利用CP机组动特性分析中得到的数学模型和公式，代入CW机组的结构参数就可以得到CW机组的动特性指标。由于分析过程相同，下面只将CW机组的参数和特性指标列出。将算得的ωh、ξh、k代入式，可据此画出现有CW机组EPC系统开环伯德图，如图12-20中的曲线A和曲线B所示。改造后的动特性指标预测ωh=73.48s-1=11.7Hzξh=0.21图12-20 改造前后CW机组EPC系统的开环伯德图开环放大系数，k=14.78s-1=2.35Hz。......
2025-09-29
静差转速闭环控制直流调速系统稳态性能分析
【摘要】：在图1.12所示转速负反馈调速系统中，若转速调节器采用比例调节器则组成转速闭环控制的有静差直流调速系统。B点所对应的转速高于A′点，即闭环控制后，电动机由负载增加引起的转速降减小。因此，采用比例调节器的闭环控制系统必然是有静差调速系统，提高放大倍数KP可以减小偏差，但是不能消除偏差，而且放大倍数过大还会引起系统的不稳定。图1.14 开环和闭环控制静特性
在图1.12所示转速负反馈调速系统中，若转速调节器采用比例调节器（即放大器）则组成转速闭环控制的有静差直流调速系统。在有静差调速系统中，放大器的作用之一是匹配转速偏差ΔUn和控制信号Uc，因为稳态时转速偏差ΔUn很小，而变流器控制信号Uc一般在0～20V之间，需要将ΔUn放大后才能满足变流器驱动的要求；另一方面，放大器的放大倍数关系到系统的动静态性能。
1.系统稳态结构图和静特性
由图1.12可见，在系统稳态时，各环节输入/输出的关系如下：
转速偏差（比较器）ΔUn=Un∗-Un
转速调节器（ASR）（放大器）Uc=KPΔUn=KP（Un∗-Un）
图1.12 转速负反馈调速系统原理图
变流器（UPE）Ud=KsUc
电动机电枢回路Ud=RΣId+E
E=Cen
转速反馈Un=αn
上述各式中，KP为比例调节器放大倍数；Ks为变流器电压放大倍数；Ud为变流器输出电压；RΣ为电枢回路总电阻（包括变流器内阻）；Ce为磁通Φ不变时的电动势常数Ce=KeΦ；α为转速反馈系数（V·min/r），
n。
根据以上各环节关系可以画出系统的稳态结构图，如图1.13所示，从各环节关系中逐次消去中间变量，整理可得转速闭环有静差调速系统的静特性方程
=n0cl+Δn0cl其中
式中，K为闭环系统的开环放大倍数，其含义是：将转速反馈断开（开环），沿原转速闭环回路上各环节放大倍数的乘积（α、Ce都是广义的放大倍数）；n0cl为转速闭环系统的理想空载转速
图1.13 转速负反馈系统稳态结构图
Δncl为转速闭环系统的转速降(https://www.chuimin.cn)
2.闭环调速系统与开环调速系统静特性的比较
（1）开环调速系统的静特性 断开图1.13所示闭环调速系统的转速反馈，系统成为开环的调速系统。开环相当于转速反馈系数α=0，因此
。一般开环系统不设放大器，以给定Un∗直接作为控制信号Uc（见图1.7b），这相当于KP=1，将其代入式（1.20）可得转速开环调速系统的静特性
=n0op+Δn0op
式中，n0op为开环系统的理想空载转速
Δnop为开环系统的转速降
（2）转速闭环调速系统与转速开环调速系统的比较 比较转速闭环调速系统静特性[见式（1.21）]与转速开环调速系统的静特性[见式（1.23）]。
1）闭环调速系统的转速降Δncl比开环调速系统的转速降Δnop小（1+K）倍，即
2）在系统最低转速nmin相同时，因为Δncl比Δnop减小（1+K）倍，所以闭环调速系统的静差率scl比开环调速系统的静差率sop减小（1+K）倍，即
3）由于闭环控制系统的静差率小，因此在静差率s要求相同时，闭环调速系统的调速范围Dcl可以比开环调速系统的调速范围Dop大（1+K）倍，即
Dcl=（1+K）Dop （1.26）
从转速降、静差率和调速范围分析，转速闭环控制系统的稳态性能优于转速开环系统。闭环调速系统性能提高的原因是：系统根据转速的偏差自动调节了变流器输出电压。以图1.14说明，图中特性①～③分别是转速开环时，变流器输出电压为Ud1、Ud2、Ud3时的静特性，且Ud1<Ud2<Ud3。如果系统原来运行在A点，则当负载增加时，电枢电流从Id1提高到Id2，在系统开环运行时，电动机转速将从A点沿特性①下降到A′点，产生较大的转速降。如果是转速闭环控制，则当负载增加引起转速下降时，由于转速偏差ΔUn增大，经转速调节器KP和控制信号Uc增加，使变流器输出电压从Ud1上升到Ud2，电动机工作点将从开环特性①的A点转移到特性②的B点。B点所对应的转速高于A′点，即闭环控制后，电动机由负载增加引起的转速降减小。如果调节器放大倍数KP较大，相应Uc值大，变流器输出较高的电压Ud3，则当负载电流为Id2时，电机在Ud3特性的C点运行，电动机的转速降将进一步减小。由此可见，闭环调速系统的转速降与转速调节器的放大倍数有关。另外，由图1.14还可知，连接A点和B点可以得到转速闭环控制时的静特性1，连接A点和C点可以得到转速闭环控制时的静特性2，显然特性2（AC线）比特性①（AB线）的斜率更小，硬度更大。
既然调节器的放大倍数影响着闭环系统的转速降，放大倍数越大，负载变化引起的转速降越小，那么，能不能通过提高KP使转速降为0而实现无静差调速呢？这显然是不行的，因为采用比例调节器的系统，若要转速无静差，则必有Un∗=Un，即ΔUn=0，这意味着比例调节器输出Uc=0，变流器输出Ud=0，这时系统不能工作。因此，采用比例调节器的闭环控制系统必然是有静差调速系统，提高放大倍数KP可以减小偏差，但是不能消除偏差，而且放大倍数过大还会引起系统的不稳定。
图1.14 开环和闭环控制静特性
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