特性虽然都表示电动机的转速-电流（或转矩）关系，但两者是不同的，

闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流（或转矩）的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动

态过程。

当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着UdO1升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB 直线变化的。

2 •转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析

对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁

电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系

统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动（如负载变化、交流电压波动、电

动机励磁电流的变化等）对被调量（如转速）的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速

精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。

在图17-40所示的转速负反馈调速系统中， 当转速调节器 ASR 采用比例调节器时，则

该系统对于给定量 Ugn 来说，是有静差调速系统 。这种调速系统在稳态时，反馈量与给定 量不相等，存在偏差△ U,A U =Ugn-Ufn 。因为这种调速系统是依靠偏差△ U^0 为前提工作 的，是通过偏差△ U 的变化来进行调节的，因此系统的反馈量只能减小偏差AU 的变化而不

能消除偏差，即偏差厶 U 始终存在，不能为零。假如偏差△ U=0,则转速调节器(比例调节 器)ASR 的输出电压 Uc=KpA U=0,晶闸管变流器输出电压 Ud0=0,电动机也将不可能运行，

系统无法正常运行。

为了分析方便，假定系统中所有环节都是工作在线性范围内，也就是说各环节 (如调节

放大器、触发器及晶闸管变流器、测速发电机等

)的输入输出关系都是线性的，并且假定晶

闸管-电动机系统的电动机全部工作在电流连续段，即它的开环机械特性全是连续段。

对于图17-40所示的转速负反馈单闭环调速系统来说，各环节的静态 (稳态)方程式如 下： 转速调节器采用比例放大器：」！\：八「

式中Kp ——放大器的电压放大倍数。

触发器和晶闸管变流器：

式中Ud0 ――晶闸管变流器的空载输出电压；

uc --------- 触发器的移相控制电压(即转速调节器输出电压)； Ku ――晶闸管变流器的电压放大倍数。

n _ So - 1

辰

晶闸管一电动机系统："一 测速发电机：

1

k

--,!

式中Kfn ――测速发电机的反馈系数。

从上述四个关系式中消去中间变量并整理后， 即可求得转速负反馈单闭环调速系统的静 特性方程为：

_ 妙

恐 『_ _A

十 K) G ①+

皿

式中K -------- 闭环系统的开环放大系数， K=KpKuKfn / (Ce $ );

n0b -------- 闭环系统的理想空载转速； △ nb -- 闭环系统的静态速降。 3

.开环系统和闭环系统的比较

在图17-40所示的转速负反馈单闭环调速系统中， 当断开转速反馈回路时， 系统即为开

环系统，其机械特性为：

式中n0k ――开环系统的理想空载转速；

、

△ nk --- 开环系统的静态速降。

由以上分析可知，开环系统和闭环系统相比较有以下几方面的特点： (1)

在转速给定电压 Ugn 相同时，开环系统的理想空载转速 n0K 为闭环系统的理想 空载

转速n0b 的(1+K)倍。这是由于闭环系统的转速反馈电压 Ufn 抵消大部分的转速给 定电压Ugn,使加在转速调节放大器 ASR 俞入端的电压(U=Ugn-Ufn)很小的缘故。 (2)

闭环系统静特性比开环系统机械特性硬，在相同负载电流条件下，闭环系统的

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