一、概述
现代工业生产中，在不同的场合下要求生产机械采用不同的速度进行工作，以保证生产
机械的合理运行，并提高产品质量。改变生产机械的工作速度就是调速，如金属切削机械在进行加工时，为提高工件的表面光洁度二需要提高切削速度；龙门刨床在胞胎返回时不进行切削的空行程，故返回速度应尽量加快，以提高工作效率；对鼓风机和泵类负载，用调节转速来调节流量（或风量）地方法，比通过阀门（或风门）调节的方法要节能。可见，调速在各行各业生产机械的运行中，具有重要的意义。
调速的方法主要有两种：一是采用机械方法进行调整；二是采用电气方法进行调整。机械调整是人为地改变机械传动装置的传动比来达到调整的目的，而电气调速则是通过改变电动机的机械特性来达到调速的目的。相比而言，采用电气方法对生产机械进行调速具有许多优点，如可以简化机械的结构、提高生产机械的工作效率、操作简便等，尤其是电气调速易于实现对生产机械的自动控制。因此，在现代生产机械中，广泛采用电气方法进行调速，组成自动调速系统。
调速系统有直流调速系统和交流调速系统两大类。鉴于直流调速系统，特别是晶闸管一直流电动机调速系统，在现代生产中获得了广泛的应用。
二、开环与闭环调速系统
调速系统有各种各样的形式，从信号传递的路径来看，可归纳为两种，即开环调速系统和闭环调速系统。
1. 开环调速系统
晶闸管一电动机开环调速系统的电路如图4一1所示。由图中可以看出，若要改变电动机的转速n，只要改变电位器Rg的滑动触头，使放大器的给定电压Ug相应变化，从而改变晶闸管触发电路的控制角和整流器的输出电压Ua，使直流电动机有不同的转速n。这种调速系统有如下特点：
（1） 电动机的转速n 对(被控制量，简称被控量)受从电位器Rg 上取得电压Ug（控制量）
的控制。
（2） 转速n对控制量Ug的控制作用没有影响，即没有反馈作用。
我们把这种控制量决定被控量，而被控量对控制量不能反施任何影响的调速系统称为开环调速系统。
为了清楚地表明系统中各环节的关系，常用方框图来表示系统。其中，方框表示环节；箭头表示信号的传递方向；进入方框的箭头表示输入信号（又称输出量）。把各个方框按信号的流向依次连接起来，就是整个系统的方框图。晶闸管一电动机开环调速系统的方框图如图4-2所示。从图中可以看出，作用信号是单方向传递的，没有反馈环节，这是开环调速系统的显著特征。
开环调速系统给定一个输入电压Ug ，就对应一个转速n ，改变Ug 就能调节转速n 。但由于输入不受输出的影响，所以不能根据实际的输出量来随时修正输入量。输出量易受干扰而变化，控制精度不高。
2. 闭环调速系统
在机械加工中，对于那些要求恒速运转的生产机械，无论负载如何变化，生产机械的运转速度都不应便或变化很小，采用开环调速系统无法做到这点。开环调速系统控制精度不高的重要原因是不能根据实际的输出量来随时修正输入量，因而输出量易受干扰因素的影响而变化。如果有一种手段，能根据输出量的变化来随时修正输入量，就可大大提高系统精度。根据输出信号的变化来影响输入信号，这就构成了反馈，具有反馈的调速系统称为闭环调速系统（又称反馈调速系统），它能将输出信号的部分或全部反馈到输入端，使输出量对控制过程能产生直接影响。
闭环调速系统电路如图4-3所示。图中，系统的给定输入电压Ug 仍由电位器Rg 来调节，用测速发电机TG作为转速检测元件。工作中测速发电机的电枢电压与转速成正比，并将测速发电机电枢电压的一部分Uf反馈到系统的输入端，与给定电压Ug 进行比较，以其差值ΔU=Ug-Uf 来控制放大器，从而达到控制电动机转速的目的。由于反馈信号Uf 与被控对象的转速n 成正比，所以把此系统称为转速负反馈闭环调速系统。 该系统的调速过程如下：
假设电动机在正常情况下稳定运行，转速为 。当系统受到外界干扰，例如电动机负载转矩发生变化，系统就能自动进行调速，调速过程如下所述。为分析问题方便，用“↑”表示升高或增大，用“↓”表示降低或减小。下面以负载增大为例加以说明；
由此可见，闭环调速系统能将转速的变化限制在很小范围内。需要强调指出的是，这种闭环调速系统只能减少转速偏差，但不能使负载增加后的转速n 达到原来的转速n1 。 假设n 已回升到 n1，则Uf.△U.Ua 也必定恢复到原来的值。在负载转矩增加和电枢电流 Ia增加的前提下，电动机转速不可能保持在n1上，而必然重新下降，电动机的转速肯定偏离其预定值（n＜n1）, 偏差信号△U 也始终存在并有所变化。系统对电动机转速的自动调节正是基于这个偏差基础上，所以又称它为有静差调速系统。
闭环调速系统的方框图如图4-4所示。图中，“⊕”是比较环节，将输入信号与反馈信号在该处相叠加；“-”表示负反馈，此时△U＝Ug-Uf
由图4-4可以看出，作用信号按闭环传递，系统的输出被用于系统的控制。这是闭环调速系统的显著标志。
闭环调速系统的输出具有较强的抗干扰能力，控制精度高。因为闭环调速系统能随时根据输出量变化的状况来修正输入量，所以可以将输出量的变化限制在很小的范围内。 闭环调速系统必须具有反馈网络，因而结构复杂，成本较高。主要用于控制性能要求较高的场合，常见的自动控制系统几乎全是闭环调速系统。但闭环调速系统可能会出现工作不稳定现象，因此存在稳定性问题。在系统进行调节时，可能会出现超调现象，使系统发生振荡，无法工作。解决系统不稳定的办法是在系统中加入稳定环节。这方面的内容在以后介绍。
三、调速系统的质量指标
自动调速系统的质量指标是指系统设计和实际运行中要求满足的指标，是衡量系统性能
好坏的标准。质量指标包括静态指标、动态指标和经济指标。经济指标主要有设备投资费、电能损失费与维护费三项。下面主要介绍静态指标和动态指标。 1.静态指标
静态指标反映系统稳定运行是的性能，包括调速范围、静差率等。
（1）调速范围 调速系统的调速范围以D来表示，它是指电动机工作在额定负载时，电动机所能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比，即
D=nmax/nmin
不同的生产机械有不同的调速范围，如车床的调速范围D=20~120，龙门刨床主拖动系统的调速范围D=20~40，轧钢机的D=3~15，造纸机的D=10~20等。
（2）静差率 调速系统的静差率用S表示，他反映了电动机在负载转变化是转速变化 程度，也就是电动机由理想空载变为满载时产生的转速降落***与理想空载转速n0之比的百分数，即
S=△N/0*100%=0-N/n0*100%
不同的生产机械对静差率有不同的要求。如普通车床S=20%~30%;龙门刨床S=5%~10%；冷连轧机S≈2%，热连轧机S=0.2%~0.5%等。若S过大，将影响工件的加工精度和表面光洁度。
如图4—5所示为不同机械特性下的静差率。显然，静差率与机械特性的硬度有关。机械特性越硬，转速变化越小，静差率越小，则转速的稳定性越好；反之，机械特性越软，转速变化越大，静差率越大，转速的稳定性也越差。图4—5a中特性曲线①与特性曲线②的硬度不一样，较硬的特性曲线①的转速降为△N1，较软的特性曲线②的转速降为△N2，显然△N2＞△N1。因
nnnn
nnnnn0相同，故较软的特性曲线2的静差率大。 nnnn静差率和机械特性的硬度是两个不同的概念，机械特性硬度相同的情况下，静差率不一定相同，如图4—5b所示，特性曲线①与特性曲线②互相平行，硬度一样，两者在额定转矩下的转速降相等，即△N1=△N2。但由于他们的理想空载转速不一样（01＞02），所以他们的静差率也不同（S1＜S2）。由此可见，同样硬度的特性，理想空载转速越低，静差率就越大，转速的稳定性也就越差，因此，对一个系统的静差率要求，就是对最低速时的静差率要求。
2.扩大调速范围的途径
对一个调速系统而言，我们总是希望在满足静差率要求的前提下，最大可能地扩大调速范围。
根据前面的定义，调速范围D=max/min，我们自然想到要扩大调速范围D，需要增大
nnnmax或减小nmin，但实际上nmax与nmin是不能任意增大与减小的。因为由于技术
例如，对应图4—5b所示的两条机械特性曲线，设
与经济方面的原因，电动机的最低转速难民则受允许的静差率S的制约。
n01=1000r/min，△nN1=△nN2=△
nN =50r/min
（1）当要求S=20%时，由S=△N /02得最低转速
nnn02=△nN ／S=50/0.2=250r/min，则电动机的
nmin=n02-△nN =250-50=200r/min；
n′02=△nN /S=50/0.1=500r/min，相应的n′min=n′nmin就越高，调
（2）当要求S′=10%时，可以得到02-△N =500-50=450r/min
n通过以上计算不难看出：对静差率的要求越严格，电动机的最低转速
速范围就越小。下面分析调速范围D、静差率S和额定转速降△N之间的关系。
如果某调速系统必须保证静差率S，则
S=△N /0min
式中
nnnn0min——电动机最低转速nmin对应的理想空载转速。
nnN，而nmin=n0min-△nN，所
在变电压调速系统中，max就是电动机的额定转速以
nmin=△nN /S-△nN =△nN （1-S）/S
因为调速范围D=max/min，则
D=N/nmin=N/△N（（1-S）/S）=NS/△N（1-S）
上式表达了调速范围、静差率和静态速降之间的关系。它表明：当系统的机械特性的硬
度一定时，对静差率的要求越高（S越小），允许的调速范围D就越小。但如果静差率S一定，则扩大调速范围D的唯一途径便是减小转速降△N。因此，如果减小电动机的转速降△N，使转速近似保持不变，从而在要求的静差率条件下扩大电动机的调速范围，正是调速系统所要求解决的问题。
例4—1某调速系统，其高、低速机械特性如图4—5b所示，01=1450r/min，
nnnnnnnnnnn02=145r/min，△nN =10r/min。试问该系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率
是多少？
解 该系统电动机的最高运行速度
nmax=n01-△nN =1450-10=1440r/min
电动机的最低运行速度
Nmin=n02-△N =145-10=135r/min
则该系统电动机的调速范围
D=max/nmin=1440/135=10.7
系统允许的静差率
S=△N /0min*100%=△N /02*100%=10/145*100%=6.9%
例4—2某电动机的额定转速为
nnnnnnnN=1000r/min，额定转速降△nN =50r/min，当要求静
差率分别小于0.3和0.2时，试求电动机的调速范围D和允许的最低转速。
解 当S＜0.3时，允许的调速范围是
D=Nns/△N（1-S）＜1000*0.3/50*（1-0.3）=8.57
电动允许的最低转速是
Nmin=nmax/D=1000/8.57=116.7r/min
当S′＜0.2时，允许的调速范围是：
D′=NS′/N（1-S）＜1000*0.2/50*（1-0.2）=5
电动允许的最低转速是：
nnnn′min=n′max/D′=1000/5=200r/min
由此可见，静差率要求越高，允许的调速范围就越小。一般来说，当系统提出了一定的静差率要求时，其调速范围是不大的。
调速系统的调速范围和静差率只是系统的静态指标，或叫稳态指标，他们对于确定调速方案是重要的。 3.动态指标
动态指标是指调速系统在过渡过程的指标，即系统还没有稳定下来时的指标。
（1）稳定性 闭环系统的特点之一是系统可能出现不稳定现象，即闭环系统存在稳定性问题。所谓稳定性就是指调速系统中，在外界扰动消失后系统能由初始偏差状态返回原来平衡状态的性能。自动调速系统早外界扰动的作用下，转速将会产生一定的偏差，若外界扰动消失后，经过一定时间，转速n的偏差能够减小到某一规定值，这个系统就是稳定系统，而不能满足上面要求的系统就是不稳定的系统。不稳定系统不仅无法正常工作，而且会损坏设备，因而不稳定系统是不能被应用的。
闭环调速系统为什么会出现震荡现象而造成系统不稳定呢？
以图4—3为例说明，设系统中放大器的动态放大倍数较大。若在稳定运行过程中，由于负载转矩突然增大，电动机的转速降下降，通过测速发电机TG，使反馈电压Uf下降，偏差电压△U（△U=Ug-Uf）将增大。由于放大器的动态放大倍数较大，使电枢电压Ua增加，电动机的转速上升到超过原来的转速值，于是反馈电压Uf也增加到超过原来的反馈电压，使偏差电压△U急剧减小，由于放大倍数大，使电枢电压又下降，电动机转速再次下降，降的比原来的转速还低。这时，Uf又下降，△U再次上升，促使Ua及电动机转速再次上升，这样可能出现周而复始的震荡，系统处于不稳定状态。出现这种现象的主要原因是系统的动态放大倍数太大。
系统是否稳定可用如图4—6所示系统对阶跃信号的响应特性来表示。途中t是时间，n
是转速。系统原来的状态是静止的，即电动机未启动。在t=0时刻，系统输入端送入Ug，和Ug相对应的转速是n1，电动机最后应该在n1运转。但从n=0到达n=n1是需要时间的。系统在这一段时间内的过程就是过渡过程。过渡过程可出现三种可能：
1） 曲线①的情况下，电动机转速由零开始，慢慢上升，最后到达n1.这种情况过度很稳定，
没有震荡。但从n=0到达n=n1所用时间较长，说明系统反应不灵敏。
2） 曲线②的情况下，虽然有震荡，但震荡的幅值越来越小，最后到达稳定值n1.若对其幅
值及震荡次数作出限制，是可以使用的。其优点是速度上升快。
3） 曲线③的情况，速度上升最快，但其震荡幅度越来越大，最后以n1为轴，作等幅震荡，
这种系统是不稳定的，在自动调速系统中应避免使用。
（2）动态指标 在自动调速系统中，曲线②的情况是最好的，因其过渡过程时间较短，虽有震荡，但最后总是趋向稳定的。
下面以图4—7所示某一稳定系统对阶跃信号的响应曲线为例，对超调量、调整时间和震荡次数三个动态指标给予说明。
图4—7中np是最高转速值，n1是最后稳定值。（np-n1）是最大偏差。因为震荡是衰减的，因此超调量越来越小。最大超调量以δ％表示，则 δ％=np-n1/n1*100%
最大超调量δ％反映了系统的相对稳定性。δ％越小，说明系统的相对稳定性越好。一般机械加工中，δ％限制在10%~15%左右。
在如图4—7所示的衰减震荡中，当震荡幅值△
n小于稳定值n1的2%~5%时，认为该
系统已经进入稳定状态，所需要的时间ts就是调整时间。Ts越小，说明系统的快速性越好。 在0＜t＜ts内，曲线经过稳态值n1的次数的一半，定义为震荡次数。因为震荡一次要穿过稳态值两次，若所得结果不是整数，要要取相近的整数。如图4—7中的震荡次数为2次。龙门刨床、轧钢机允许有一次震荡，造纸机则不允许震荡。
需要说明的是，不同的生产机械，对上述指标（超调量、调整时间、震荡次数）的要求不尽相同，而各指标之间又往往相互制约，因此需要系统考虑。
四、转速负反馈自动调速线路
前面我们讨论看闭环调速系统的基本原理，下面通过两个具体例子来介绍转速负反馈自动调速线路及其分析方法。 1. 直流电动机自动调速线路
直流电动机自动调速系统的典型电路如图4—8所示。
（1） 系统的组成 调速系统主要由给定电压环节、转速负反馈环节、放大器和触发脉冲
发生器及主电路4部分组成。
1） 给定电压环节 单相桥式整流器VC1输出的直流电压，经过电容器C5滤波，并经稳压
管V3稳压后，由分压电阻R5分压，系统就可获得给定电压Ug。
2） 转速负反馈环节 测速发动机TG和直流电动机M同轴相连（图4—8中未画出），其输
出电压经电容器C6滤波，用电阻R6分压后得Uf（Uf正比于电动机转速n），Uf和Ug反极性串联。
3） 放大器和触发脉冲发生器 放大器由三极管V1、电阻R7和R8组成；触发脉冲发生器
由三极管V2、电阻R9、电容C9、电阻R10和电阻R11、电容C10和单节晶体管VS组成，整流器VC2为触发脉冲发生器和放大器提供直流电源。 4） 主电路 由单相半空桥（V12、V13、V9、V10）、平波电抗器L及直流电动机M等组
成，单项半控桥受触发脉冲的控制，从而使电动机转速受触发脉冲的控制。
（2） 系统的工作原理
1） 主电路 主电路如图4—9所示。由R10上输出的触发信号经R13和R14分别同时加到
V12和V13的控制极。R1与C1、R2与C2、R3与C3和R4与C4组成阻容吸收电路，起过压保护作用。
电阻RS和接触器常闭触头KM用于电动机的能耗制动，二极管V11是续流二极管，电感L是平波电抗器，用于改善电动机的电流波形；KA2是过电流继电器，作为电枢回路的过电流保护，当点数回路电流过大时，KA2动作，切断控制回路，是电动机断点停电。
整流装置VC为直流电动机的励磁回路提供电源。
2） 触发电路 触发电路如图4—10所示。由晶体三极管V1组成单级放大器，单结晶体管
VS、三极管V2和电容器C9组成触发脉冲发生器，直流电源由整流装置VC2供给。 二极管V4、V5和V6作为放大器输入端限幅用，使所加正向电压不超过两个二极管的管电压，所加反向电压不超过一个二极管的管压降。电容器C7是延迟元件，同时可通过输入端的交流信号。当电动机尚未启动时，电压负反馈信号Uf=0，U=Ug，一般Ug有几十伏，这样高的电压加在放大器输入端是绝对不允许的。本电路中一方面由二极管V5、V6限幅，另一方面给电压Ug向电容器C7充电，从而使放大器的输入电压缓慢上升，起到延时的作用。
电容C8的作用是滤波，整流器VC2的输出电压经稳压管V7限幅后，变换成一梯形波电压，作为VS管的电源电压，再经电容器C8滤波后，作为放大器的电源。二极管V8起到隔离作用，即将放大器的直流电压和脉冲发生器的梯形滤波电压隔离开来。 下面分析触发脉冲的形成原理：
①同步电压 同步变压器TC2输出的交流电压经VC2整流和稳压管V7削波后得到的梯形波电压为同步电压，其波形如图4—11所示。梯形波电压既是同步信号又是触发器的电源，每当Ucd过零时，单节晶体管的两个基极b1和b2之间的电压亦为零，e与b1间导通，电容C9上的电荷经e—b1、R10迅速释放掉，使C9在每个梯形波的起始处均能从零开始充电，从而获得与主电路的同步。
②移相控制 触发电路在每个交流周期工作两个循环，每次发出的第一个脉冲同时送到两个晶闸管的控制极，但只能使其中承受正向电压的晶闸管导通，如图4—12所示。第一个脉冲发生后，脉冲触发器仍在工作，电容器C9继续充电和放电，其中充电电阻是由R9和V2组成的等效电阻。这样在一个循环（半个交流周期）中可能出现两个或多个脉冲，由于晶闸管已因第一个脉冲触发而导通，所以后面的脉冲就不起作用了。当主电路电压过零反向时，晶闸管将自行关断。
要改变控制角a，必须改变对电容器C9的充电速度。充电越快，控制角a越小，输出电压平均值越大；反之，则控制角a越大，输出电压越小。
在图4—10中，V2是PNP型三极管，若V1的集电极电位一定，则V2的集电极电流就一定，对C9的充电电流也一定。二电容器上的电压Uc与充电时间t成线性关系。因此，改变了V1的输入信号，V1的集电极电位和V2的集电极电流就随之变化，从而相应的改变了控制角a，也就改变了晶闸管整流输出电压Ua。
3)转速负反馈环节 输入及转速负反馈电路如图4—13所示。
启动时，按下控制电路（图4—13中未画出）中的启动按钮，继电器KA1的常开触头闭合，由单相桥式整流器VC1输出的直流电压经电容器C5滤波、稳压管V3稳压后，再经电阻R5分压，得到给定电压Ug。调节R5的阻值，可改变Ug的大小。测速发电机TG的输出电压经电容器C6滤波后，由电阻R6分压得到反馈电压Uf。把Ug和Uf反极性串联得到偏压电压U，U既是放大器的输入电压，显然U=Ug-Uf。
4） 系统自动调速过程 将以上介绍的各主要环节组合起来就是如图4-8所示的转速负
反馈线路。系统的自动调速过程如下：
假设给定电压Ug一定，电动机在与Ug相对应的转速运行，转速负反馈电压为Uf，偏差电压为△U=Ug-Uf，△U直接加到三极管V1的输入端，V1管的输出电压加到V2管的基极，使V2管的集电极电流恒定在某一数值上，该电流既是电容器C9的充电电流，电容器C9的充电速度决定了单结晶体管的导通时间，即决定了晶闸管控制角a的大小，从而决定了晶闸管输出电压平均值Ua，电动机在该电压对应的转速下运行。当△U发生变化时，单结晶体管导通的时间随之发生变化，从而使晶闸管输出电压Ua也发生变化，达到自动调速的目的。
当系统受到外界干扰时，譬如负载转矩增加，电动机的转速n将下降，反馈电压Uf减小，△U增加，V1的集电极电位下降，V2的集电极电流增加，电容C9的充电速度加快，产生触发脉冲的时刻提前，控制角a减小，晶闸管输出的电压增大，电动机转速回升，使电动机的转速基本保持不变。
反之，若负载转矩减小，电动机转速升高，通过系统内部调整，可以使电动机转速下降。 上述过程可以表示为：
T↑→n↓→Uf↓→△U↑→a↓→Ua↑→n↑ T↓→n↑→Uf↑→△U↓→a↑→Ua↓→n↓
同样的道理，若干扰是电网电压波动或系统电路参数变化，电动机转速也能自动调节。在此不在一一举例。
2. 电磁调速异步电动机自动调速线路 电磁调速异步电动机又叫滑差电动机，是一种可以平滑调速的交流电动机。它由三相笼型电动机和电磁转差离合器组成。
在电机与变压器课程中我们学过，电动机带离合器的电扭旋转时，电扭切割级转子的磁力线，产生涡流，此涡流与磁极作用，产生转矩，使磁极与点扭沿同一方向转动。在负载一定时，增加磁极的直流励磁电流，转速就增加；反之则转速下降。
如图4-14所示线路是一个典型的滑差电动机自动调速线路。由图可见，系统主要由五部分组成：主电路、给定电压环节、测速反馈环节、比较和放大环节及触发电路。下面分别给予介绍。
（1） 主电路 电磁转差离合器励磁绕组的直流供电采用带继流二极管V13的半波 可控整流电路。硒堆和阻容元件R9、C9作过压保护。
（2） 给定电压环节 由单相桥式整流器VC2整流，经阻容II型滤波和稳压管V8、V9 稳压后，输出一定直流电压，再经R7分压，即得到给定电压Ug。调节R7，可以改变给定电压Ug的大小，从而实现电动机调速。
（3） 测速反馈环节 三相交流测速发动机TG与负载同轴相连，它将转速变为三相交 流电压，经三相桥式整流和电容C8滤波后，由电阻R8分压得到反馈电压Uf。电位器R8用来调节反馈电压Uf的大小。
（4） 比较和放大环节 给定电压Ug与反馈电压Uf比较后得到偏差电压△U，再由三 极管V5进行放大，在V5的负载电阻R2上得到放大的控制信号Uk，此信号叫道V3的输出回路中。V6、V7对V5管的输入信号进行正反向限幅，避免V5发射结承受过大的外加电压而损坏。
（5） 触发电路 采用同步电压为锯齿波的晶体管触发电路。 1） 同步电压和脉冲的形成 同步电压和脉冲和波形如图4-15所示。交流电源电压二 极管V1加在电容C1上，在电源电压正半波上升阶段，V1导通，C1充电，此时A点电位与电源电压波形相同。经过峰值后，V1截止，C1对R1放电。当Uc1下降到一定程度，A点电位低于V3发射极电位约1V时，V3导通，电容C2经V3的c-e和变压器TC2的一次侧迅速
放电，感应电势经脉冲输出电路送到晶闸管V12的控制极。设此时A点点位为U′,在V3导通期间Uc1保持U′不变，知道电源电压再次出现正半波且u上升到u=Ua+0.7V时，V1导通，CI再次充电，而V2，V3均截止。电源过峰值后，V1截止，C1又向R1放电，Uc1下降到U′时，V3再次导通，又产生一个触发脉冲。以后将重复以上过程。
2）移相控制 触发电路的输入电压为Uk+Uc1。Uk为V5管的输出电压即控制电压，改 变Uk即可改变 V3管的导通和截止时刻，即改变控制角α的大小，从而改变离合器励磁电流的大小。
(6) 系统自动调速过程 在其他条件不变的前提下，若负载转矩增大，则转速n下降， 同时反馈电压Uf减小，偏差电压△U增大，经放大输出给触发电压的控制电压Uk升高，控制角a变小，离合器的励磁电压增加而使转速有所回升。
若负载转矩减小，则调速过程正好相反。
五、 电压负反馈及电流正反馈自动调速线路
具有转速负反馈的自动调速系统，在调速指标方面是不错的，但它需要一台测速发电机，而且测速发电机要求精度很高，和电动机必须同轴相联。这不仅增加了设备成本，增添了维护上的困难，还会因为附带产生交流干扰问题给调式和运行带来麻烦。因此，对于某些要求不太高的调速系统，可采用其他比较方便的电量反馈形式。
在转速负反馈调速系统中，当负载增加时直流电动机的转速会下降，转速下降的主要原 因是电动机电流增大，导致电源内祖上的电压降、电动机点扭绕组上电压降和电动机换向绕组上的电压将增大的缘故。如果采用电压负反馈来补偿电压内阻上的电压降变化，用电流正反馈补偿电动机绕组上的电压降变化，也可基本维持电动机的转速恒定。
具有电压负反馈的自动调速系统的电路如图4-16所示。现将点扭的电阻R分成以下两部分：电源的内阻R0和点扭电阻Ra。假设整流输出电压为Ua哦，电扭电压Ua，平波电抗感L得电阻算在R0中，可以得到如下关系式：
n=(Ua0-IaR)／Ceф = （Ua0-IaR0-IaRa）／Ceф = Ua0／Ceф - （R0／Ceф –Ra／Ceф -）Ia =n0 -△n1-△n2
在式中，将点扭回路电阻引起的转速降△n1和△n2两部分，△n1是由R0引起的，△n2是由Ra引起的。电压负反馈主要克服R0引起的转速降Vn1，而Ra锁引起的转速降△n2将通过电流正反馈来补偿。
1. 电压负反馈自动调速线路
在图4—16中使用了比例调节器。 在点扭两端接入分压电阻R1、R2，它们必须位于平 波电抗器之后。以该电阻为分界线，前面是平波电抗器和电源，后面是点扭。
由分压关系知:Uf=R／(R1+R2)Ua，但从电路图所标极性看，引起比例调节器输入端的 Uf是值，因而是电压负反馈。比例调节器的输入信号是△U=Ug-Uf，输出信号Uk。Uk的值决定脉冲触发器产生的控制角a的大小，以控制晶闸管的输出电压，从控制电动机转速。
当负载变化时，譬如负载增加，则电动机转速n下降，而点扭回路的电流Ia将增加， 它导致电源内阻R0上的电压降IaR0增加，即△n1增加，使电扭电压Ua下降。与Ua成比例的负反馈电压随之下降，△U增加，Uk下降，使控制角a前移，晶闸管输出电压Ua0上升，电动机的转速得到一定补偿。上述调节过程可以表示为：
T↑→Ia↑→IaR0↑→Ua↓→Uf↓→△U↑→a↓→Ua0↑→n↑→n↓
很显然，转速负反馈系统中的被控量是转速，因此系统维持转速基本不变；但电压负反馈系统的被控量是电动机的端电压Ua，因此它只能维持点扭电压Ua基本不变。所以当伏在增加时，由于负载电流Ia在电动机点扭电阻上产生的压降IaRa所引起的转速降△n2没有得到补偿，这就意味着电压负反馈的效果不如转速负反馈好。
虽然调节性能存在以上不足，但由于省略了测试发电机，是系统的结构简单，维修方便，所以仍然得到了广泛的应用。一般在调速范围D＜10、静差率S＞15%时，可使用这种系统。
2. 电压负反馈及电流正反馈自动调速线路
我们已经知道，电压负反馈系统的转速降落较大，即静特性不够理想。这是因为电动机电扭电阻上的电压降所引起的转速降△n2为得到补偿。为了补偿电扭电阻电压降IaRa，在电压负反馈的基础上增加一个电流正反馈环节，如图4—17所示。
增加电流正反馈，就是把一个反映电动机电扭电流大小的量IaRa取出，也加到比例调节器的输入端去。由于是正反馈，调节器的输入信号反映了负载电流的增减，即当负载电流Ia增加时，调节器的输入信号也增加，使晶闸管整流器输出电压Ua0也增加，以补偿电扭电阻所产生的压降。
电压负反馈的功能面前已经分析过，下面主要分析电流正反馈环节的工作原理。
假设电动机在某转速下运行，若负载转速增大，除电压负反馈其作用外，电流正反馈也其作用。电流正反馈电阻R3上的电压压降为IaR3，从电压极性可以看到：△U=Ug-Uf+Ui，其中Ui=IaR3就是电流正反馈信号。现在由于负载增加引起Ui的增加和Uf的减小，使偏差电压△U增加，从而导致电动机转速回升。
电流正反馈自动调节过程如下： T↑→n↓
Ia↑→IaR3↑→Ui↑→△U↑→a↓→Ua0↑→n↑
很明显，在伏在增加时，电流正反馈引起的转速补偿其实是专属升而非转速降，目的是补偿电扭压降IaRa所产生的△n2。如果参数配合得使电流正反馈引起的转速升不仅补偿△n2，也补偿△n1，那么就可使转速降△n=0.这种补偿称为全补偿。在此情况下，调速系 统的静特性是一条水平线，电动机的转速与负载大小无关
但实际上靠参数配合而达到的全补偿是不可靠的，因为在系统运行过程中，各元件参数不是绝对稳定的。例如，电流正反馈电阻R3随着电流的增长及长期工作而升高温度，阻值便增大。电流正反馈的作用会比原先预计的大，从而产生过补偿，系统静特性曲线上翘，引起系统的不稳定。所以一般总是将电流正反馈调整的弱一些（具有和转速负反馈系统相似得静特性），以使系统可靠地工作。 这里需要指出的是：电流正反馈反映的物理量是电动机负载的大小，而不是被调整量电压或转速的大小。因此，电流正反馈的实质是根据负载变化的大小，适当调整控制电压，以抵消负载变化而引起的转速降。从这个意义上讲，电流正反馈环节是一种补偿环节，而不是反馈环节，但习惯上称它为电流正反馈环节。 根据以上分析过的几种调速系统，可以画出如
4是开环机械特性；图4-18所示的各种静特性比较曲线。其中水平虚线是理想静特性；曲线○
3是只有电压负反馈是的静特性，曲线○对转速有电压反馈及电流正反馈系统的静特性，对转
1是具有转速负反馈的静特性，效果最佳。 速的自动调节前进了一步；曲线○
六、带电截止负反馈的自动调速线路
当系统同时采用电压负反馈和电流正反馈环节时，系统的静特性得到了明显的改善，但对于系统过硬的静特性，如果不采取相应的技术措施，就会导致某些严重后果。例如，当电动机得负载突然增大，或由于机械部分被卡住时，主电路的电枢电流将会增加到极危险的程度。一方面极大的电流可能烧毁电动机；另一方面有大电流时转矩很大，将使机械部分发生
变形甚至损坏。所以系统应采取措施，保证在正常工作范围内，系统具有很硬的静特性。而当电动机过载时，系统将具有很软的静特性。这样当电动机过载时，其转速将迅速下降直到堵转为止，且使电动机的堵转电流也不超过电动机的允许电流，这种措施就是电流截止负反馈环节。
由反馈控制的基本与原理可知，在恒值给定的情况下，要维持某个物理基本不变，只要引入该量得负反馈就可以了，显然，采用电流负反馈就能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。但这样做只对启动有利，在正常工作时会使调速系统的静特性变软。所以最好的办法是采用电流截止负反馈，他的基本思路是当电流还没达到规定值时，该环节在系统中不工作，一电流达到和超过规定值时，该环节立即起作用，使电流的增加受到限制。
具有转速负反馈和电流截止负反馈调速系统的电路图4-19所示。图中主回路中串联了以阻值很小的电阻R3（零点几欧），它上面的电压IaR3与电枢电流Ia成正比，比较电压（参考电压）Uo是由一个辅助电源经电位器R1提供的。设电路中电动机额定电流为In，允许的最大电流为Ib，一般Ib=1.2In调节电阻R1的值，使U0的值等于IbR3。.在正常工作情况下，负载电流Ia小于Ib，即IaR3 应用电流截止负反馈后，虽然限制了最大电流，但在主回路中还必须接入快熔断器，以防止短路；在要求较高的场合，还要增设过电流继电器，以免在电流截止环节出故障时把晶闸管烧坏。整定时，要使熔丝额定电流>过电流继电器动作电流>堵转电流。 若要求系统获得较好的挖掘机特性，必须使两个电流Ib与Id之差ΔI越小越好，使静特性接近于矩形。理论分析表明，Id=（Ug+IbR3）/R3，显然ΔI=Id-Ib=Ug/R3 由上式可见，要求ΔI小，则应将电阻R3增大，但这又导致工作段（图4-20）中n0B）特性变软，同时增加了主回路的附加损耗。因此，我们增设电流负反馈信号放大器，将电流负反馈电压Ufi放大若干倍，再反馈到调节器的输入端，以提高下垂特性的陡度。若所加电流信号放大器的放大系数为Ai则ΔI=ID-IB=Ug/AiR3 加大Ai，便尽可选用较小的电流负反馈的截止方法也可以不用比较电压，而用在反馈回路中对接一个稳压管来实现，如图4-21所示。当反馈信号IaR3低于稳压管的稳压值Uz和比较负反馈电流通过，得到下垂特性。在这单了，选择不同稳压值的稳压管，或者几个稳压管串联使用，可以获得不同的下垂特性。 七、电压微分负反馈和电流微分负反馈 在闭环控制系统中，由于采用了负反馈，能使系统对被控制量进行自动调节，但同时也出现了稳定性问题。凡是不稳定的系统（等幅或增幅振荡）都不能正常工作。即使是衰减振荡(属于稳定系统)，也必须将超调量和振荡次数限定在允许的指标范围内。 造成系统不稳定的原因，主要是系统放大倍数太大。要解决这一问题，我们自然想到减小系统的放大倍数。这样，静态放大倍数和动态放大倍数都减小了，系统虽能获得稳定，但系统反应将非常迟钝，静态指标也受到影响（静态速降增大，从而使调速范围减小）。为使系统稳定工作，同时又要保持良好的动、静态性能，最好的办法是降低动态放大倍数，而使静态放大倍数不变。因此，在自动调速系统中加入电压微分负反馈和电流微分负反馈。 1. 微分电路 如图4-22a所示是一种最简单的微分点路。现在来分析当输入端加入矩形脉冲时输电 压的波形。设电路的时间常数t=RC远小于脉冲宽度。 由于t《tp，电容的充电和放电进行得很快。在t1时刻，ui跳变到E，这时由于电容两端电压uc不能突变，所以ui的跳变全部降落在R上，使u0产生一个同样大小的跳变，同时电容开始按指数规律充电。随着uc的升高，u0很快降至零，这样R上就形成了一个正的尖顶脉冲。在t2时刻，ui由E突降至零，这样形成一个负的尖顶脉冲。如果输入端连续送入矩形波，则输出端将连续输出尖顶波。 比较输入电压和输出电压的波形，可以看出RC微分电路的特点是：它的输出脉冲突出反映了输入电压的跳变部分，也就是说，它的输出脉冲电压的大小，只取决于输入电压的跳变量。输入电压跳变越快，输出脉冲电压就越高；当输入电压不变时，尽管其幅可能很大，但微分电路的输出将基本为零。因此，微分电路能起“突出变化量，压低恒定量”的作用。因此咋数学中“微分”是反映曲线变化率的，所以这种电路叫做微分电路。 2. 电压微分负反馈 电压微分负反馈电路如图4-23所示。该电路中，从主回路分压电阻Rv上取得负反馈信号，经过电容器C和电阻R接到放大器的输入端，与给定信号叠加。R和C就相当于微分电路。 电容器C具有“隔直流、通交流”的特性，在从主回路电压不变化时，电容器将主回路和放大电路隔离，电压微分负反馈信号为零。若主回路电压有变化，相当于微分电路的输入有变化，则电容器C将被充电或放电，导致电阻R上出现电流，这个电流 与给定电流相叠加，作为放大器的输入流。这样，放大器的输出将有所变化，从而影响电动机的转速。 需要指出，电压微分负反馈与电压负反馈有着本质区别：无论主回路电压变化与否，电压负反馈信号始终存在，而电压微分负反馈只是在主回路电压 现在具体分析电压微分负反馈使系统稳定的基本原理。 设主回路电压突然上升，相当于图中A点点位突然变负，B、A之间电压增加，电容电流if由B点流向A点。此时Ib = Ig - if减小，则三极管V的集点极电位升高，使触发脉冲相位后移，晶闸管输出电压下降。在输入Ig不变的情况下，主回路电压有下降趋势，这就意味着系统的动态放大倍数下降了，从而使电压的继续上升受到抑制。 若主回路电压突然下降，则A点电位提高，B、A之间电压减小，电容器C放电，if的方向改变，此时Ib = Ig + if增加，则三极管V集电极点位降低，使触发脉冲前移，晶闸管输出电压上升。在Ig不变的情况下，主回路电压有上升的趋势，这就意味着系统的动态放大倍数提高了，从而使电压的继续下降受到抑制。 这样，在电压上升过程中出现正的超调量，动态放大倍数相应减小，在电压达到峰值后从峰值下降的过程中，动态放大倍数相应增大，缓解了电压的下降过程，抑制负方向的超 调量，从而使系统获得稳定。 从上面分析中不难看出，电压微分负反馈只有在电压改变时才起作用，而电压的变化，意味着电动机转速的变化。稳定电压，这就稳定了电动机的转速。由于电压微分负反馈并不影响静态放大倍数，所以保持了系统应有的静态指标。 3．电流微分负反馈 电流微分负反馈的原理与电压微分负反馈一样，只是所取得信号时电流，只有当电流有变化时，该信号才起作用。 最后，应强调指出，在晶闸管—电动机直流调速系统中采用电压微分负反馈或电流微分负反馈时存在以下问题：由于晶闸管整流电压中含有交流成分（回路电流中的交流成分相对小些），所以电压微分负反馈在正常工作情况下也起作用，导致系统无法工作。为保证A点点位突变时微分负反馈起作用，而A点点位缓慢变化时不起作用，在放大器入口端设置了R1和C1组成的滤波器。 八、速度、电流双闭环自动调速系统 1．系统的组成 在具有电流截止负反馈的自动调速线路中，当电动机起动或有较大负载变化时，电流波形变坏，电流可以在较短时间内处于最大值，其余时间被电流截止负反馈较大幅度地抑制。因为电流一旦达到电流截止值（约1．2倍额定值），电流截止负反馈就起作用，压制电流上升，因而造成波形变坏。而我们希望电动机在启动过程中，电流最好抑制保持电动机所允许的最大值（当然晶闸管页应能安全承受），以充分发挥电动机的过载能力，使电动机转速随时间直线上升，减少过渡过程时间。在物理学中知道，若用恒力作用于物体上，得到恒定的加速度，则速度随时间直线上升。电动机在启动过程中，若开始就以最大电流（获得最大力矩）启动，使电动机的转速直线上升，当电动机达到给定转速后，电动机的电流应快速下降，下降到刚好克服负载力矩，以后就稳定运行。这样就可以缩短启动时间。 设主回路的总电阻为R，电流允许的最大值为Im，在理想状态下启动时晶闸管输出电压为Uo=ImR，随着电动机转速的建立，电动机有反电动势E=CeΦn，则整流电压Uo= ImR+ CeΦn，转速直线上升，则整流电压也直线上升。当达到稳定后，Uo= IaR+ CeΦng，其中ng是给定转速；Ia是电枢工作电流。为了满足这种关系，必须将电流作为被调节量，因此，系统将有两个被调节量，一个是转速，另一个是电流。使这两部分都组成闭环系统，就形成了双闭环调速系统，其电路图如图4—24所示。 从图4—24看到，两个环都用比例积分调节器作输入和放大环节。转速负反馈比例积分调节器的输出，就是电流负反馈比例积分调节器的输入，最后用电流比例积分调节器的输出控制触发脉冲。 双闭环系统的方框图如图4—25所示。从方框图上看到，电流负反馈环节被套在转速负反馈环节之内，故电流负反馈叫内环，转速负反馈叫外环，环闭环系统名称由此而来。 2．启动过程分析 （1）电流上升阶段 在启动时，给定电压Ug加在转速调节器S的输入端，电动机还处于静止状态，Uf=0，△U=Ug，调节器S的输入电压很高，则输出达到饱和值Usm。因为调节器输出端是限幅的，通常在10~15V左右，只要△U≥0，这个饱和输出电压Usm将一直维持下去。这样，转速调节器在电流上升阶段不起作用，相当处于开环状态下。但它的输出电压就是电流调节器K的输入电压，这个电压仍然是比较高的。电流调节器的输入电压还有电流负反馈电压Ui，所以电流调节器K的两端输入电压的偏差值为△Ui=Us—Ui，但在此阶段，Us=Usm，电动机启动电流较大，Ui也比较大，而△Ui值不是很大，电流调节器不在饱和状态下工作，它的输出电压Uk去控制触发脉冲的相位，使晶闸管输出较高的电 压，电流以最快速度上升，电动机获得较大的启动转矩，加速电动机的启动过程。 随着电枢电流的增加，电流负反馈信号Ui=βI也将增加（β为变换系统），△Ui将减小，但只要△Ui≥0，电流调节器的输出电压Uk一直处于上升阶段，所以晶闸管输出也一直处于上升阶段，使电流继续增加，直到△Ui=0时即Ui=Usm，Uk不再增加而保持不变，晶闸管输出电压也不再增加。这个阶段是电流上升阶段。 （2）电流保持恒值，电动机恒加速升速阶段 从电流上升到电动机所允许的最大电流值Im开始，到转速达到给定值为止，是用最大电磁转矩加速电动机的阶段。这也是电流调节器在过渡过程中的主要阶段。由于此时转速还未达到给定值，所以Uf﹤Ug，转速调节器仍然处于开环状态，输出Us=Usm不变。当电枢电流达到最大值时，电动机获得最大推动力矩和加速度，电动机转速上升，反电动势E上升，主回路中电流I=（U—E）/R，由于E增加，电流I从Im开始下降，但只要电流一下降，Ui﹤Usm，△Ui﹥0，电流调节器又将电流调节到最大值Im。所以这一阶段将重复进行如下过程：转速上升，反电动势E上升，电枢电流下降，电流调节器将电枢电流调到最大值，转速又上升。这样循环进行，可以使电枢电流基本上保持最大值，电磁转矩为一个恒定的最大转矩，电动机以最大加速度加速上升。 在这个阶段，反电动势E起了干扰作用，电流调节器发挥了闭环的抗干扰功能，克服了电动势E的干扰，使电流保持恒值。所以电流调节器不能再限幅下工作，即不能工作在饱和状态，这是和转速调节器不同的地方。 （3）转速调节阶段 当电动机转速上升给定转速后，就进入转速调节阶段。这时，转速负反馈电压Uf和给定电压Ug相等，△U=0，但转速调节器输出电压仍为Usm，所以电动机仍在加速运行。当电动机转速高于给定转速后，Uf﹥Ug，则△U﹤0，调节器出现负偏差。在恒定电流阶段，Usm=Ui，△Ui=0，现在由于△U﹤0，转速调节器的反馈电容放电，输出电压将由Usm下降到线性区，成为Us，使得电流调节器的输入电压△U﹤0，，电流调节器的反馈电容也要放电，使Uk下降，调节器使电枢电流下降，电流从最大值下降，电磁转矩减小，只要电磁转矩下降到未和转轴负载转矩相等，电动机仍在加速，只不过加速度变小而已。但晶闸管的输出电压及电流已被下调。当电流下降到使电磁转矩小于负载转矩时，电动机转速开始下降，一直降到给定转速值。若系统参数调配适当，就可以稳定下来，调配不适当，可能有一二次振荡，然后稳定下来。这时△U=0，△Ui=0，系统启动过程结束。 采用了电流负反馈环节后，系统就没有必要再设置电流截止负反馈环节了。 3．系统特点 （1）系统调速性能好； （2）启动时间短，过渡过程快； （3）抗干扰能力强； （4）两个调节器必须分别计算和调节，调节时先调内环，后调外环。 九、`晶闸管—直流电动机调速系统实例分析 前面我们以方框图的形式介绍了直流调速系统的组成及工作原理，下面以SA7512螺纹磨床头架直流 拖动系统为例，分析调速系统的组成几个环的作用。 SA7512螺纹磨床头架直流拖动系统为晶闸管—直流电动机无极有差调速系统，拖动点动机的功率为0.8kw，电动机转速为60~1200r∕min，调速范围为20，最大可达30；载满时，系统的静差率小于10%。由于加工工艺的需要，电动机需要正反转，该系统采用了接触器来改变电动机转向，接线简单，操作方便 1. 调速系统的组成和调速原理。 SA7512螺纹磨床头架直流拖动系统的方框图如图4-26所示。由于电动机功率较小，主回路采用单向交流220V直接供电的单相半控桥式整流电路，触发电路由前置放大电路和单结晶 体管张驰振荡电路组成。为例满足对静差率和调速范围的要求，系统中采用了转速负反馈；为了限制系统在启动和突然改变电动机转向时的过大电流，采用了截止负反馈；为了提高系统的动、静态性能，采用了电压微分负反馈。 2. 电气线路的工作原理 调速系统的电路如图4-27所示。 （1） 主回路 主回路采用了两只晶闸管害人两只二极管组成的单相半控桥式整流电 路，如图4-28所示。在主回路中接有平波电抗器L，以减弱晶闸管输出电压的脉动成分，使电路中电流平稳，减小被加工工件的表面粗超度。由于电动机的电扭绕组和平波电抗器的存在，主回路负载呈电感性，为了保证晶闸管可靠换相而不失控，电路中接有续流二极管V2。 当接通或断开电源时，在整流器交流侧会产生很高的过电压，这种过电压如不设法限制，将会击穿晶闸管，因此在整流器交流侧接由R1和C1构成的阻容吸收装置，作交流侧过电压保护。在直流侧，由于负载呈电感性，当突然切断负载时，在电感两端将产生很高的电压，很有可能将晶闸管击穿，因此由R4、C4构成的阻容吸收装置，作直流侧过电压保护。晶闸管换相时产生的换相过电压也会击穿晶闸管，为保护晶闸管，在晶闸管两端并联电容C2电阻R2构成的支路C3、R3支路，利用电容两端电压不能突变的特性抑制这种过电压。 电动机的正反转由接触器KM1、KM2控制。为了停车时电动机尽快停转，采用了由电阻R6和KM1、KM2的常闭辅助触头组成的能耗制动电路，在电动机正常运转时，由于KM1、KM2的常闭辅助触头断开，R6未接入主电路。只有停车时，接触器KM1、KM2均断电释放，其常闭触头闭合，R6接入主回路，电动机进行能耗制动。 电动机的励磁绕组由二极管V4～V7构成的单相整流桥供电，由欠电流继电器KA实现弱磁保护。 （2） 触发电路 SA7512磨床的触发电路采用单结晶体管触发电路，如图4-29所示 变压器TC1输出的70V交流电压经V8～V11整流，再经过稳压管V32、V33削波后，得到梯形电压作为单结晶体管电源。由于变压器TC1的一次侧与主回路是由同一电源接入，该梯形电压与主回路交流电压同步，主回路的交流电压过零时，梯形电压也为零，保证电容器C7从零电压开始充电后放电，产生第一个尖顶脉冲，这个脉冲与主回路交流电压同步。 梯形波电压经电容C6滤波后获得较平缓的直流电源作为放大管V34及电容器C7的电源，用二极管V15将两种电源隔离。V V34为前置放大器，将给定信号与反馈信号相比较得到得偏差信号进行放大，以提高控制灵敏度。V12、V13串联作正向限幅，其作用是保护V34不致因输入 电压过高而损坏。 当V34的输入信号为零时，V34、V35均截止，此时电容C7的充电时间常数很大，在半周C7上电压不可能充电到峰点电压Up，所以单结晶体管无脉冲输出，晶闸管不能导通。当V34的输入信号增大时，V34基极电位下降，使V35的基极电流增大，电容C7的充电时间常数减小，使单结晶体管V41输出脉冲的相位前移，晶闸管控制角减小，导管角增大，整流输出电压增大，电动机转速升高。可见，改变V34的输入电压，即可改变电动机的转速。C7和R16上的电压波型如图4—30所示。 为了使晶闸管能可靠触发，本线路有脉冲放大环节。脉冲放大环节由晶体V37、V38组成。单结晶体管V41输出的正脉冲经电容C10耦合到V37的基极，经两级放大后由脉冲变压器TC2耦合输出。正脉冲经V17、V18同时加到两只晶闸管上。但由于在一个周期的某个时刻，只能有一只晶闸管承受正向电压，故只能使用者只承受正向电压的晶闸导通。在晶体管V38由导通变为截止时，脉冲变压器TC2的一次侧会产生较大的感应电动势，为防止过电压损坏V38，在TC2的一次侧并联二极管V16给TC2的一次侧提供放电回路。二极管 V17、V18的作用是保证只有正脉冲才能加到晶闸管控制极上。为了防止干扰信号引起晶闸管误触发，在TC2的输出端并联电容C11和C12。电容C8的作用减小高频信号产生的影响。 (3)给定回路和转速反馈 给定回路和转速负反馈比较缓解如图4—31所示。变压器TC1输出的110V交流电压经4个二极管V19~V22桥式整流，再经C13、R7、C14滤波后作为给定电源。RP3为高速上线调压器，RP4为低速下线调位器，RP5为调速电位器，调整RP5可得到不同的给定电压Ug。 为提高系统的调速精度，采用由电磁式直流测速发电机TG和二极管V23~V26及RP6组成速度负反馈环节。TG与电动机同轴连接，其输出信号电压与转速成正比。但压的极性与电动机转向有关，为使系统正反转时反馈信号的极性不变，测速发电机的极性经整流后输出。用RP6调节转速负反馈的强弱。 给定电压Ug与转速负反馈电压Ufn反极性串联后加在V34的输入端，忽给定基反馈回路内阻的影响，偏差电压△U=Ug-Ufn。该电压即使V34的基极电压。改变该电压的大小，即即可改变输出脉冲控制角的大小，从而改变输出电压，大道改变电动机转速的目的。 (4)电压微分负反馈 该系统由于引入转速负反馈，可使调速范围很宽，但由于系统放大倍速很大，再加上电动机的惯性，系统容易产生震荡。为此，加入了由C5、RP2组成的电压微分负反馈环节，如图4—32所示。 由于电容C5的隔直作用，稳态时，电动机端电压不变化，微分负反馈输出为零，即该环节不起作用，对系统的静态性能无影响。动态过程中，电动机的端电压发生变化，电压微分负反馈电路输出一个反映转速变化的电压，通过电容C5加到V34的基极上，从而改变进闸管整流输出电压的大小，一间小电动机转速的变化。由于电压微分负反馈的作用，减少了系统的等值动态放大倍数，提高了系统的相对稳定性，这就解决了既要求系统静态放大倍数大，有要求系统能稳定工作的矛盾。微分负反馈作用的强弱可通过改变RP2阻值的大小来调节。 电容器C5两端并联KM1、KM2的常闭辅助触头，是为了使电动机停转时C5能通过KM1、KM2的常闭触头及时放电，以便电动机能频繁地启动、制动。 （5）电流截止负反馈 为防止电动机在高速启动和正反转的呢个情况下的电流过大，该系统中设有电流截止反馈环节，如图4—33所示。 电流截止负反馈环节由R24、R15、RP1、V31、和V36等元件组成，其中R24串在主电路中，起取样作用。系统正常工作时，主回路电流小于截止电流，RP1上的分压小于稳压管V31的稳压值，该环节不起作用。当主回路电流超过规定值时，RP1上的分压增大，稳压管V31被击穿，使V36导通，对C7的充电电流其分流作用，使电容C7的充电速度变慢，触发脉冲后移，晶闸管导通角减小，晶闸管整流输出电压降低，将主回路电流限制在规定值之内。调节电位器RP1，可以改变电流截止负反馈的强弱，即可以调节主回路截止电流值。 (6)电动机的如此保护 直流电动机在启动时，如果磁场太弱，则启动电流很大；电动机正常运行时，如果磁场突然减弱或消失，电动机的转速会很快上升，甚至发生“飞车”事故。因此，该磨床头架拖动系统中设有弱磁保护装置，如图3—27所示，在电动机励磁回路中串联欠电流继电器KA的线圈，KA的常开触头串于V34是输入回路中。只有当励磁电流达到一定值，即电动机的磁场达到一定强度时，KA才吸合，接通触发回路，晶闸管整流电路才有输出电压，直流电动机才开始启动。当励磁电流突然减小时，KA释放，切断触发回路，使晶闸管整流电路输出电压为零，从而防止了“飞车”事故的发生。 3.常见故障及处理方法 (1) 启动时过电流 故障原因： 1）直流侧短路或续流二极管被击穿短路; 2）晶闸管或整流二极管被击穿形成短路； 3）电流截止负反馈参数调试不当，电流截止值过高。 对前两种故障应首先查明故障原因，然后更换相同型号的二极管或晶闸管。队后一种故障，应仔细调整电流截止负反馈信号的强弱。 (2)接触器KM1或KM2动作后，尚未输入给定电压Ug，但已有很高的直流输出电压，故障的原因可能是有一个晶闸管被击穿或与晶闸管并联的R—C保护电路中的C2或C3短路。 (3)电动机转速偏低且调不上去 故障原因有： 1）给定环节电源电压偏低，可检查有二极管V19~V22组成的整流器是否有二极管开路，变压器一次侧输出的110V交流电压是否偏低； 2)转速负反馈太强，可调低负反馈信号； 3）主回路整流输出直流电压偏低，可能是整流桥半边不工作，成半波整流状态。应检查整流二极管和晶闸管是否损坏及是否有触发脉冲输入； 4）电压微分负反馈环节中的电容C5被击穿或电流截止负反馈中的稳压管V31被反向击穿后卫恢复正常。此时必须更换上述元件； 5)高速上线调节电位器RP3组织调整不当，应重新调整。 (4)整流电压正常输出而电动机不转，故障原因是直流侧开路，如电动机电枢线未接好或断开，电刷与换向器未接触上或严重接触不良等，可用万能表查找开路原因并修复。 （5）启动后电动机转速很高，且不能调节 故障原因有： 1)电动机或测速发电机失磁； 2)转速负反馈电压极性接反； 3)测速发电机电枢或速度负反馈回路断线； 发生这种故障时，应迅速切断电源，找出故障原因并排除故障。 （6）电动机转速可调，但其最高转速高于额定转速 故障原因有： 1）给定电压值偏高，可调节电位器RP5； 2)转速负反馈信号太弱，可增加测速发电机的励磁电压或者调节电位器RP6; 3)电动机励磁电流偏小，可检查电动机励磁回路。 （7）系统静特性差，加负载后电动机转度下降 故障原因： 1）电动机励磁电压偏低，可检查电动机励磁回路； 2）转速负反馈信号偏小，可增大负反馈信号； 3）电流截止值过低，应提高电流截止值； （8）电动机停着制动缓慢 故障原因是制动电流过小，可减小制动电阻R6以增大制动电流，但制动电流最大值一般不能超过电动机额定电流的2倍。 （9）电动机转速不稳，有震荡现象 故障原因可能是电压微分负反馈环节开路或电位器RP2组织调整不当。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容