(3)稳速(U不变、负载变化使Ur变化) 当负载增加使n→Uψ→ΔU↑=U-Ur→Uk↑→a↓→Ud↑→n↑ 当负载减小使n↑→Ur→MU=U-Ur→U↓→a↑→U4→n↓ 即:当负载发生变化使速度发生变化后,系统通过反馈能维持速度基本不变,这种状态 称为稳速。 3.静特性分析 分析静特性的目的:分析静特性的主要目的是找到减小静态速降、扩大调速范围,提高 系统性能的途径。 静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。 (1)各环节输入输出的关系 电动机电路 Ud=ken+laR=Cen+laRy 式中,Rx=R3+R2—电枢回路的总电阻; R3—可控整流电源的等效内阻(包括整流变压器和平波电抗器等的电阻); Ra—电动机的电枢电阻。 ·可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为K2,则 Ud≈K2Up ·放大器电路 设放大器的放大倍数为Kn,则 Uk=Kp△U=Kp(Ug-Ur) 反馈电路 速度反馈信号电压U与转速n成正比,设放大系数为即K,则 (2)静特性 根据
（3）稳速（Ug 不变、负载变化使Uf 变化） ↑→ ↑→ ∆ ↓= − → ↓→ ↑→ ↓→ ↓ ↓→ ↓→ ∆ ↑= − → ↑→ ↓→ ↑→ ↑ n U U U U U U n n U U U U U U n f g f k d f g f k d α α 当负载减小使 当负载增加使 即：当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态 称为稳速。 3．静特性分析 分析静特性的目的：分析静特性的主要目的是找到减小静态速降、扩大调速范围，提高 系统性能的途径。 静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。 （1）各环节输入输出的关系 ·电动机电路 Ud = KeΦn + I a R∑ = Cen + I a R∑ 式中， R∑ = Rx + Ra ——电枢回路的总电阻； Rx ——可控整流电源的等效内阻（包括整流变压器和平波电抗器等的电阻）； Ra ——电动机的电枢电阻。 ·可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为 K2，则： Ud ≈ K2U k ·放大器电路 设放大器的放大倍数为 Kp ，则： ∆ ( ) U k = KP U = Kp Ug −Uf ·反馈电路 速度反馈信号电压Uf 与转速 n 成正比，设放大系数为即 Kcf ，则： Uf = Kcf n （2）静特性 根据：
Ud=kUk UR=Kp(U lU=k KUL=C K2kp()=Ce+laRE K,,Ug-K2k laRs R K,kpk n=Gs1Rs=mx---环系统的静特性 C:(1+K)C(1+K) 式中,KG=KK2——从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数 K=KnK2—闭环系统的开环放大倍数。 如果系统没有转速负反馈(即开环系统)时,则整流器的输出电压 Ud=kpkyugkGlg=Cen+laRy 由此可得开环系统的机械特性方程 KBRE,=n0-△n-开环系统的静特性 (3)分析与结论 比较开环系统和闭环系统的静特性,不难看出 ·在给定电压一定时,有 KoU C:(1+K) 即闭环系统的理想空载转速降低到开环时的,倍,为了使闭环系统获得与开环系统 1+K 相同的理想空载转速,闭环系统所需要的给定电压U。要是开环系统的(1+K)倍,因此 仅有转速负反馈的单闭环系统在运行中,若突然失去转速负反馈,就可能造成严重的事故。 如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样,即 C(+)≈、4 R
⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ = = − = = + ∑ U K n U K U U U K U U C n I aR f cf k p g cf d 2 k d e ( ) 闭环系统的静特性 令： ， 则： = − − − + − + = = = + − = − = + − = + = + ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ of f e a e G g e 2 p cf G 2 p 2 p cf e 2 p g a 2 p g 2 p f e a 2 p g f e a 2 k e a (1 ) (1 ) c ( ) n n C K I R C K K U n C K K K K K K K K K K C K K U I R n K K U K K K n C n I R K K U U C n I R K U C n I R ∆ 式中， K G = KpK2 ——从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数； p 2 e cf K K C K K = ——闭环系统的开环放大倍数。 如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，则整流器的输出电压 Ud = KpK2Ug = K GUg = Cen + I a R∑ 由此可得开环系统的机械特性方程 = − = − − −开环系统的静特性 ∑ I n n C R C K U n a 0 ∆ e e G g （3）分析与结论 比较开环系统和闭环系统的静特性，不难看出： ·在给定电压一定时，有 K n C K K U n + = + = (1 ) 1 0 e 0 g 0f 即闭环系统的理想空载转速降低到开环时的1+ K 1 倍，为了使闭环系统获得与开环系统 相同的理想空载转速，闭环系统所需要的给定电压Ug 要是开环系统的（1+K）倍，因此， 仅有转速负反馈的单闭环系统在运行中，若突然失去转速负反馈，就可能造成严重的事故。 ·如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即 K n I C K R n + = + = ∑ (1 ) 1 a e f ∆ ∆
即在同样负载电流下,闭环系统的转速降仅是开环系统转速降的,倍,从而大大提 高了机械特性的硬度,使系统的静差度减少。 在最大运行转速nm和低速时最大允许静差度S不变的情况下,开环系统和闭环系 统的调速范围分别为 开环 △nN(1-S2) 闭环 D △nxf(-S2)N (1+K)D (1-S2) 即闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。 由上可见,提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措 施。系统的放大倍数越大,准确度就越高,静差度就越小,调速范围就越大。但是放大倍数 也不能过分增大,否则系统容易产生不稳定现象。 由于放大倍数不可能为无穷大,即静态速降不可能为0,因此,上述系统只能维持速度 基本不变。这种维持被调量(转速)近于恒值不变,但又具有偏差的反馈控制系统通常称为 有差调节系统(即有差调速系统)。 采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用(如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管 交流电源电压的变化等)对电动机转速的影响。只要扰动引起电动机转速的变化能为测量元 件—测速发电机等所测出,调速系统就能产生作用来克服它,换句话来说,只要扰动是作 用在被负反馈所包围的环内,就可以通过负反馈的作用来减少扰动对被调量的影响,但是必 须指出,测量元件本身的误差是不能补偿的。例如,当测速发电机的磁场发生变化时,则Ur 就要变化,通过系统的作用,会使电动机的转速发生变化。因此,正确选择与使用测速发电 机是很重要的。如用他励式测速发电机时,应使其磁场工作在饱和状态或者用稳压电源供电, 也可以用永磁式的测速发电机(当安装环境不是高温,没有剧烈振动的场合),以提高系统 的准确性。在安装测速发电机时还应注意轴的对中不偏心,否则也会对系统带来干扰。 有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统 速度(转速)负反馈是抑制转速变化的最直接而有效的方法,它是自动调速系统最基本 的反馈形式。但速度负反馈需要有反映转速的测速发电机,它的安装和维修都不太方便,因 此,在调速系统中还常采用其他的反馈形式。常用的有电压负反馈、电流正反馈、电流截止 负反馈等反馈形式
即在同样负载电流下，闭环系统的转速降仅是开环系统转速降的1+ K 1 倍，从而大大提 高了机械特性的硬度，使系统的静差度减少。 ·在最大运行转速 nmax 和低速时最大允许静差度 S 不变的情况下，开环系统和闭环系 统的调速范围分别为 开环： ∆ (1 ) N 2 max 2 n S n S D − = 闭环： K D S K n n S n S n S D (1 ) (1 ) 1 ∆ (1 ) 2 N max 2 Nf 2 max 2 f = + − + = − = ∆ 即闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。 由上可见，提高系统的开环放大倍数 K 是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措 施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放大倍数 也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。 由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为 0，因此，上述系统只能维持速度 基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈控制系统通常称为 有差调节系统（即有差调速系统）。 采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管 交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。只要扰动引起电动机转速的变化能为测量元 件——测速发电机等所测出，调速系统就能产生作用来克服它，换句话来说，只要扰动是作 用在被负反馈所包围的环内，就可以通过负反馈的作用来减少扰动对被调量的影响，但是必 须指出，测量元件本身的误差是不能补偿的。例如，当测速发电机的磁场发生变化时，则Uf 就要变化，通过系统的作用，会使电动机的转速发生变化。因此，正确选择与使用测速发电 机是很重要的。如用他励式测速发电机时，应使其磁场工作在饱和状态或者用稳压电源供电， 也可以用永磁式的测速发电机（当安装环境不是高温，没有剧烈振动的场合），以提高系统 的准确性。在安装测速发电机时还应注意轴的对中不偏心，否则也会对系统带来干扰。 二、有静差的电流正反馈与电压负反馈自动调速系统 速度（转速）负反馈是抑制转速变化的最直接而有效的方法，它是自动调速系统最基本 的反馈形式。但速度负反馈需要有反映转速的测速发电机，它的安装和维修都不太方便，因 此，在调速系统中还常采用其他的反馈形式。常用的有电压负反馈、电流正反馈、电流截止 负反馈等反馈形式
1.电压负反愤系统 由公式n≈UaR kKDa可知 电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电枢电压的大小,可以近似地反映电动机转速 的高低。电压负反馈系统就是把电动机电枢电压作为反馈量,以调整转速。具有电压负 反馈环节的调速系统如图9.5所示 n 图95电压负反馈环节的调速系统 (1)电压负反馈调速系统与转速负反馈调速系统的区别 反馈信号不同,前者为被控制量的间接量电压,后者为被控制量本身 检测元件不同,前者为电位器,后者为测速发电机。 (2)工作原理 图中Ug是给定电压,Ur是电压负反馈的反馈量,它是从并联在电动机电枢两端的电位 计Rp上取出来的,所以,电位计Rp是检测电动机端电压大小的检测元件,Ur与电动机端 电压U成正比,Ur与U的比例系数用a表示,称为电压反馈系数 a=Ur/U 因△U=Ug-Ur,Ug和Ur极性相反,故为电压负反馈。 稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。 在给定电压U。一定时,其调整过程如下 负载↑→n↓→l↑→U1→→ΔU↑→U↑→a↓→ ↓←-----↑← 同理:负载减小时,引起n上升,通过调节可使n下降,趋于稳定。 电压负反馈系统的特点是线路简单,可是它稳定速度的效果并不大,因为,电动机端电 压即使由于负反馈的作用而维持不变,但是负载增加时,电动机电枢内阻Ra所引起的内阻
1．电压负反馈系统 由公式 a a e d I K R K U n Φ eΦ = − 可知： 电动机的转速随电枢端电压的大小而变。电枢电压的大小，可以近似地反映电动机转速 的高低。电压负反馈系统就是把电动机电枢电压作为反馈量，以调整转速。具有电压负 反馈环节的调速系统如图 9.5 所示。 图 9.5 电压负反馈环节的调速系统 （1）电压负反馈调速系统与转速负反馈调速系统的区别 ·反馈信号不同，前者为被控制量的间接量电压，后者为被控制量本身； ·检测元件不同，前者为电位器，后者为测速发电机。 （2）工作原理 图中Ug 是给定电压，Uf 是电压负反馈的反馈量，它是从并联在电动机电枢两端的电位 计 RP 上取出来的，所以，电位计 RP 是检测电动机端电压大小的检测元件，Uf 与电动机端 电压 U 成正比，Uf 与 U 的比例系数用α表示，称为电压反馈系数 α = Uf /U 因∆U = Ug −Uf，Ug 和Uf 极性相反，故为电压负反馈。 稳速和调速的工作过程与转速负反馈相同。 在给定电压Ug 一定时，其调整过程如下： ↓← − − − − − ↑← − − − − ← − − − − −↵ ↑→ ↓→ ↑→ ↓→ ↑→ ↑→ ↓→ d a f ∆ k n U U 负载 n I U U U α 同理：负载减小时，引起 n 上升，通过调节可使 n 下降，趋于稳定。 电压负反馈系统的特点是线路简单，可是它稳定速度的效果并不大，因为，电动机端电 压即使由于负反馈的作用而维持不变，但是负载增加时，电动机电枢内阻 Ra 所引起的内阻
压降仍然要增大,电动机速度还是要降低。或者说电压负反馈,顶多只能补偿可控整流电源 的等效内阻所引起的速度降落 一般线路中采用电压负反馈,主要不是用它来稳速,而是用它来防止过压、改善动态特性、 加快过渡过程。 2.电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 由于电压负反馈调速系统对电动机电枢电阻压降引起的转速降落不能予以补偿,因而转 速降落较大,静特性不够理想,使允许的调速范围减小。为了补偿电枢电阻压降LR。 般在电压负反馈的基础上再增加一个电流正反馈环节。具有电压负反馈和电流正反馈的调速 系统如图所示: R 图96电压负反馈和电流正反馈调速系统系统 (1)系统特点 R√为电压负反馈检测元件,并接在电动机电枢两端,其上的电压大小Uv直接反映 电动机电枢两端电压的大小,故称电压反馈;R1为电流正反馈检测元件,串接在电动机电 枢回路中,其上的电压大小U1直接反映电动机电枢电流的大小,故称电流反馈。 系统的总反馈电压Ur=Uv-U1,而△U=Ug-Ur=Ug-Uv+U1因为反馈电压Uv 的极性与给定电压Ug的极性相反,故称电压负反馈,而反馈电压U1的极性与给定电压Ug的 极性相同,故称电流正反馈。 要使系统稳定运行,系统总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。因此,调节U1、U 的大小,保证Uf=Uy-U1>0。 (2)工作原理 稳速和调速的过程与转速负反馈相同。 在给定电压U。一定时,其调整过程如下
压降仍然要增大，电动机速度还是要降低。或者说电压负反馈，顶多只能补偿可控整流电源 的等效内阻所引起的速度降落。 一般线路中采用电压负反馈，主要不是用它来稳速，而是用它来防止过压、改善动态特性、 加快过渡过程。 2．电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统 由于电压负反馈调速系统对电动机电枢电阻压降引起的转速降落不能予以补偿，因而转 速降落较大，静特性不够理想，使允许的调速范围减小。为了补偿电枢电阻压降 a Ra I ，一 般在电压负反馈的基础上再增加一个电流正反馈环节。具有电压负反馈和电流正反馈的调速 系统如图所示： 图 9.6 电压负反馈和电流正反馈调速系统系统 （1）系统特点 · RV 为电压负反馈检测元件，并接在电动机电枢两端，其上的电压大小UV 直接反映 电动机电枢两端电压的大小，故称电压反馈； RI 为电流正反馈检测元件，串接在电动机电 枢回路中，其上的电压大小U I 直接反映电动机电枢电流的大小，故称电流反馈。 ·系统的总反馈电压Uf = UV −U I ，而 ∆U = Ug −Uf = Ug −U V +U I 。因为反馈电压UV 的极性与给定电压Ug 的极性相反，故称电压负反馈，而反馈电压U I 的极性与给定电压Ug 的 极性相同，故称电流正反馈。 ·要使系统稳定运行，系统总的反馈特性必须呈现出负反馈的性质。因此，调节UI 、UV 的大小，保证Uf = U V −U I > 0。 （2）工作原理 稳速和调速的过程与转速负反馈相同。 在给定电压Ug 一定时，其调整过程如下：