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IdR Un给定 ΔUn Uc Ud0 n 1/Ce Kp Un Ks 转速反馈α
图2 单闭环转速负反馈系统框图
转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压UCt，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的围变化。
2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析
2.1电流截止负反馈的提出
（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+K 倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。
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（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。
2.2 电流截止负反馈环节
通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
电流截止负反馈环节如图3和图4所示
.
图3 利用独立直流电源作比较电压 图4 利用稳压管产生比较电压
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图5 封锁运算放大器的电流截止负反馈环节 图6 电流截止负反馈环节的I/O特性
电流截止负反馈环节输入输出特性如图6所示。
图3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。图4中利用稳压管VS的击穿电压Ubr作比较电压，线路要简单得多，但不能平滑的调节截止电流值。图5是反馈环节与运放的连接电路。
2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性
带电流截止负反馈的闭环直流调速系统结构框图如图7所示：
图7 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图
系统两段静特性的方程式：
当Id?Idcr时，电流负反馈被截止，静特性与转速负反馈相同
*KpKsUnRId n??Ce(1?K)Ce(1?K)当Id?Idcr时，引入电流负反馈，静特性变为：
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*KpKs(Un?Ucom)(R?KpKsRs)Id n??Ce(1?K)Ce(1?K)静特性的几个特点：
（1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 KpKsRs ，因而稳态速降极 大，使特性急剧下垂。
（2）比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 的作用一致， 好象把理想空载转速提高到
*KK(Upsn?Ucom) n'0?Ce(1?K)（3）两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。当挖土机遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，在式（1）中，令 n = 0，得
KpKs(U?Ucom)一般KKR??R,因此 Idbl pssIdbl?R?KpKsRs（4）最大截止电流
*n*Un?Ucom?RsIdbl应小于电机允许的最大电流，一般取 ：Idbl =（1.5~2.0） IN
从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行围足够大，截止电流大于电机的额定电流， 一般取： Idcr ≥（1.1~1.2）IN
（5）调速系统的起动过程如图8图9所示
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图8带电流截止负反馈单闭环调速系统 图9理想的快速启动过程
3 参数设计
3.1整体分析
本题目要求设计带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统，为满足以上技术要求和性能指标的要求，选择以下方案设计系统：
1) 系统要求平滑调速，可采用调压调速方式。因为调压调速系统是在保持他励直流电动机的磁通为额定值的情况下，将电枢两端的电压（电源电压）降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速，调速围可以达到很宽。
2) 系统静特性良好，无静差。在参数设置合理的情况下，带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统本身可以做到系统的稳定运行。
3) 本设计中的电力电子变换装置采用三相桥式控制的晶闸管整流装置，应用题目要求中给定的参数进行设计，其Rrec=0.5Ω，Ks=40。
4) 在带电流截止负反馈环中，截止电流的上限选择需要根据电机的品牌和参数论证，以保证电机不至于因电流过大而烧毁。
3.2稳定性参数计算和判断
为了满足D=10，s≤2%，额定负载时调速系统的稳态速降为：
Ce?UN?INRa220?17.5?1.25??0.132V?min/rnN1500 IN(Ra?Rrec)17.5?(1.25?1.3)??338r/min
Ce0.132?nop?文档大全
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真
