  显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的，它和机械特性的硬 度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。 在了解了这些后，再来介绍下转速负反馈闭环直流调速系统。 闭环调速系统的组成 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。 图带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图 上图为带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图。在反馈控制的闭环直流调速 系统中，与电动机同轴安装台测速发电机，从而引出与被调量转速成正比的负 反馈电压，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器，产 生电力电子变换器所需的控制电压，用以控制电动机转速。 图中，是由电力电子器件组成的变换器，其输入接三相或单相交流电 源，输出为可控的直流电压。对于中小容量系统，多采用由或 组成的变换器对于较大容量的系统，可采用其他电力电子开关器件，如 等对于特大容量的系统，则常用晶闸管触发与整流装置。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 反馈控制规律 介绍了以上这些之后，再来看下他的反馈控制规律 转速反馈闭环调速系统是种基本的反馈控制系统，它具有以下三个基负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数 并不是无穷大。静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图中的虚线。总之， 双闭环系统在突加给定信号的过渡过程中表现为恒值电流调节系统，在稳定和接近稳 定运行中表现为无静差调速系统，发挥了转速和电流两个调节器的作用，获得了良好 的静动态品质。 图双闭环直流调速系统的静特性 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 引言 目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速 系统。我们知道采用转速负反馈和调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统 稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求 快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。故需要引入转 速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方 法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。首先介绍转速﹑电流双闭环 调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个 方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，是要具有较高的 机电能量转换效率二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速 度。电动机的调速性能如何对提高产品质量提高劳动生产率和节省电能有着直接的 决定性影响。因此，调速技术直是研究的热点。 长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于 工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢 电压的方法实现恒定转矩调速在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改 变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速电流双闭环直流说，以调节电枢供电电压的方式为 最好。改变电阻只能实现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，在基速即电机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变压调速为主。 变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门向电动机供 电的可控直流电源。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 接下来介绍几种主要的可控直流电源 旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流 电压。 静止式可控整流器用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利 用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 转速控制的要求和调速指标 任何台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有定的要求。归纳起 来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面 调速在定的最高转速和最低转速范围内，分档地有级或平滑地无 级调节转速 稳速以定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大 的转速波动，以确保产品质量 加减速频繁起制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率不 宜经受剧烈速度变化的机械则要求起﹑制动尽量平稳。 为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫调速范围 和静差率。这两个指标合称调速系统的稳态性能指标。 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 表示，即  其中和般都指电机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻 的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。 调速系统可获得优良的静 动态调速特性。 在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。轧钢机电铲提升机 运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。随着对生产工艺，产品质量的要求不 断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。从世纪年代以来， 现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。这种发展是以采用电力电子技术为基 础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。直流拖动 的突出优点在于容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。 在定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 第章概述 直流电动机的原理 直流电动机具有良好的起制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调 速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很 好地掌握直流拖动控制系统。 从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统﹑位置系 统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的 电力拖动控制系统。 直流电机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为  式中转速。 电枢电压。 电枢电流。 电枢回路总电阻。 励磁磁通。 由电机结构决定的电动势常数。 由式可以看出，调节电动机的转速有三种方法 调节电枢供电电压。 减弱励磁磁通。 改变电枢回路电阻。 对于要求在定范围内无级平滑调速的系统来流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机 的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以 最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡， 从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于图。这时，起动电流呈方形 波，转速按线性增长。这是在最大电流转矩受限制时调速系统所能获得的最快的 起动过程。 实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突跳，图所示的理想波形只 能得到近似的逼近，不可能准确实现。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要 获得段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用个物理量内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流 过程。这就要求系统在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速 后，又希望只有转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用，怎样才能做到这种既存在 转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢只用个调节 器显然是不可能的，可以考虑采用转速和电流两个调节器，问题是在系统中应该如何 联接。 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程 理想的快速起动过程 图直流调速系统起动过程的电流和转速波形 转速﹑电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别 调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套或称串 级联接，如图所示。图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用 电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面， 称作内环转速环际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性 来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此   由第个关系式可得  从而得到图所示静特性的段。与此同时，由于不饱和，，从上 述第二个关系式可知。这就是说，段特性从理想空载状态的直延 续到，而般都是大于额定电流的。这就是静特性的运行段，它是   内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 条水平的特性。 转速调节器饱和 这时，输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再 产生影响。双闭环系统变成个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时  其中，最大电流