第1章-直流調(diào)速系統(tǒng)-88

1、 v1-2 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng) v1-3 其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用v1-4 轉(zhuǎn)速負反饋無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負反饋無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)v1-1 直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念v1-5 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) v1-6 三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)v1-7 可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)Rl+d0UdIE直流電源M+RaRndU一、直流調(diào)速主要的調(diào)速方法一、直流調(diào)速主要的調(diào)速方法 1、直流他勵電動機供電原理圖、直流他勵電動機供電原理圖圖圖1-1直流他直流他勵電動機供電勵電動機供電原理圖原

2、理圖RIEUddonKnCEeeesddeddeKRIUKRIUKEn0 為電源空載電壓；為電源空載電壓； 為電動機電樞電壓；為電動機電樞電壓；E為為電樞電動勢；電樞電動勢；R為電樞回路總電阻，為電樞回路總電阻，n 轉(zhuǎn)速，單位轉(zhuǎn)速，單位r/min；為勵磁磁通；為勵磁磁通；Ke為電動機結(jié)構(gòu)決定的電動為電動機結(jié)構(gòu)決定的電動勢系數(shù)。勢系數(shù)。doUdUanlRRRR2.直流他勵電動機轉(zhuǎn)速方程直流他勵電動機轉(zhuǎn)速方程式中：式中：3、直流他勵電動機的調(diào)速方法、直流他勵電動機的調(diào)速方法 (1)(1)電樞回路串電阻調(diào)速電樞回路串電阻調(diào)速特點：特點： 損耗較大、有級損耗較大、有級調(diào)速，機械特性調(diào)速，機械特性較軟。

3、較軟。(2)(2)弱磁調(diào)弱磁調(diào)速速 特點：特點： 只能弱磁，調(diào)只能弱磁，調(diào)速范圍小速范圍小(3)(3)變電樞電壓調(diào)速變電樞電壓調(diào)速特點：特點： 機械特性上下平移、機械特性上下平移、可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，但只能降壓調(diào)速。是主但只能降壓調(diào)速。是主要的調(diào)速方式。要的調(diào)速方式。 0nTnd3d2d1UUUUnn12n12nnUd3Ud2Ud1UenT工程上，常將調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴大調(diào)速范圍工程上，常將調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴大調(diào)速范圍。 圖圖1-2 調(diào)壓和調(diào)調(diào)壓和調(diào)磁時的機械特性磁時的機械特性 二、調(diào)壓調(diào)速的關(guān)鍵裝置二、調(diào)壓調(diào)速的關(guān)鍵裝置-可控直流電源可控直流電源常用的可控直流電源

4、有以下三種：常用的可控直流電源有以下三種：1、旋轉(zhuǎn)變流機組、旋轉(zhuǎn)變流機組2、靜止可、靜止可控整流器控整流器3 3、直流斬波、直流斬波器和脈寬調(diào)制器和脈寬調(diào)制變換器變換器勵磁電源放大裝置+GEM+(-)(+)+-+-fIGUMnn1、旋轉(zhuǎn)變流機組、旋轉(zhuǎn)變流機組-用交流電動機拖動直流發(fā)電用交流電動機拖動直流發(fā)電機，以獲得可調(diào)的直流電壓（機，以獲得可調(diào)的直流電壓（G-M系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。 組成組成：由由 M 拖 動拖 動= G = G 給給=M供電供電直直流勵磁發(fā)電流勵磁發(fā)電機機GE給給=G和和=M勵磁。勵磁。原理原理：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)U改變改變轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n變化。改變化。改變方向，變方向，n轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向跟著改變。跟

5、著改變。特點特點：設(shè)備多、體積大、設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、費用高、效率低、安裝維護不便、運安裝維護不便、運行有噪聲行有噪聲。2、靜止可控整流器、靜止可控整流器-利用靜止的可控整流器利用靜止的可控整流器(如晶閘管如晶閘管可控整流器可控整流器)，獲得可調(diào)的直流電壓。（，獲得可調(diào)的直流電壓。（V-M系統(tǒng)系統(tǒng)）晶閘管整流器晶閘管整流器可以是單相、可以是單相、三相或多相；三相或多相；電路形式可以電路形式可以是半波、全波、是半波、全波、半控、全控等半控、全控等類型；類型；通過調(diào)節(jié)觸發(fā)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電電路的移相電壓，可改變整壓，可改變整流電壓流電壓Ud，實實現(xiàn)平滑調(diào)速?，F(xiàn)平滑調(diào)速。 優(yōu)點優(yōu)點

6、: :整整流裝置流裝置效率高、效率高、體積小、體積小、成本低、成本低、無噪聲。無噪聲。缺點缺點: :可逆可逆難；過電難；過電壓、過電壓、過電流能力差；流能力差；諧波電流諧波電流大。大。組成：組成：原理：原理：3、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬源或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。（ b) 電 壓 波 形sU0TutontdUV T強 迫 關(guān) 斷 電 路MV DsU+-+-（ a） 原 理 圖 VT工作于開關(guān)狀態(tài)。工作于開關(guān)狀態(tài)。VT通時，

7、通時，U加到加到M；VT斷時，斷時，U與與M斷開，斷開，M經(jīng)經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。平續(xù)流，兩端電壓接近于零。平均電壓可通過改變均電壓可通過改變VT的導通和關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)，從的導通和關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點優(yōu)點: 運行穩(wěn)定、效率高、靜動運行穩(wěn)定、效率高、靜動態(tài)性能好；態(tài)性能好；缺點缺點: 容量不大容量不大原理：原理：1、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)組成三、開環(huán)三、開環(huán)V-M系統(tǒng)的機械特性系統(tǒng)的機械特性 2.調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 改變移相角改變移相角改變改變 改變改變。dU*nUn3.開環(huán)系統(tǒng)機械特性開環(huán)系統(tǒng)機械特性晶閘管整流晶閘管整流器可看成是器可看成是一個線性的一個線

8、性的可控電壓源可控電壓源特性很軟，呈顯特性很軟，呈顯著的非線性，理著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。很高。電流連續(xù)時：電流連續(xù)時：電流斷續(xù)時：電流斷續(xù)時：01()dodenUI RnnC 0edIdInn01n02n03n04n1a2a3a4a圖2-6 開環(huán)機械特性其中：其中： 為轉(zhuǎn)速降，為轉(zhuǎn)速降， 越越小，機械特性的硬度小，機械特性的硬度越大。越大。 取決于電樞回路電阻取決于電樞回路電阻R及所加的負載大小。及所加的負載大小。/denI R C nnn機械特性的近似處理方法：機械特性的近似處理方法：(1)在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線交點在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線

9、交點n0作為理想空載轉(zhuǎn)速。作為理想空載轉(zhuǎn)速。 (2)在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性。或直另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。接用連續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。 n 一般可近似的只考慮連續(xù)段。一般可近似的只考慮連續(xù)段。 (2)在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性。或直接用連續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。 一般可近似的只考慮連續(xù)段

10、。一般可近似的只考慮連續(xù)段。一、開環(huán)存在的問題：一、開環(huán)存在的問題：min/900rnnommin/100minrnmin/80rnnom某一車床的拖動電動機的額定轉(zhuǎn)速某一車床的拖動電動機的額定轉(zhuǎn)速 ，要求要求 ，由開環(huán)系統(tǒng)決定的，由開環(huán)系統(tǒng)決定的要求要求S0.1，問開環(huán)問開環(huán)V-M系統(tǒng)能否滿足要求？如不滿系統(tǒng)能否滿足要求？如不滿足要求，怎么辦？足要求，怎么辦？問題的問題的提出提出n解：要求：解：要求：D=?n而滿足而滿足S0.1的的 D=?n滿足滿足D、 S的的n分析：因為分析：因為 ，所以要引入負反饋。所以要引入負反饋。(1)nomnomnsDnsnomnomnnn0?n二、系統(tǒng)的組成及靜

11、特性二、系統(tǒng)的組成及靜特性 (1)(1)原理框圖原理框圖 AGTMIG+-+-+-+-+-+-RP1nUnUnUdILndUtgURP2V-M閉環(huán)系統(tǒng)原理框圖ctU1、系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)的組成(a)給定環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制信號：由高精度直流產(chǎn)生控制信號：由高精度直流 穩(wěn)壓電源和用于改變控制信號的電位器組成。穩(wěn)壓電源和用于改變控制信號的電位器組成。(b)比較與放大環(huán)節(jié)比較與放大環(huán)節(jié)信號的比較與放大；由信號的比較與放大；由P、I、PI運放器組成運放器組成( (d)d)速度檢測環(huán)節(jié)速度檢測環(huán)節(jié) ：測速機：測速機反饋線路反饋線路 求出求出( (反饋系數(shù)反饋系數(shù)) ) ; ; 單位單位(c)觸發(fā)器和整流裝

12、置環(huán)節(jié)（組合體）觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)（組合體）-功率放大功率放大GT：單結(jié)晶體管、鋸齒波、正弦波觸發(fā)器單結(jié)晶體管、鋸齒波、正弦波觸發(fā)器;整流裝置：單相、三相、半控、全控整流裝置：單相、三相、半控、全控. +-+-RLdIEneTLT直流電動機電路圖U( (e)e)直流電動機環(huán)節(jié)直流電動機環(huán)節(jié)n直流他勵電動機的兩個獨立的電路：一個是電樞回直流他勵電動機的兩個獨立的電路：一個是電樞回路，另一個是勵磁回路。路，另一個是勵磁回路。 +-+-RLdIEnfUfIeTLT直流電動機電路圖U動態(tài)關(guān)系：動態(tài)關(guān)系： ERIUsddEtLRiussddddiddmdmiCiKTtnJTTGLddtnCJIImGd

13、LdddnCnKEee穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)關(guān)關(guān)系：系： mdmdTKIC ILTT dLdIInCnKEee（2）對負載波動等擾動信號的調(diào)節(jié)）對負載波動等擾動信號的調(diào)節(jié)穩(wěn)速過程穩(wěn)速過程： n基本不受負載波動等擾動輸入的影響基本不受負載波動等擾動輸入的影響 （1）對給定信號的調(diào)節(jié)）對給定信號的調(diào)節(jié)調(diào)速過程調(diào)速過程：改變：改變 , 則則n 改變改變 *nU例如：例如：*()LnnnnTnUUUU 0()ctddeUUITn 2、系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程、系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程 3、閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性、閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性1234ndI0d04Ud03Ud02Ud01UABBC開環(huán)機械特性閉環(huán)靜特性d01d02d03d04

14、UUUUd1Id2Id3Id4I(1)(1)閉環(huán)系統(tǒng)機械特性的定性分析閉環(huán)系統(tǒng)機械特性的定性分析 (2) 閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性的定量分析閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性的定量分析 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 放 大 器整 流 器 及觸 發(fā) 裝 置電 動 機速 度 檢 測nU-nUnUctUd0Un系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系如下：系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系如下： 電壓比較環(huán)節(jié)電壓比較環(huán)節(jié) nnnUUU*放大器放大器 nPctUKU晶閘管整流器及觸發(fā)裝置晶閘管整流器及觸發(fā)裝置 ctsdUKU0V-M系統(tǒng)開環(huán)機械特性系統(tǒng)開環(huán)機械特性 eddeCRIUCEn0轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié) 22ntgetgUUCnn 單

15、閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 d0UnU-nUctUnUEpKdI RnsK1eC由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖得到系統(tǒng)的靜特性方程由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖得到系統(tǒng)的靜特性方程為為espCKKK/為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) cln0為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速 cln為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。 式中：三、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機械特性的比較三、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機械特性的比較 1 1、開環(huán)系統(tǒng)的機械特性、開環(huán)系統(tǒng)的機械特性 斷開轉(zhuǎn)速反饋回路（令斷開轉(zhuǎn)速反饋回路（令 ，則，則K K=0=0）則得開環(huán)機則得開

16、環(huán)機械特性為械特性為： 0opopedenspeddnnCRICUKKCRIUn0*0 2 2、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 ： clcledenSPnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (1)(1)閉環(huán)靜特性比開環(huán)機械特性硬得多。在同樣的負載下，兩者閉環(huán)靜特性比開環(huán)機械特性硬得多。在同樣的負載下，兩者的穩(wěn)態(tài)速降分別為：的穩(wěn)態(tài)速降分別為：)1(KCRInCRInedcledopKnnopcl1關(guān)系是 (2)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開環(huán)系統(tǒng)的靜差率小得多。閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開環(huán)系統(tǒng)的靜差率小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為clclclnns0opopop

17、nns000opclnn當 時 Kssopcl1比較后得出比較后得出結(jié)論結(jié)論：如果電機的最高速都是如果電機的最高速都是nnom，且對最低速的靜差率要求相同，且對最低速的靜差率要求相同， )1(snsnDopnomop (4)閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。(3)當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可大大提高。當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可大大提高。 閉環(huán)時閉環(huán)時 )1(snsnDclnomclopclDKD)1( 所以所以 則開環(huán)時則開環(huán)時閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的靜特閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的靜特性，且閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)越大，靜特性，且閉環(huán)

18、系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)越大，靜特性就越硬，在保證一定靜差率要求下其調(diào)速性就越硬，在保證一定靜差率要求下其調(diào)速范圍越大，但必須增設(shè)轉(zhuǎn)速檢測與反饋環(huán)節(jié)范圍越大，但必須增設(shè)轉(zhuǎn)速檢測與反饋環(huán)節(jié)和放大器。和放大器。 例例1-1龍門刨床工作臺采用龍門刨床工作臺采用Z2-93型直流電動機，型直流電動機，220nomUV305nomIA1000nomnr/min、60nomPkWRa=0.05Ks=30晶閘管整流器的內(nèi)阻晶閘管整流器的內(nèi)阻Rrec=0.13要求要求D=20，s5%問若采用開環(huán)問若采用開環(huán)V-M系統(tǒng)能否滿足要求？系統(tǒng)能否滿足要求？若采用若采用=0.015Vmin/r轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)系統(tǒng)，問放大轉(zhuǎn)速負反

19、饋閉環(huán)系統(tǒng)，問放大器的放大系數(shù)為多大時才能滿足要求？器的放大系數(shù)為多大時才能滿足要求？ 問題問題解解（1）設(shè)系統(tǒng)滿足）設(shè)系統(tǒng)滿足D=20，檢驗系統(tǒng)是否滿足檢驗系統(tǒng)是否滿足s5%？ min100050( /min)20nnnrDenCI Rn 0minminnsnnnn2203050.050.2( .min/ )1000nnaenUI RCVrn305(0.050.13)275( / min)0.2neI RnrC0minmin2750.8585%5%50275nnsnnn （2）那么同時滿足）那么同時滿足D=20，s5%的的?n 可見只要放大器的放大系數(shù)大于或等于可見只要放大器的放大系數(shù)大于或

20、等于46，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足要求。負反饋閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足要求。(在上述在上述閉環(huán)條件下，如何判斷系統(tǒng)能否正常工作？閉環(huán)條件下，如何判斷系統(tǒng)能否正常工作？) 10000.052.63( / min)(1)20(10.05)nomnomnsnrDs （3）采用負反饋，則開環(huán)放大系數(shù)）采用負反饋，則開環(huán)放大系數(shù)K為：610316322751.nnKclop得：得：46200150306103././CKKKesp課后課后作業(yè)：作業(yè)：四、反饋控制規(guī)律四、反饋控制規(guī)律改變給定改變給定 ，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n 隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給定信號變化的。定信號變化的

21、。*nU2、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化3、閉環(huán)系統(tǒng)對、閉環(huán)系統(tǒng)對反饋環(huán)內(nèi)反饋環(huán)內(nèi) 主通道上主通道上的一切的一切擾動擾動作用作用都能有效抑制都能有效抑制 )1(KCRInedcl1、采用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)是有靜差的、采用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)是有靜差的只有當只有當K=時時ncl=0。而比例控制的而比例控制的Kncl0。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為擾動：擾動：當給定當給定 不變時，把引起被調(diào)量轉(zhuǎn)速發(fā)生不變時，把引起被調(diào)量轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的所有因素稱為擾動。變化的所有因素稱為擾動。 *nU 擾動因素擾動因素：交流電源電壓波動、電機勵磁電流的：交流電源電壓波動、

22、電機勵磁電流的變化、放大器放大系數(shù)的飄移、溫度變化引起的變化、放大器放大系數(shù)的飄移、溫度變化引起的主電路電阻的變化、負載變化等等，主電路電阻的變化、負載變化等等，如下圖所示。如下圖所示。 nU+-nUnUPKctUsKd0Ue1CEn+-測速發(fā)電機勵磁變化給定PK變化電源波動R電阻變化勵磁變化被調(diào)量（輸出）dI結(jié)論：結(jié)論：反饋環(huán)內(nèi)且作用在控制系統(tǒng)主通道上的各反饋環(huán)內(nèi)且作用在控制系統(tǒng)主通道上的各種擾動，通過反饋控制作用可減小它們對轉(zhuǎn)速的種擾動，通過反饋控制作用可減小它們對轉(zhuǎn)速的影響。影響。4、反饋控制系統(tǒng)對給定電源和檢測裝置的擾動是、反饋控制系統(tǒng)對給定電源和檢測裝置的擾動是無法抑制的無法抑制的

23、當給定電源發(fā)生不應(yīng)有的波動時，轉(zhuǎn)速會隨之變化。因此當給定電源發(fā)生不應(yīng)有的波動時，轉(zhuǎn)速會隨之變化。因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)需要高精度的穩(wěn)壓電源。高精度的調(diào)速系統(tǒng)需要高精度的穩(wěn)壓電源。 反饋控制系統(tǒng)無法抑制由反饋檢測環(huán)節(jié)本身誤差引起的反饋控制系統(tǒng)無法抑制由反饋檢測環(huán)節(jié)本身誤差引起的被調(diào)量的偏差。為此，高精度的系統(tǒng)還必須有高精度的被調(diào)量的偏差。為此，高精度的系統(tǒng)還必須有高精度的反饋檢測元件作保證。反饋檢測元件作保證。五、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算五、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 例例1-2直流調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，根據(jù)給定的技術(shù)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行直流調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，根據(jù)給定的技術(shù)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行靜態(tài)參數(shù)計算。已知數(shù)據(jù)如下靜態(tài)

24、參數(shù)計算。已知數(shù)據(jù)如下：MIG-+-RP1nUnUdILdURP2ctU-+R0R0R1+ba1R4.測速發(fā)電機測速發(fā)電機：永磁式直流測速發(fā)電機，：永磁式直流測速發(fā)電機，Pnom=23.1W、Unom=110/V、Inom=0.21/A、nnom=1900/r/min。1.電動機電動機：額定數(shù)據(jù)為：額定數(shù)據(jù)為Pnom=10kW、Unom=220V、Inom=55A、 nnom=1000r/min ，電樞電阻電樞電阻Ra=0.5。2.晶閘管裝置晶閘管裝置：三相全控橋式整流電路，變壓器：三相全控橋式整流電路，變壓器Y/Y接法，接法，二次線電壓二次線電壓U2l=230V，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)觸發(fā)整

25、流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks=44。3.V-D系統(tǒng)系統(tǒng)：主回路總電阻：主回路總電阻R=1.0/。5.生產(chǎn)機械生產(chǎn)機械：要求調(diào)速范圍：要求調(diào)速范圍D=10，靜差率靜差率s5%。 解：解：1. 為滿足為滿足D=10，s5%，額定負載時調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)額定負載時調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為態(tài)速降應(yīng)為 1000 0.055.26( /min)(1)10(1 0.05)nomclnsnrDs2. 根據(jù)根據(jù)ncl，確定系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)確定系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K 式中式中1n o meclIRKCn22055 0.50.1925(min/ )1000nomnomaenomUIRCVrn3.53126.51925.00.155

26、1clenomnCRIK測速反饋系數(shù)測速反饋系數(shù)包含測速發(fā)電機的電勢轉(zhuǎn)速比包含測速發(fā)電機的電勢轉(zhuǎn)速比Cetg和電位器和電位器RP2的分壓系數(shù)的分壓系數(shù)2，即即 etgC2根據(jù)測速發(fā)電機的數(shù)據(jù)，根據(jù)測速發(fā)電機的數(shù)據(jù)， 110(min/ )0.0579min/1900etgCVrVr 本系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源為本系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源為15V，最大轉(zhuǎn)速給定為最大轉(zhuǎn)速給定為12V時，對時，對應(yīng)電動機的額定轉(zhuǎn)速，即應(yīng)電動機的額定轉(zhuǎn)速，即 =12V時，時，n=1000 r/min，測，測速發(fā)電機與電動機直接硬軸聯(lián)接。速發(fā)電機與電動機直接硬軸聯(lián)接。 *nU3. 計算測速反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)計算測速反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)當系統(tǒng)處于穩(wěn)

27、態(tài)時，近似認為當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，近似認為 ，則則 電位器電位器RP2的選擇方法如下的選擇方法如下：當測速發(fā)電機輸出最高電壓，：當測速發(fā)電機輸出最高電壓，且其電流約為額定值的且其電流約為額定值的20%時，測速發(fā)電機電樞壓降對時，測速發(fā)電機電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小。檢測信號的線性度影響較小。nnUU*212(m in/)0.012m in/10000.0120.20.0579nnometgUVrVrnC則則20 .0 5 7 91 0 0 01 3 7 9 /2 0 %0 .20 .2 1etgn o mR Pn o mCnRI 此時此時RP2所消耗的功率為所消耗的功率為 220%0.0

28、579 1000 0.2 0.21W2.43(W)RPetgnomnomPC nI 為了使電位器不過熱，實選功率應(yīng)為消耗功率的一倍以為了使電位器不過熱，實選功率應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選上，故選RP2為為10W、1.5k的可調(diào)電位器。的可調(diào)電位器。 4、計算放大器的電壓放大系數(shù)、計算放大器的電壓放大系數(shù) 43.1944012.01925.03 .53sePKKCK實取實取P20。 如果取放大器輸入電阻如果取放大器輸入電阻020/k， 則則P2020/k400/k。 六、限流保護六、限流保護電流截止負反饋電流截止負反饋起動或堵轉(zhuǎn)時：通過自動限流環(huán)節(jié)，使起動或堵轉(zhuǎn)時：通過自動限流環(huán)節(jié)，使 許可d

29、dII正常運行時：限制電樞電流的環(huán)節(jié)自動取消。正常運行時：限制電樞電流的環(huán)節(jié)自動取消。 3.措施的實現(xiàn)措施的實現(xiàn) ( (一一) )為使為使, ,可采用電流負反饋。可采用電流負反饋。 許可ddII 1.問題的提出問題的提出2.解決措施解決措施全壓起動：會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對于全壓起動：會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對于M和和KP不利。生產(chǎn)機械的堵轉(zhuǎn)，電流很大。不利。生產(chǎn)機械的堵轉(zhuǎn)，電流很大。限流原理限流原理 MIG+-RP1nUnULdURP2ctU-+R0R0R1ba1R+-R0-iU+-GTVdIRsVDdI帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)innUUUU*idsUIRddctidIUUUUI系統(tǒng)

30、原理圖系統(tǒng)原理圖 ： 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 innUUUU*nU+-nUPKctUsKd0Ue1CEn+-帶電流截止負反饋轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖R-iURssdRIdI從靜特性方程知：正常運行時，電流負反饋的存在將使系統(tǒng)從靜特性方程知：正常運行時，電流負反饋的存在將使系統(tǒng)的靜差大大增加。的靜差大大增加。 靜特性方程靜特性方程 *(1)(1)(1)psnpssddeeeKK UKK RRnIICKCKCK*(1)(1)psnpssdeeK K URK KRICKCK存在的問題存在的問題：( (二二) )為在正常運行時自動取消電流負反饋限流環(huán)節(jié)，可采用為在正常運行時自動取消電流負反饋限流環(huán)節(jié)，可采用

31、電流截止負反饋。電流截止負反饋。 帶電流截止負反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖帶電流截止負反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖 MIG+-RP1nUnULdURP2ctU-+R0R0R1ba1R+-+-。R0-iU+-GTVdIRsVDcomURP3dI帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖中電流反饋信號取自小電阻圖中電流反饋信號取自小電阻Rs兩端，兩端，IdRs正比于電樞電流，正比于電樞電流，設(shè)設(shè)Idcr為臨界截止電流，為臨界截止電流，Ucom =IdcrRs為比較電壓。為比較電壓。 當當IdRsUcom（即即IdIdcr）時，二極管導通，電流調(diào)時，二極管導通，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓節(jié)器的輸入偏差電壓 為為 ，系統(tǒng)，系

32、統(tǒng)靜特性較軟。靜特性較軟。 innUUUU*當當IdRsUcom（即即IdIdcr）時，二極管截止，電流負反饋被切時，二極管截止，電流負反饋被切斷，此時系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其靜特性很硬。斷，此時系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其靜特性很硬。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Ucom的大小，即可改變的大小，即可改變臨界截止電流臨界截止電流Idcr的大小。的大小。REUIUUUUUUUIdddctinnid00*其限流原理為：其限流原理為：nU+-nUPKctUsKd0Ue1CEn+-帶電流截止負反饋轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖R-iURssdRIcomU-+-comUdI系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)電流截止負反

33、饋的特性和結(jié)構(gòu)圖可推出系統(tǒng)的靜特性根據(jù)電流截止負反饋的特性和結(jié)構(gòu)圖可推出系統(tǒng)的靜特性方程：當方程：當IdRsUcom時，電流截止負反饋不起作用。時，電流截止負反饋不起作用。系統(tǒng)的靜特性方程：系統(tǒng)的靜特性方程：nnIKCRKCUKKndeensp0*)1 ()1 (對應(yīng)于圖對應(yīng)于圖1-17的的n0-A段段當當IdRsUcom時，即電流截止負反饋起作用時，即電流截止負反饋起作用。nnKCIRKKRKCUUKKKCRIUIRKCKKKCUKKnedsspecomnspedcomdsespensp0*)1()()1()()1()()1()1(0c rd ,Ib 1d ,IdIABn0n 0n圖1-17

34、對應(yīng)于圖對應(yīng)于圖1-17的的A-B段段 兩段相比有如下特性：兩段相比有如下特性： (1) n0，因為因為Ucom與與 作用一致，因而提高了作用一致，因而提高了 。 -A段段因電流負反饋被截止而不存在。因電流負反饋被截止而不存在。 0n*nU0n0n (2)n n，因為電流負反饋起作用時，相當于在主電路中因為電流負反饋起作用時，相當于在主電路中串入一個大電阻串入一個大電阻KpKsRs，因此穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。因此穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。這樣的兩段式靜特性通常稱為這樣的兩段式靜特性通常稱為“挖土機特性挖土機特性”。 當系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時，當系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時，n=0，則則 sspcomnspdbldR

35、KKRUUKKII)(*一般一般KpKsRsR，所以所以 nomscomndblIRUUI*電動機運行于電動機運行于n0-A段，希望有足夠?qū)挼倪\行范圍。一般取段，希望有足夠?qū)挼倪\行范圍。一般取Idcr1.2Inom，即即 式中式中為電動機過載系數(shù)，一般為為電動機過載系數(shù)，一般為1.52。nomscomdcrIRUI2.1/由上二式可得由上二式可得 nomdcrdblsnIIIRU)2 . 1(/*上述關(guān)系可作為設(shè)計電流截止負反饋環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。上述關(guān)系可作為設(shè)計電流截止負反饋環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。電流截止環(huán)節(jié)的其他電路：利用穩(wěn)壓管電流截止環(huán)節(jié)的其他電路：利用穩(wěn)壓管VST產(chǎn)生比較電壓的產(chǎn)生比較電壓的原

36、理見圖（原理見圖（a）；）；采用封鎖運算放大器的原理見圖（采用封鎖運算放大器的原理見圖（b） M+-接放大器iUVZbrUdU+-+RsdI(a)-+MR0nIR1VTctUiUVZRsSRPdI(b)封鎖運算放大器的電流截止環(huán)節(jié)ab第三節(jié)第三節(jié) 其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 一、電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)一、電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng) 實現(xiàn)轉(zhuǎn)速負反饋須有測速發(fā)電機。從實現(xiàn)轉(zhuǎn)速負反饋須有測速發(fā)電機。從 edesnomdCUCRIUn可知：如果忽略電樞壓降，則電動機的轉(zhuǎn)速可知：如果忽略電樞壓降，則電動機的轉(zhuǎn)速n近似正比于電近似正比于電樞兩端電壓樞兩端電壓 ?？刹捎秒妷贺摲答伌孓D(zhuǎn)

37、速負反饋，維持可采用電壓負反饋代替轉(zhuǎn)速負反饋，維持轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n基本不變?；静蛔儭UMRP1nURP2ctU-+R0R0R1RP01+-+-dULduUU由圖可見，反饋檢測元件是起分壓作用的電位器由圖可見，反饋檢測元件是起分壓作用的電位器RP2。電壓反饋信號電壓反饋信號Uu=Ud，為電壓反饋系數(shù)。為電壓反饋系數(shù)。 為了分析方便，把電樞總電阻分成兩部分，即為了分析方便，把電樞總電阻分成兩部分，即R=Rn+Ra，Rn為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平波電抗器電阻），波電抗器電阻），Ra為電樞電阻。由此可得為電樞電阻。由此可得 0ddndddaUI RUUI REe1C(a)E

38、n+-nUPKctUnUsKd0UnRaR+-+-nUsKKpe1CndUnU(b)dI其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示如下圖所示：e1CsKKpdUn+-ndRI( c )e1Cn-daIR( d )電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式為電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式為 *(1)(1)psnndadeeeK K UR IR InCKCKC 式中K=KpKs由方程知，電壓負反饋把反饋環(huán)包圍的整流裝置由方程知，電壓負反饋把反饋環(huán)包圍的整流裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降減小到內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降減小到1/（1+K）。）。擾動量擾動量IdRa不包圍在反饋環(huán)內(nèi)，由它引起的穩(wěn)態(tài)速降得不包圍在反饋環(huán)內(nèi)，由它引起的穩(wěn)

39、態(tài)速降得不到抑制。為此引入電流正反饋，以補償電樞電不到抑制。為此引入電流正反饋，以補償電樞電阻引起的穩(wěn)態(tài)速降。阻引起的穩(wěn)態(tài)速降。二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)二、電壓負反饋帶電流補償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng) 原理圖第四節(jié)第四節(jié) 轉(zhuǎn)速負反饋無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負反饋無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)一、無靜差調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律一、無靜差調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律 1.積分調(diào)節(jié)器及其控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器及其控制規(guī)律 -

40、+(a)ba1RR0inUiiACexUinUex,U0tinUexUmex,U(b)積分調(diào)節(jié)器及其輸出特性exU0tinUexU(c)0111exininUidtU dtU dtCR C積分時間常數(shù)積分時間常數(shù)PIPI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為 ，積分時間常數(shù)為，積分時間常數(shù)為+-+ba1RR0inUAexU比例積分調(diào)節(jié)器電路圖i-iC1inUex,U0tinUexUmex,UinUpiK階躍輸入時PI調(diào)節(jié)器的輸出特性2、比例積分調(diào)節(jié)器及其控制規(guī)律、比例積分調(diào)節(jié)器及其控制規(guī)律 111inexUiRUiRidtC100111exininpiininRUUU dtK UU dt

41、RR CpiK01R C3.有差系統(tǒng)和無差系統(tǒng)控制規(guī)律的比較有差系統(tǒng)和無差系統(tǒng)控制規(guī)律的比較 無差系統(tǒng)的控制規(guī)律無差系統(tǒng)的控制規(guī)律 *1 nnnctnnUUUUU dtU dt要使系統(tǒng)無差，則要采用積分控制。考慮要使系統(tǒng)無差，則要采用積分控制?？紤]到快速性，工程上通常采用到快速性，工程上通常采用PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。*.nnnctpnnUUUUKUU 有差系統(tǒng)的控制規(guī)律有差系統(tǒng)的控制規(guī)律二、帶二、帶PIPI調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) MIG-+-RP1nUnUdILRP2ctU-+R0R0R1+ba1Rd0U-nC1VTiU+TA采用比例積分調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)1

42、、系統(tǒng)的、系統(tǒng)的組成框圖組成框圖系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負反饋和電流截止負反饋，和電流截止負反饋，速度調(diào)節(jié)器（速度調(diào)節(jié)器（ASR）為為PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 2、無靜差的實現(xiàn)、無靜差的實現(xiàn) 穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓Un=0。當負載由當負載由TL1增至增至TL2時，轉(zhuǎn)速下降，時，轉(zhuǎn)速下降，Un下降使偏差電壓下降使偏差電壓 不為零，不為零，PI調(diào)節(jié)器進入調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)器進入調(diào)節(jié)過程。 nU整流裝置的交流側(cè)電流與直流側(cè)電流成正比。當電流大于整流裝置的交流側(cè)電流與直流側(cè)電流成正比。當電流大于截止電流時，則穩(wěn)壓管被擊穿導通，負反饋電壓截止電流時，則穩(wěn)壓管被擊穿導通，負反

43、饋電壓Ui使晶體使晶體管管VT導通，而使電流降低下來。導通，而使電流降低下來。 3、電流檢測電路、電流檢測電路 電流截止反饋信號電流截止反饋信號Ui也可以由交流側(cè)的電流互感器測得，也可以由交流側(cè)的電流互感器測得，再經(jīng)橋式整流后輸出的直流信號。再經(jīng)橋式整流后輸出的直流信號。 第五節(jié)第五節(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 電流截止負反饋只能在整個啟動過程中限制最大電流，而電流截止負反饋只能在整個啟動過程中限制最大電流，而不能維持最大電流，影響啟動快速性（即啟動時間不能維持最大電流，影響啟動快速性（即啟動時間ts較長）。較長）。 din，0ndin（ ）tLIdmI(a)(b)di

44、n，dmILIn（ ）0調(diào) 速 系 統(tǒng) 啟 動 過 程 的 電 流 和 轉(zhuǎn) 速 波 形一、問題的提出一、問題的提出 二、解決問題的措施二、解決問題的措施實現(xiàn)理想的啟動實現(xiàn)理想的啟動1、理想啟動過程、理想啟動過程理想啟動波形如下圖示，整個啟動過程中，啟動電流一直保理想啟動波形如下圖示，整個啟動過程中，啟動電流一直保持最大允許值，此時電動機以最大轉(zhuǎn)矩啟動，轉(zhuǎn)速以直線規(guī)持最大允許值，此時電動機以最大轉(zhuǎn)矩啟動，轉(zhuǎn)速以直線規(guī)律上升；啟動結(jié)束后，電流從最大值下降為負載電流值且保律上升；啟動結(jié)束后，電流從最大值下降為負載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。din，0ndin

45、（）tLIdmI(a)(b)din，dmILIn（）0調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形（2）穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)）穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。速外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。 2、實現(xiàn)理想啟動過程的方法、實現(xiàn)理想啟動過程的方法采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負反饋調(diào)速系統(tǒng)。（1）啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)）啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線起

46、主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達到給定值；性變化，迅速達到給定值；三、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理三、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。（一）系統(tǒng)的組成（一）系統(tǒng)的組成ASR輸出限幅值為輸出限幅值為U*im，它它決定決定了主回路中的最大了主回路中的最大允許電流允許電流Idm。1、設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。2、ACR和電流檢測和電流檢測-反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，電反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)（副環(huán)）；流環(huán)為內(nèi)環(huán)（副環(huán)）；ASR和轉(zhuǎn)速檢測和轉(zhuǎn)速

47、檢測-反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成了轉(zhuǎn)速環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)（又稱主環(huán)）。構(gòu)成了轉(zhuǎn)速環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)（又稱主環(huán)）。ASR和和ACR均為均為PI調(diào)節(jié)器，其輸入輸出設(shè)有限幅電路。調(diào)節(jié)器，其輸入輸出設(shè)有限幅電路。ACR輸出限幅值為輸出限幅值為Uctm，它它限制限制了晶閘管整流器輸了晶閘管整流器輸出電壓出電壓Udm的最大值。的最大值。（二）系統(tǒng)的工作原理（二）系統(tǒng)的工作原理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 1、以、以ACR為核心的電流環(huán)為核心的電流環(huán)作用是穩(wěn)定電流作用是穩(wěn)定電流穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時，Ui= -U*i+Ui= -U*i +Id=0，即即Id=U*i/。其中其中為電流反饋系數(shù)。為電

48、流反饋系數(shù)。當當U*i一定時，由于電流負反饋的作用，使輸出電流保持在一定時，由于電流負反饋的作用，使輸出電流保持在U*i/數(shù)值上。當數(shù)值上。當Id U*i /時，調(diào)節(jié)過程如下時，調(diào)節(jié)過程如下： ddctdiidIUUIUUI0*）（最終保持電流穩(wěn)定。當電流下降時，也有類似的調(diào)節(jié)過程。最終保持電流穩(wěn)定。當電流下降時，也有類似的調(diào)節(jié)過程。 2.以以ASR為核心的轉(zhuǎn)速環(huán)為核心的轉(zhuǎn)速環(huán)作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時，Un=U*n-n=0，即即n= U*n /。其中其中為轉(zhuǎn)速反饋為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。當系數(shù)。當U*n一定時，轉(zhuǎn)速一定時，轉(zhuǎn)速n將穩(wěn)定在將穩(wěn)定在U*n /數(shù)值上。數(shù)值上。當當nU*n

49、 /時，其自動調(diào)節(jié)過程如下：時，其自動調(diào)節(jié)過程如下：*000nniictdnUUnUUUUn 負載（）最終保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當轉(zhuǎn)速上升時，也有類似的調(diào)節(jié)過程。最終保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當轉(zhuǎn)速上升時，也有類似的調(diào)節(jié)過程。n0n0ABdmIdnIdI雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性具有近似理雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性具有近似理想的想的“挖土機特性挖土機特性”（見圖中實線）（見圖中實線）四、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算四、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 啟動時，突加階躍啟動時，突加階躍U*n，ASR飽和，輸出限幅值飽和，輸出限幅值U*im且不變，且不變，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)

50、。電流負反饋起恒流調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)。電流負反饋起恒流調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速線性上轉(zhuǎn)速線性上升，獲得極好的下垂特性，如圖中的升，獲得極好的下垂特性，如圖中的AB段虛線。段虛線。 當轉(zhuǎn)速達到給定值且略有超調(diào)時，當轉(zhuǎn)速達到給定值且略有超調(diào)時，ASR退飽和，轉(zhuǎn)速負反饋起調(diào)節(jié)作用，退飽和，轉(zhuǎn)速負反饋起調(diào)節(jié)作用，使轉(zhuǎn)速保持恒定，即使轉(zhuǎn)速保持恒定，即n= U*n /保持不保持不變。見圖中變。見圖中n0-A段虛線。段虛線。2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 當當ASR和和ACR都不飽和且系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，各變量間的關(guān)系為都不飽和且系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，各變量間的關(guān)系

51、為 nnUUnn0*dLdiiIIUU*sdLnesdesdctKRIUCKRInCKUU/*0轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) max*nUnm電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù) *imdmUI其中其中 U*nm和和 U* im是最大轉(zhuǎn)速給定電壓及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸是最大轉(zhuǎn)速給定電壓及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓。出限幅電壓。 ( a )( b )( c )( d )( e )nUnU，II II I I穩(wěn)態(tài)nUnUnU00000tttttiUiU，iUiUi mUd LI，c tU)(dU123c t mUd LId mI)(,EnnABCDnE1t2t3t4t（二）（二）雙閉環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速系調(diào)速系統(tǒng)的起統(tǒng)的起動特性

52、動特性啟動特性如圖所示。動態(tài)響應(yīng)分為三個階段。啟動特性如圖所示。動態(tài)響應(yīng)分為三個階段。 1、啟動過程的第一階段（電流上升）、啟動過程的第一階段（電流上升）原因：啟動時，原因：啟動時， 最大，最大，ASR的輸出很快達到限幅的輸出很快達到限幅值值 。此時，。此時， 作為電流環(huán)的給定電壓，其輸出電流迅速上升，作為電流環(huán)的給定電壓，其輸出電流迅速上升，當當 時，時， 開始上升，由于開始上升，由于ACR的調(diào)節(jié)作用，很快的調(diào)節(jié)作用，很快使使 。標志電流上升過程結(jié)束。標志電流上升過程結(jié)束。nUUnn*imUdLdIIndmdII*imU狀態(tài)：狀態(tài)：ASR達到飽和狀態(tài)，不再起調(diào)節(jié)作用。因達到飽和狀態(tài)，不再起調(diào)

53、節(jié)作用。因 ，Ui比比Un增長快，增長快，ACR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用。不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用。LmTT特征關(guān)系：特征關(guān)系：diIU/*dmimIU*為電流閉環(huán)的整定依據(jù)為電流閉環(huán)的整定依據(jù)關(guān)鍵位置：關(guān)鍵位置：A： dLdII 時，時，n 開始升速；開始升速；dmdII 時，快速啟動。時，快速啟動。 B: 2、啟動過程的第二階段（恒流升速）、啟動過程的第二階段（恒流升速） 原因：隨著轉(zhuǎn)速上升，電流將從原因：隨著轉(zhuǎn)速上升，電流將從Idm回落。但由于回落。但由于ACR的的無靜差調(diào)節(jié)作用，使無靜差調(diào)節(jié)作用，使 ，即電流保持最大值，即電流保持最大值Idm。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速線性上升，接近理想的啟動過程。速線性上升

54、，接近理想的啟動過程。dmdII狀態(tài)：狀態(tài)：ASR保持飽和，保持飽和，ACR保持線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。保持線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。 特征關(guān)系：特征關(guān)系： 0*dimiiimIUU UU，Uct線性上升。線性上升。 關(guān)鍵位置：關(guān)鍵位置：C: nUU nnnn*，狀態(tài)：狀態(tài)：ASR退出飽和，速度環(huán)開始調(diào)節(jié)，退出飽和，速度環(huán)開始調(diào)節(jié)，n跟隨跟隨 變化；變化；ACR保持在不飽和狀態(tài)，保持在不飽和狀態(tài)，Id緊密跟隨緊密跟隨 變化變化 *nU*iU3、啟動過程的第三階段（轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定）、啟動過程的第三階段（轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定） 原因：當轉(zhuǎn)速上升到原因：當轉(zhuǎn)速上升到 時，時， 。但此時電樞。但此時電樞電流仍保持最大值，電動機轉(zhuǎn)速繼

55、續(xù)上升，從而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速超電流仍保持最大值，電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，從而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。調(diào)現(xiàn)象。 *nn 0*nUUnn當轉(zhuǎn)速當轉(zhuǎn)速n大于大于 時，時， ， ASR退出飽和。經(jīng)退出飽和。經(jīng)ASR的調(diào)節(jié)，最終使的調(diào)節(jié)，最終使n保持在保持在n*的數(shù)值上。而的數(shù)值上。而ACR調(diào)節(jié)使調(diào)節(jié)使0*nUUnn*ndLdII特征關(guān)系：穩(wěn)態(tài)時，調(diào)節(jié)器輸入特征關(guān)系：穩(wěn)態(tài)時，調(diào)節(jié)器輸入/輸出電壓：輸出電壓： sdLectiiinnKRInCUUUUnUU/ )(00*關(guān)鍵位置：關(guān)鍵位置：D： ，0/dtdnn為峰值為峰值 ；E： dLdIInn，*穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。 可以看出：可以看出：ASR在電動機啟動過程的第一階段由不

56、飽和到飽在電動機啟動過程的第一階段由不飽和到飽和、第二階段處于飽和狀態(tài)、第三階段從退飽和到線性調(diào)節(jié)和、第二階段處于飽和狀態(tài)、第三階段從退飽和到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)；而狀態(tài)；而ACR始終處于線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。始終處于線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。 五、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的作用五、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的作用（一）（一）ACR的作用：的作用： 1、起電流調(diào)節(jié)作用。、起電流調(diào)節(jié)作用。（1）啟動時，在）啟動時，在ASR的飽和作用下，經(jīng)的飽和作用下，經(jīng)ACR調(diào)節(jié)，使電樞調(diào)節(jié)，使電樞電流保持允許的最大值電流保持允許的最大值Idm，加快過渡過程，實現(xiàn)快速起動。，加快過渡過程，實現(xiàn)快速起動。（2）通過設(shè)置）通過設(shè)置ASR的飽

57、和限幅值，依靠的飽和限幅值，依靠ACR的調(diào)節(jié)作用，的調(diào)節(jié)作用，可限制最大電樞電流，可限制最大電樞電流，/imdmUI2、當電網(wǎng)波動時，通過、當電網(wǎng)波動時，通過ACR的調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)電壓的波動幾的調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)電壓的波動幾乎不對轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。乎不對轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。3、在電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，一方面限制過大的電流，起到、在電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，一方面限制過大的電流，起到快速保護作用；另一方面，使轉(zhuǎn)速迅速下降，實現(xiàn)了快速保護作用；另一方面，使轉(zhuǎn)速迅速下降，實現(xiàn)了“挖土機挖土機”特性。特性。*nU/nUn（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1、起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用。、起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用。（1）使轉(zhuǎn)速）使轉(zhuǎn)速n

58、跟隨給定電壓跟隨給定電壓 變化。變化。（2）穩(wěn)態(tài)運行時，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。使轉(zhuǎn)速保持在）穩(wěn)態(tài)運行時，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。使轉(zhuǎn)速保持在 的數(shù)值上，無靜差。的數(shù)值上，無靜差。2、在負載變化（或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動）而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)、在負載變化（或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動）而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時，靠偏差時，靠ASR的調(diào)節(jié)作用來消除轉(zhuǎn)速偏差，保持轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)作用來消除轉(zhuǎn)速偏差，保持轉(zhuǎn)速恒定。恒定。3、ASR的輸出限幅值決定了系統(tǒng)允許的最大電流，的輸出限幅值決定了系統(tǒng)允許的最大電流，作用于作用于ACR，以獲得較快的動態(tài)響應(yīng)。，以獲得較快的動態(tài)響應(yīng)。 六、雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能的改進六、雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能的改進轉(zhuǎn)速微分負反饋轉(zhuǎn)速微分負反饋雙環(huán)系統(tǒng)有

59、轉(zhuǎn)速超調(diào)，且抗擾性能也有限制。在雙環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速超調(diào)，且抗擾性能也有限制。在ASR上引入上引入轉(zhuǎn)速微分負反饋，可抑制超調(diào)、降低動態(tài)速降，提高抗擾性轉(zhuǎn)速微分負反饋，可抑制超調(diào)、降低動態(tài)速降，提高抗擾性能。電路上增加了電容能。電路上增加了電容Cdn和電阻和電阻Rdn，在轉(zhuǎn)速負反饋的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)速負反饋的基礎(chǔ)上疊加上一個轉(zhuǎn)速微分負反饋。只要有轉(zhuǎn)速超調(diào)和動態(tài)速降的疊加上一個轉(zhuǎn)速微分負反饋。只要有轉(zhuǎn)速超調(diào)和動態(tài)速降的趨勢，微分負反饋就開始進行調(diào)節(jié)。趨勢，微分負反饋就開始進行調(diào)節(jié)。第七節(jié)第七節(jié) 可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)一、可逆運行及可逆電路一、可逆運行及可逆電路 可逆運行可逆運行電磁轉(zhuǎn)矩可逆電磁轉(zhuǎn)矩可逆電磁

60、轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 可逆，而可逆，而轉(zhuǎn)矩方向由磁場方向和電樞電壓的極性共同決定。轉(zhuǎn)矩方向由磁場方向和電樞電壓的極性共同決定。 （1）電樞可逆調(diào)速系統(tǒng)：）電樞可逆調(diào)速系統(tǒng)：勵磁磁場方向不變，改變電樞電勵磁磁場方向不變，改變電樞電壓極性實現(xiàn)可逆運行；壓極性實現(xiàn)可逆運行； （2）磁場可逆調(diào)速系統(tǒng)：）磁場可逆調(diào)速系統(tǒng)：電樞電壓極性不變，改變勵磁電電樞電壓極性不變，改變勵磁電流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運行。流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運行。 與此對應(yīng)，與此對應(yīng)，V-M系統(tǒng)的可逆電路有兩種方式：系統(tǒng)的可逆電路有兩種方式： （1）電樞反接可逆電路；）電樞反接可逆電路； （2）勵磁反接可逆電路。）勵磁反接可逆電路。aMeICT（一）電樞反接