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第一章单闭环直流调速系统调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用得最普遍的一种系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械多数均采用直流传动，简称直流调速系统。调速系统按控制方式的不同分为开环系统与闭环系统（或称反馈系统）。本章将从系统的静态指标人手，着重讨论由晶闸管供电、带转速反馈的单闭环直流调速系统，说明采用反馈控制的必要性。本章所介绍的反馈控制原理及控制规律是后续章节进-一步讨论其它典型系统的基础。§1-1开环直流调速系统与闭环直流调速系统一、晶闸管-直流电动机调速系统（简称VC-M系统）随着半导体变流技术和电子技术的发展，直流传动系统中的可控变流装置也随之不断地更新换代。早在20世纪40年代采用的是旋转变流机组，即发电机-电动机系统，该系统的原理图示于图1-1中。它由交流电动机M(异步电动机或同步电动机)拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机供电，调节G的励磁电流即可改变其输出电压U。,从而调节电动机的转生产机速；改变发电机励磁电流的方向，可以改变发电机输出电压的极性以实现电动机的正、反转可逆运行。这种系统常用交磁放大机作为功率放大器直接对发电机励磁绕组供电，所以又称为放大机控制的发电机-电动机组系统（简称GM系统）。这种系统在20世纪50年代已被广泛地使用。由于这种系统至少应包含两台与调速电动机容量相当的图1-】旋转变流机组供电的直流调速系统旋转电机，因而设备多、占地大、效率低、运行费用昂贵、安装需打地基、运行有噪音、维护不方便。为了克服这些缺点，20世纪50年代开始采用水银整流器作为可控变流装置，用静止的变流器取代了旋转的变流机组。由于水银污染环境严重，危害人体的健康，因而到了50年代末又被相继出现的晶闸管（大功率半导体器件）变流装置所取代了。由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管-电动机调速系统（简称VC-M系统，又称为静止的Wod-Leonard系统），如图1-2所示。这种系统已成为直流调速系统的主要形式，在世界各主要工业国已得到普遍应用。当前，我国的实际情况是晶闸管直流调速技术通过引进技术开发，已日趋成熟，所使用的主要器件在国内都能提供，现在每年能生产16×10kW的直流传动装置，并广泛应用到国民经济的各个部门，为我国工业技术进步和节能事业做出了很大贡献。例如，1990年为太钢23×10kg轧机提供的大功率晶闸管直流传动装置，其最大直流输出电流12900A、最大直流输出直流电压860V、调速范围250：1、正反向换向时间5ms~7ms。总之，直流供电装置由于电力电子器件的出现，已经有了巨大的进步。发电机电动机组、电机放大机、磁放大器、水银整流器等直流供电装置已被淘汰，现在用得较多的则是晶闸管变流器、直流斩波器等供电电子装置。在小功率范围内，新型的电力电子器件用得越来越多（详见第三章）。由图1-2可以看出，变流装置输出的直流脉动电图1-2晶刚管变流装置供电的压直接加到平波电抗器和电动机电枢两端。当电枢电直流调速系统流保持连续时，系统处于稳定运行状态，在图中所示正向下，其电压平衡方程式为Uao E I.R(1-1)式中U。一理想空载整流电压的平均值；E一电动机反电动势，E=Cn;Xrm/2x一整流变压器漏抗X,引起的换向压降对应的等效电阻，参数m与整流电路形式有关，在三相零式整流电路中m=3,在三相全控桥式整电流中m=6;R,一整流变压器绕组折合到二次侧的等效电阻；Ry一包括电动机电枢电阻及整流装置内阻。将E=C.n代人式(1-1)，经整理后可得电动机转速表达式为C.(1-2)由式(1-2)可知，VC-M系统有两种主要的调速方式：●保持电动机磁场为额定值，改变电枢两端电压，可得到基速以下的无级调速，实现电动机恒转矩调速。·保持电动机端电压为额定值，减弱电动机磁场，可得到基速以上的无级调速，实现电动机恒功率调速。在主电路中串接电阻的调速方式，由于电阻本身消耗电能，所以一般很少采用。由式(1-2)可知，在电枢电流连续的情况下，晶闸管开环直流调速系统的机械特性方程式为C.(1-3)式中U0=AU2cosa,当用三相零式整流电路时，A=1.17,当用三相全控桥式整流电路时，A=2.34:U2一整流变压器相电压的有效值；C.—一对应某一α角下的开环系统理想空载转速；△no=C.2
