带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计
当Id≥Idcr时，电流截止负反馈起作用，静特性急剧下垂，基本上是一条垂直线。
图3-3无静差直流调速系统稳态结构图（Id IdRs-UcomUcom-RsRIdU*n-+?UnKpUc-UnKsUd0-+E1/Cen ? 图4-4无静差直流调速系统稳态结构图（Id≥Idcr） 4.2 转速环的参数计算与设计 （1）额定负载时的稳态速降应为: ?ncl?nNs1500?0.1?r/min?8.33r/min D(1?s)20?(1?0.1)（2）求闭环系统应有的开环放大系数 ①计算电动机的电动势系数 Ce?UN?INRa220?12.5?1.5?V?min/r?0.1342V?min/r nN1500INR12.5?1.2?r/min?111.77r/min Ce0.134211 ②开环系统额定速降 ?nop? 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计 ③闭环系统的开环放大系数 K??nop?ncl?1?111.77?1?12.41 8.33（3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数 ①测速发电机的电动势 Cetg?110V?0.0579V?min/r 1900r/min ②转速反馈电压（α=α2Cetg α2取0.2） 1500 r/min=0.2 ×0.0579×1500=17.37V Un??2Cetg×③转速反馈系数 0.0579V.min/r=0.01158V.min/r ???2Cetg=0.2× (4) 计算运算放大器的放大系数和参数 ①运算放大器放大系数 Kp?K?KSCe?12.41.?4.11 0.01158?35/0.1342②运算放大器型号 取R0=40KΩ，R1=KpR0 =4.11×40KΩ=164.37KΩ 4.3电流截止负反馈环节的参数计算与设计 4.3.1 电流检测与反馈 直流调速系统中的电流截止负反馈的电流检测环节如图4-5所示，电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs，IdRs正比于电流。设Idcr为临界的截止电流，当电流大于Idcr时，将电流负反馈信号加到放大器的输入端；当电流小于Idcr时，将电流反馈切断。为了实现这一作用，须引入比较电压，图4-5a中用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。在IdRs与Ucom之间串联一个二极管VD，当IdRs>Ucom时，二极管导通，电流负反馈信号Ui即可加到放大器上去；当IdRs≤Ucom时，二极管截止，Ui既消失。截止电流Idcr=Ucom/ Rs。 12 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计 图4-5b中利用稳压管VS击穿电压Ubr作为比较电压，线路要简单得多，但不能平滑调节截止电流。 （a）利用独立直流电源作比较电压 （b）利用稳压管产生比较电压 图4-5电流截止负反馈的电流检测环节 所以选择利用独立电源作比较电压环节 ，见图4-5a。 4.3.2电流检测环节的参数计算 ①最大堵转电流 Idbl?Un?Ucom ?RsIdbl应小于电机允许的最大电流，一般为Idbl ≤2IN，故取 Idbl =2 IN=2×12.5=25A（已知IN =12.5A） ②截止电流Idcr=Ucom/ Rs。 从调速系统的稳态性能上看，希望稳态范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取Idcr ≥1.2IN ；故取 Idcr=1.2 IN=1.2×12.5=15A（已知IN =12.5A） 由式①和式②可求出 Rs=1.05Ω，Ucom=15.75V 4.4 系统的动态分析与设计 13 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计 图4-3为反馈控制闭环直流调速系统的动态结构框图，是由各环节的传递函数，按在系统中的相互关系组合起来的。 图4-3反馈控制闭环直流调速系统的动态结构框图 其开环传递函数为 W(s)?K (Tss?1)(TmTls2?Tms?1) 据系统的闭环传递函数和劳斯判据得，系统稳定条件为 Tm(Tl?Ts)?Ts2 K?TlTs计算系统中各环节的时间常数：（已知L=37.23mH） 电磁时间常数为 Tl?L0.03723H??0.025s R1.5?GD2R40?1.5机电时间常数为Tm??s?0.930s 375CeCm375?0.1342?0.1342?30/?对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为Ts?0.00167s 所以为保证系统稳定，开环放大系数应满足稳定条件，即 2Tm(Tl?Ts)?Ts20.930?(0.025?0.00167)?0.00167K???594.82 TlTs0.00167?0.025因为K=12.41≤594.82，所以闭环系统是稳定的。 14 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计 系统的开环传递函数为： W(s)?12.41 (0.00167s?1)(0.0115s2?0.930s?1)4.5 调节器的参数计算与设计 作为调速系统的动态校正装置，且该直流调速系统是无静差调速系统，所以常采用PI调节器来实现，其线路图4-6所示。 图 4-6 PI调节器线路图 PI调节器的的传递函数为 Wpi?s??Kpi?s?1?s Kpi为PI调节器的比例放大系数C1= ?/R0 ；Kpi=R1/R0； ?为PI调节器积分时间常数。 所以PI调节器的阻容具体参数计算如下： 已知Kpi=Kp=4.11，R0=40KΩ，取?=0.05； 40=164.4 KΩ R1=Kp×R0=4.11× C1= ?/R0=0.05/40×103=1.25μF 五、带电流截止负反馈闭环直流调速系统总电气原理图 15