高級(jí)電工培訓(xùn)(交直流傳動(dòng)系統(tǒng))

1、直流傳動(dòng)系統(tǒng),第 1 部分,,開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（P162）,開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無(wú)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用UPE來(lái)統(tǒng)一表示可控直流電源。,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),機(jī)械特性,開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電力電子變換器直流電動(dòng)機(jī) 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為,,,,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),,開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),

2、根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。 調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）（P163）,在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是

3、轉(zhuǎn)速，所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）,系統(tǒng)組成,,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）,,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）,調(diào)節(jié)原理,在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī) TG ，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un ，與給定電壓 U*n 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 ?Un ，經(jīng)過(guò)放大器 A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n。,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控

4、制系統(tǒng)）,UPE的組成,圖中，UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三組（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為Uc 。,閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）,UPE的組成（續(xù)）,目前，組成UPE的電力電子器件有如下幾種選擇方案：對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P-MOSFET組成的PWM變換器；對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如GTO、IGCT等；對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸發(fā)與整流裝置。,

5、閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）,引 言,直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，為了保持由淺入深的教學(xué)順序，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。,根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程,直流調(diào)速方法（P168）,由上式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

6、： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵(lì)磁磁通 ?； （3）改變電樞回路總電阻 R。,直流調(diào)速方法,（1）調(diào)壓調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁額定 ? = ?N ； 保持電阻 R = Ra調(diào)節(jié)過(guò)程： 改變電壓 UN ? U?； U? ?n ?， n0 ?調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。,（2）調(diào)阻調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁額定 ? = ?N ； 保持電壓

7、額定 U =UN ；調(diào)節(jié)過(guò)程： 增加電阻 Ra ? R?； R ? ?n ?，n0不變；調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。,,（3）調(diào)磁調(diào)速,工作條件： 保持電壓額定 U =UN ； 保持電阻 R = R a ；調(diào)節(jié)過(guò)程： 減小勵(lì)磁 ?N ? ??； ? ? ? n ?， n0 ?調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。,調(diào)磁調(diào)速特性曲線,三種調(diào)速方法的性能與比較,對(duì)于

8、要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。,常用的可控直流電源有以下三種：,旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止式可控整流器——用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流

9、電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。,直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組,旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）,直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,G-M系統(tǒng)工作原理,由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 實(shí)現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵(lì)磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，

10、從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 。 這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)。,直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,G-M系統(tǒng)特性,直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,G-M系統(tǒng)特點(diǎn),直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,優(yōu)點(diǎn)：,可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行,缺點(diǎn)：,設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，安裝需打地基，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。,晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）,V-M系統(tǒng),V-M系統(tǒng)工作原理,晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)），

11、圖中VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uc 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。,V-M系統(tǒng),V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)（與G-M系統(tǒng)相比較）,晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10 4 以上，其門極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)

12、，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。運(yùn)行損耗小，效率高。,V-M系統(tǒng),轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)（P172）,任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。 歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：,1. 控制要求,（1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）或 平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下

13、不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),2. 調(diào)速指標(biāo),調(diào)速范圍： 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即,,其中nmin 和nmax 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最低和最高轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際

14、負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),,靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 ?nN ，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 s ，即,,,,式中 ?nN = n0 - nN,靜差率用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高。,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),3. 靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別,靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般

15、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的 。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。,顯然,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

16、 因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。,3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),4. 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系,設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為?nN，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即,,,,于是，最低轉(zhuǎn)速為,,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),而調(diào)速范圍為,,將上面的

17、式代入 nmin，得,,對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， ?nN 值一定，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),結(jié)論1： 一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),例題 某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 ，額定速降 ?nN = 115r/min，當(dāng)

18、要求靜差率30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率20%，則調(diào)速范圍是多少？ 如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),解 要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為 若要求20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是,,,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（P174）,自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括：跟隨性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo),,,,1

19、、跟隨性能指標(biāo),以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程，此跟隨過(guò)程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作階躍響應(yīng)。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。,控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),,,上升時(shí)間,峰值時(shí)間,調(diào)節(jié)時(shí)間,超調(diào)量σ,1. 跟隨性能指標(biāo)： 在給定信號(hào)或參考輸入信號(hào)的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有tr — 上升時(shí)間? — 超調(diào)

20、量ts — 調(diào)節(jié)時(shí)間,控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),2. 抗擾性能指標(biāo),抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有?Cmax — 動(dòng)態(tài)降落tv — 恢復(fù)時(shí)間 一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。,,,控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),2．抗擾性能指標(biāo),當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量F之后，輸出量由降低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過(guò)渡過(guò)程

21、就是一個(gè)抗擾過(guò)程。常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間。,控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),,突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo),動(dòng)態(tài)降落,恢復(fù)時(shí)間,控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),系統(tǒng)組成,,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（P176）,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：,,電壓比較環(huán)節(jié),,放大器,,電力電子變換器,,調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性,,測(cè)速反饋環(huán)節(jié),比例調(diào)節(jié)器的電壓放大系數(shù),電力電子變換器的電壓放大系數(shù),轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

22、,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,比較一下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。 如果斷開(kāi)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為,,,而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成,,比較兩式不難得出以下的論斷：,,,,（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。 在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 和它們的關(guān)系

23、是,,,系統(tǒng)特性比較,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,（2）如果比較同一的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 當(dāng) n0op =n0cl 時(shí)，,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系

24、,（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。 如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nN，而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么： 開(kāi)環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)，得,,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。 上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即 K 要足夠大，因此必須設(shè)置電壓放大器

25、和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論：結(jié)論2： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,開(kāi)環(huán)系統(tǒng)：Id ? ? n? 例如：在圖中工作點(diǎn)從A?A′ 閉環(huán)系統(tǒng)：Id ? ? n? ? Un? ? ?U? ? Uc? ?

26、Ud0? ? n? 例如：在圖中工作點(diǎn)從A ? B,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,由此看來(lái)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系,1. PI調(diào)節(jié)器,在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) （P180）,i0,i1,2. PI輸入輸出關(guān)系,按照運(yùn)算放大器的輸入

27、輸出關(guān)系，可得,,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),3. PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性,,在t=0時(shí)就有Uex(t)=KpUin，實(shí)現(xiàn)了快速控制；隨后Uex(t)按積分規(guī)律增長(zhǎng)， 在t=t1時(shí)，Uin=0，,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),,在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成：比例部分①和ΔUn成正比，積分部分②表示了從t=0到此時(shí)刻對(duì)ΔUn(t)的積分值，Uc是這兩部分之和。,4. 一般輸入情

28、況,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),5.分析結(jié)果,由此可見(jiàn)，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),? 問(wèn)題的提出：起動(dòng)的沖擊電流——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊

29、電流——采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng) （P181）,這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。堵轉(zhuǎn)電流——有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等

30、。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),? 解決辦法：電樞串電阻起動(dòng)；引入電流截止負(fù)反饋；加積分給定環(huán)節(jié)。 本節(jié)主要討論如何采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制起動(dòng)電流。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),電流截止負(fù)反饋,考慮到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地

31、隨著負(fù)載增減。 如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡(jiǎn)稱截流反饋。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),,,1. 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié),電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié),帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),2.輸入輸出特性,電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性,當(dāng)輸入信號(hào)IdRs-Ucom>0時(shí)，輸出Ui=IdRs-Ucom當(dāng)IdRs

32、-Ucom≤ 0時(shí)，輸出Ui=0。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),,,,,,Idbl,Idcr,n0,A,B,帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,CB段 :電流負(fù)反饋被截止 AB段 :電流負(fù)反饋起作用,C,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),,無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),上圖是一個(gè)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制動(dòng)態(tài)過(guò)程的沖擊電流。TA為檢測(cè)電流的交流互感器

33、，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)。當(dāng)電流超過(guò)截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VT導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的目的。,帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng),電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng) （P183）,被調(diào)量的負(fù)反饋是閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本反饋形式，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。然而，安裝轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置將會(huì)帶來(lái)成本和維護(hù)的麻煩。對(duì)于調(diào)速指標(biāo)要求不高的系統(tǒng)，可以采用電動(dòng)機(jī)端電壓反

34、饋來(lái)替代測(cè)速裝置，構(gòu)成電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。,在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，電樞電阻壓降比電樞端電壓要小的多，因此可以認(rèn)為，直流電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)與端電壓近似相等，也就是，電機(jī)轉(zhuǎn)速近似與端電壓成正比。采用電壓檢測(cè)元件檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的端電壓，以此來(lái)替代轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，從而形成電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。,電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng),電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖,電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng),電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律（P184）,采用電壓負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)雖然可以省去一

35、臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，但是由于它不能彌補(bǔ)電樞壓降所造成的轉(zhuǎn)速降落，調(diào)速性能不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)。采用電流正反饋進(jìn)行補(bǔ)償，提高電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的性能是一個(gè)可行的方法，可以減少系統(tǒng)的靜差。,帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖,電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（P190）,問(wèn)題的提出 第2章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)正常啟動(dòng)和轉(zhuǎn)

36、速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。,1. 主要原因,是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流值 Idcr 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),2.

37、 性能比較,帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖 所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。,帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。,理想的快速起動(dòng)過(guò)程,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),2. 性能比較,對(duì)于經(jīng)

38、常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中，希望始終保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程。,圖3-1 時(shí)間最優(yōu)的理想

39、過(guò)渡過(guò)程,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),3. 解決思路,為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過(guò)程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。

40、 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？,3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。轉(zhuǎn)速信號(hào)是主控信號(hào)，電流信號(hào)是根據(jù)轉(zhuǎn)速的誤差進(jìn)行控制的信號(hào)，二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如下圖所示。,圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系

41、統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的組成,ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器,內(nèi)環(huán),外 環(huán),,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,圖3-2中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直

42、流調(diào)速系統(tǒng)的組成,系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu),為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)

43、反饋和電流負(fù)反饋；電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，二者嵌套連接；調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器均設(shè)成帶限幅的；穩(wěn)態(tài)時(shí)ΔUi＝0（電流無(wú)靜差）， ΔUn＝0（轉(zhuǎn)速無(wú)靜差）。,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U*cm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系

44、統(tǒng)的組成,限幅電路,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,電流檢測(cè)電路,電流檢測(cè)電路 TA——電流互感器,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成,各種各樣的電流互感器,1. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（P191）,2. 限幅作用,存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽

45、和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。不飽和——輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，正如前節(jié)中所闡明的那樣，PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽

46、和兩種情況。,A,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和,,式中?，? —— 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得,從而得到上圖靜特性的AB段。,(3-1),3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,靜特性的水平特性,與此同時(shí)，由于ASR不飽和，U*i < U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知: Id < Idm。 這就是說(shuō)， AB段靜特性從理想空載狀態(tài)的 Id = 0 一直延

47、續(xù)到 Id = Idm ，而 Idm一般都是大于額定電流 IdN 的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,（2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和,這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí),式中，最大電流 Idm 是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。,(3-2),3.1.2

48、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,靜特性的垂直特性,式（3-2）所描述的靜特性是上圖中的BC段，它是垂直的特性。 這樣的下垂特性只適合于 n n0 ，則Un > U*n ，ASR將退出飽和狀態(tài)。,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作

49、用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。,3.1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速。跟隨性能可以用階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)描述。能否實(shí)現(xiàn)所期望的恒加速過(guò)程，最終以時(shí)間最優(yōu)的形式達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，是設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析（P192）,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系

50、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖3-6。,,圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形,,FLASH,電流Id從零增長(zhǎng)到Idm，然后在一段時(shí)間內(nèi)維持其值等于Idm不變，以后又下降并經(jīng)調(diào)節(jié)后到達(dá)穩(wěn)態(tài)值IdL。轉(zhuǎn)速波形先是緩慢升速，然后以恒加速上升，產(chǎn)生超調(diào)后，到達(dá)給定值n*。起動(dòng)過(guò)程分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

51、三個(gè)階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個(gè)階段中經(jīng)歷了不飽和、飽和以及退飽和三種情況。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,1. 起動(dòng)過(guò)程,設(shè)系統(tǒng)起動(dòng)前處于停車狀態(tài)：Un*=0，Ui=0， Uct=0，n=0 ，Ui*=0， ＝900， Ud0=0，當(dāng)輸入一階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入起動(dòng)過(guò)程。 按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR在起動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷的不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。,3.1.3

52、 起動(dòng)過(guò)程分析,第I階段：電流上升的階段（0 ~ t1）,突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當(dāng) Id 小于負(fù)載電流 IdL 時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) Id ≥ IdL 后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 U*im，強(qiáng)迫電流 Id 迅速上升。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,直到，Id = Idm ， Ui = U*im 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了

53、Id 的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第I階段：電流上升的階段（0 ~ t1）,突加Un* → ΔUn很大→ASR迅速飽和→Ui*＝ Uim* →Uct、Ud0、Id迅速上升→n上升→Id↑≈Idm時(shí)， Ui＝ Uim* 。本階段：ASR由不飽和迅速飽和（Un增長(zhǎng)慢）。ACR不飽和（Ui增長(zhǎng)快）。,3.1.3

54、起動(dòng)過(guò)程分析,第I階段：電流上升的階段（0 ~ t1）,,,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,電流從0到達(dá)最大允許值,,第 II 階段：恒流升速階段（t1 ~ t2）,在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E 也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E

55、是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)， Ud0和 Uc 也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持 Id 恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，系統(tǒng)做不到無(wú)靜差，而是Id略低于Idm。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 II 階段：恒流升速階段（t1 ~ t2）,ASR飽和→ Ui*≈ Uim* → Id≈Idm（最佳過(guò)渡過(guò)程概念）→電機(jī)以恒加速度上升（n線性上升至n*）n↑→E↑→

56、 Id↓→ Ui↓→ ΔUi↑ →Uc↑ → Ud0 ↑ → Id↑ （Id維持Idm不變 ）,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 II 階段：恒流升速階段（t1 ~ t2）,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,Id基本保持在Idm，電動(dòng)機(jī)加速到了給定值n*。,恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中 ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須

57、注意的。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 II 階段：恒流升速階段（t1 ~ t2）,第 Ⅲ 階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）,當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im ，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。,3.1.3

58、 起動(dòng)過(guò)程分析,直到Id = IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te= TL ，則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t = t3時(shí)）。,此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（ t3 ~ t4 ）， Id < IdL ，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 Ⅲ 階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）,ΔUn＝0 (n＝ n*)→ASR仍飽和→Ui≈ Uim* →Id≈ Id

59、m＞IdL→n↑>n* →ΔUn<0 →ASR退飽和→ Ui*↓<Uim* → Id ↓ → Id < IdL → n ↓ →n∞（轉(zhuǎn)速可能會(huì)經(jīng)過(guò)幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)）,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 Ⅲ 階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 Id 盡快地跟隨其給定值 U*i ，或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流

60、隨動(dòng)子系統(tǒng)：ASR和ACR同時(shí)參與調(diào)節(jié)；ACR的調(diào)節(jié)受ASR輸出的支配。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,第 Ⅲ 階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）,結(jié)論 起動(dòng)過(guò)程中，ASR飽和后，系統(tǒng)成為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)； ASR退飽和后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)為一轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。,3.1.3 起動(dòng)過(guò)程分析,3.1.4 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析（P94）,一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性

61、能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。,（1）抗負(fù)載擾動(dòng),,3.1.4 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析,由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。,,（2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng),3.1.4 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析,在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。,抗

62、電網(wǎng)電壓擾動(dòng)（續(xù)）,-IdL,±?Ud,,,3.1.4 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析,雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。,分析結(jié)果：,因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。,3.1.4 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析,3.1.5 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 （P194）,綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)

63、速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：,1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用,（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。,3.1.5 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用,2. 電流調(diào)節(jié)器的作用,（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器

64、的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。,3.1.5 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),概述 有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗

65、器終究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。,? 系統(tǒng)分類 按照實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流控制原理的不同，無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)又有兩大類： 邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)； 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（P195）,邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng) 當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件

66、）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),本節(jié)將著重討論邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制原理和電路設(shè)計(jì)。 （1）系統(tǒng)的組成 邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系

67、統(tǒng),,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,ASR,-1,,,,,,,TA,VR,VF,GTR,2ACR,,M,,TG,GTF,1ACR,,+U*n,Un,-,Ui,U*i,Uctf,,Uctr,U*i,,+Ui,Ld,AR,--,--,+,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系

68、統(tǒng),,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒(méi)有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來(lái)控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；,3.1.6 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào)，因此電流反饋信號(hào)的極性