第5章 直流傳動控制系統(tǒng)

1、第5章直流傳動控制系統(tǒng) 機電傳動控制系統(tǒng)主要有直流傳動控制系統(tǒng)和交流傳動控制系統(tǒng)。 直流傳動控制系統(tǒng)是以直流電動機為動力，交流傳動控制系統(tǒng)則以交流電動機為動力。 由本教材第2.5章節(jié)我們已經(jīng)知道，直流電動機雖不如交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容易、價格便宜等，但由于直流電動機具有良好的調(diào)速性能，可在很寬的范圍平滑調(diào)速，所以截至目前為止，直流電動機仍被廣泛地應(yīng)用于自動控制要求較高的各種生產(chǎn)部門。5.1直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的分類與技術(shù)性能5.1.1 直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的分類 直流電動機轉(zhuǎn)速數(shù)學(xué)模型在恒轉(zhuǎn)矩負載與電樞、勵磁繞組正常接線的條件下，直流電動機的轉(zhuǎn)速與電樞電壓成比例關(guān)系，因此，調(diào)速的問題

2、就成為了調(diào)電樞電壓的問題。根據(jù)調(diào)電樞電壓方法的不同，常用典型的直流調(diào)速系統(tǒng)可分為：旋轉(zhuǎn)變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）；靜止變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）；直流斬波器與脈沖寬度調(diào)制器型直流調(diào)速系統(tǒng)（直流PWM-M系統(tǒng)） 02ddaeeeemURURnITnnKKKK K5.1.2直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標1.靜態(tài)技術(shù)指標靜態(tài)技術(shù)指標1)靜差度靜差度定義：電動機在某一機械特性曲線所示狀態(tài)下運行時，額定負載下所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落 與理想空載轉(zhuǎn)速 之比，稱為靜差率 ，用 表示 。 圖5.1機械特性的靜差率Nn0nS0/nnSN5.1.2直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標

3、直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標2)調(diào)速范圍調(diào)速范圍定義：電動機在額定負載下調(diào)速時，允許的定義：電動機在額定負載下調(diào)速時，允許的最高轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速之比，稱為調(diào)速范圍，最高轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速之比，稱為調(diào)速范圍，通常用通常用 來表示來表示 )1 ()1 ()1 (22max22max0202max02maxminmaxSnSnSSnnnnnnnnnnnDNNNN調(diào)速范圍反映了生產(chǎn)機械對調(diào)速的要求，不同的生產(chǎn)機械對電動機的調(diào)速范圍有不同的要求。minmaxnnD minmaxnnD 5.1.2直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)指標標2動態(tài)技術(shù)指標動態(tài)技術(shù)指標N3)振蕩次數(shù)振蕩次數(shù)T2)過渡過程時

4、間過渡過程時間p1)最大超調(diào)量最大超調(diào)量超調(diào)量太大，達不到生產(chǎn)上藝上的要求，如果太小，則會使過渡過程過于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等，一般超調(diào)量為1035。從輸入控制(或擾動)作用于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量轉(zhuǎn)速進入n)02. 005. 0(穩(wěn)定值區(qū)間時為止(并且以后不再超出這個范圍)的段時間，稱為過渡過程時間。在過渡過程時間內(nèi)，被調(diào)整轉(zhuǎn)速在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。不同的生產(chǎn)機械對動態(tài)指標的要求不盡相同，如龍門刨床、軋鋼機等可允許有一次振蕩，而造紙機則不允許有振蕩的過渡過程。5.2 旋轉(zhuǎn)變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)(G-M系統(tǒng))521 旋轉(zhuǎn)變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變流機組是用交流電動機和直流發(fā)電機組成

5、機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。G-M系統(tǒng)工作原理是：由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動機 M 供電，調(diào)節(jié)G 的勵磁電流 ig 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。與機組同軸安裝的直流勵磁發(fā)電機GE是為直流發(fā)電機G和直流電動機M提供勵磁電源。 522 旋轉(zhuǎn)變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性旋轉(zhuǎn)變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性當(dāng)對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求不高時，通常采用開環(huán)控制的方法，此時，由于從給定電位器取出的直流發(fā)電機G的勵磁給定電流ig比較大，因此，可直接由

6、勵磁電源供電，而不需要勵磁電流調(diào)節(jié)放大器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。改變ig的極性，可以改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向，改變ig的大小，可以電動機的旋轉(zhuǎn)速度。同時，無論正、反轉(zhuǎn)的減速，系統(tǒng)都經(jīng)歷-個回饋制動過程，因此，G-M系統(tǒng)可以很容易的實現(xiàn)四象限運行。G-M系統(tǒng)的機械特性見圖5.3。5.2.3 交磁電機擴大機交磁電機擴大機-直流發(fā)電機直流發(fā)電機-直流電直流電動機系統(tǒng)動機系統(tǒng)(GA-M系統(tǒng)系統(tǒng))交磁電機擴大機是一種具有較高放大倍數(shù)、多控制繞交磁電機擴大機是一種具有較高放大倍數(shù)、多控制繞組的高性能特殊構(gòu)造的直流發(fā)電機，可作為直流電動組的高性能特殊構(gòu)造的直流發(fā)電機，可作為直流電動機的供電電源或直流發(fā)電機的勵磁機，

7、并可以組成各機的供電電源或直流發(fā)電機的勵磁機，并可以組成各種反饋調(diào)速系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。通種反饋調(diào)速系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。通常采用下面幾種反饋方式。常采用下面幾種反饋方式。 1)電壓負反饋電壓負反饋 2）電壓微分負反）電壓微分負反饋饋523交磁電機擴大機交磁電機擴大機-直流發(fā)電直流發(fā)電機機-直流電動機系統(tǒng)直流電動機系統(tǒng)(GA-M系統(tǒng)系統(tǒng))3)電流正反饋電流正反饋 4）電流截止負反饋）電流截止負反饋523交磁電機擴大機交磁電機擴大機-直流發(fā)電直流發(fā)電機機-直流電動機系統(tǒng)直流電動機系統(tǒng)(GA-M系統(tǒng)系統(tǒng))帶電流截止負反饋的GA-M系統(tǒng)機械特性 5.3 靜止變流機組型直流調(diào)

8、速系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))直流調(diào)速系統(tǒng)中，目前，用得較多的是晶閘管-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。由于采用晶閘管作為變流器件，系統(tǒng)沒有旋轉(zhuǎn)機組，因此也稱靜止變流機組型直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)。531變流器件變流器件1晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b)示意圖(c)表示符號1-鋼底座2-鍆片3-鋁片4-金銻合金片5-金硼鈀片6-硅片圖5.9晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及圖示方法531變流器件變流器件2晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理(1)起始時若控制極不加電壓，則不論陽極加正向電壓還是反向電壓，晶閘管均不導(dǎo)通，這說明晶閘管具有正、反向阻斷能力。(2)晶閘管的陽極和控制極同時加正向電壓時晶閘管才能導(dǎo)通，

9、這是晶閘管導(dǎo)通必須同時具備的兩個條件。(3)在晶閘管導(dǎo)通之后，其控制極就失去控制作用。欲使晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，必須把陽極正向電壓降低到一定值(或斷開，或反向)。所以說晶閘管是控制導(dǎo)通而不控制關(guān)斷的半控器件。3晶閘管的伏安特性晶閘管的伏安特性當(dāng)晶閘管控制極流過正向電流當(dāng)晶閘管控制極流過正向電流Ig時，時，晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓降低，晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓降低，Ig 越大，越大，轉(zhuǎn)折電壓越小，當(dāng)轉(zhuǎn)折電壓越小，當(dāng)Ig足夠大時，晶閘足夠大時，晶閘管正向轉(zhuǎn)折電壓很小，一加上正向陽管正向轉(zhuǎn)折電壓很小，一加上正向陽極電壓，晶閘管就導(dǎo)通。極電壓，晶閘管就導(dǎo)通。實際規(guī)定，實際規(guī)定，當(dāng)晶閘管元件陽極與陰極之間加上當(dāng)晶

10、閘管元件陽極與陰極之間加上6V直流電壓時，能使元件導(dǎo)通的控制極直流電壓時，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流最小電流(電壓電壓)稱為觸發(fā)電流稱為觸發(fā)電流(電壓電壓)。在晶閘管陽極與陰極間加上反向電壓在晶閘管陽極與陰極間加上反向電壓時，開始晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，時，開始晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流流過。當(dāng)反向只有很小的反向漏電流流過。當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值時，反向漏電流電壓增大到某一數(shù)值時，反向漏電流急劇增大，這時，所對應(yīng)的電壓稱為急劇增大，這時，所對應(yīng)的電壓稱為反向不重復(fù)峰值電壓反向不重復(fù)峰值電壓(URsM)，或稱反，或稱反向轉(zhuǎn)折向轉(zhuǎn)折(擊穿擊穿)電壓電壓(UBR)?？梢?，晶閘。

11、可見，晶閘管的反向伏安特性與二極管反向特性管的反向伏安特性與二極管反向特性類似。類似。 4晶閘管的應(yīng)用晶閘管的應(yīng)用1)零式整流電路零式整流電路零式整流電路特點零式整流電路特點在零式整流電路中，由于電源變壓器副邊繞組只能通以直流電流，磁滯損耗大，材料利用率低，變壓器發(fā)熱嚴重。僅適用作小功率的整流電源。2)橋式整流電路橋式整流電路三相橋式全控變流電路電流波形以及觸發(fā)脈沖順序圖(=0時) (a)交流電源電壓(b)相電流(c)觸發(fā)脈沖順序(d)整流輸出電壓=3001500輸出電壓的波形 三相橋式全控變流電路整流與逆變工作狀態(tài) 當(dāng)=90 0時，平均輸出電壓Ud=0，當(dāng)90 0)時，Ud=“+”。三相橋式

12、全控變流電路工作在整流狀態(tài)。當(dāng)90 0(或0，移到300處，如繼續(xù)增大uk，ik也隨之增大，如果沒有設(shè)置i限制環(huán)節(jié)，則|ik|將有可能大于|i(峰值)|，造成丟失脈沖。(3)當(dāng)uk0，移到1500處。由于加入U以后，D3導(dǎo)通，此時ib1=ik+i。上述線路中，由于設(shè)置u比u超前600，而u比u滯后600，故實際移相范圍在=3001500區(qū)間，實際只有1200左右。（2）鋸齒波移相觸發(fā)器電路）鋸齒波移相觸發(fā)器電路觸發(fā)電路所產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖波形 2）KC系列單片集成觸發(fā)器系列單片集成觸發(fā)器 為了提高觸發(fā)器電路的工作可靠性，縮小調(diào)速控制系統(tǒng)的體積和降低成本，將分立器件觸發(fā)器電路集成在單一的芯片上，從而

13、制造成單片集成觸發(fā)器，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在變流系統(tǒng)中。KC系列單片集成觸發(fā)器有很多型號，一些型號可以單獨應(yīng)用在簡單系統(tǒng)，一些型號經(jīng)過組合可以應(yīng)用在復(fù)雜系統(tǒng)中。（1）KC04移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器 用于單相、三相全控橋式變流裝置中作晶閘管雙路脈沖移相觸發(fā)。其兩路相位差180o的移相脈沖可方便的構(gòu)成全控橋式觸發(fā)線路。該電路具有負載能力大，移相性能好，正負半周脈沖相位值均衡性好，移相范圍寬，對同步電壓要求不嚴，有脈沖列調(diào)制輸入端等功能特點。 KC04集成觸發(fā)器電路原理與分立元件的鋸齒波移相電路相似，由同步、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成，功率放大幾部分組成。KC04移相觸發(fā)器引腳功能簡介移相觸發(fā)器引腳功能

14、簡介 同步檢測電路：正弦同步電壓uT經(jīng)電阻R接至8端；鋸齒波形成電路：外接電容Cl接于3、8端，與內(nèi)部電路組成密勒積分器，形成線性增大的鋸齒波；移相電路：經(jīng)9端輸入的移相控制電壓uk，偏移電壓uP和鋸齒波電壓uC，分別經(jīng)外部電阻在內(nèi)部疊加，以形成一定寬度的移相脈沖；功率放大電路：內(nèi)部功放電路對該移相脈沖進行放大，得到正負半周相隔180的兩組觸發(fā)脈沖。分別經(jīng)11和15端生產(chǎn)輸出。高頻脈沖列調(diào)制和脈沖封鎖控制信號，分別經(jīng)由13和14端控制。（2）KC42高頻脈沖列調(diào)制發(fā)生器高頻脈沖列調(diào)制發(fā)生器 在需要寬觸發(fā)脈沖輸出場合，為了減小輸出脈沖變壓器的在需要寬觸發(fā)脈沖輸出場合，為了減小輸出脈沖變壓器的體積

15、，可采用脈沖列觸發(fā)方式。一般是在觸發(fā)脈沖形成后加體積，可采用脈沖列觸發(fā)方式。一般是在觸發(fā)脈沖形成后加以頻率較高的脈沖列調(diào)制。以頻率較高的脈沖列調(diào)制。適用于作晶閘管三相全控橋式整適用于作晶閘管三相全控橋式整流電路的脈沖列調(diào)制電源。也可用于三相半控、單相全控、流電路的脈沖列調(diào)制電源。也可用于三相半控、單相全控、單相半控等電路中。電路具有脈沖占空比可調(diào)性好，頻率調(diào)單相半控等電路中。電路具有脈沖占空比可調(diào)性好，頻率調(diào)節(jié)范圍寬，觸發(fā)脈沖上升沿可與調(diào)制信號同步等優(yōu)點。節(jié)范圍寬，觸發(fā)脈沖上升沿可與調(diào)制信號同步等優(yōu)點。 KC42脈沖列調(diào)制發(fā)生器內(nèi)部主要包括：邏輯組合及環(huán)形振蕩器等脈沖列調(diào)制發(fā)生器內(nèi)部主要包括：

16、邏輯組合及環(huán)形振蕩器等電路。電路。KC42高頻脈沖列調(diào)制發(fā)生器引腳功能簡介高頻脈沖列調(diào)制發(fā)生器引腳功能簡介:KC04集成觸發(fā)器的集成觸發(fā)器的13端引出觸發(fā)脈沖信號，分別送至端引出觸發(fā)脈沖信號，分別送至KC42脈沖列凋制器的脈沖列凋制器的2，412端，由內(nèi)部電路進行邏輯組合。形端，由內(nèi)部電路進行邏輯組合。形成一個環(huán)形振蕩器。當(dāng)成一個環(huán)形振蕩器。當(dāng)KC04集成電路觸發(fā)器的集成電路觸發(fā)器的13端沒有輸入端沒有輸入脈沖時脈沖時,振蕩器停振，反之振蕩器停振，反之,振蕩器起振。振蕩頻率由振蕩器起振。振蕩頻率由6、10端端的外部電容和的外部電容和6、11端的外部電阻決定。端的外部電阻決定。內(nèi)部輸出六個經(jīng)調(diào)制

17、的前沿同步間隔內(nèi)部輸出六個經(jīng)調(diào)制的前沿同步間隔60的脈沖列，經(jīng)由的脈沖列，經(jīng)由8端端輸出給三塊輸出給三塊KC04觸發(fā)器的觸發(fā)器的14端，從而使端，從而使kc04觸發(fā)器的觸發(fā)器的1端和端和15端翰出與原脈沖相位一致，但已是經(jīng)過了高頻調(diào)制的觸發(fā)端翰出與原脈沖相位一致，但已是經(jīng)過了高頻調(diào)制的觸發(fā)脈沖。脈沖。（3）KC41C六路雙脈沖形成器六路雙脈沖形成器適用于晶閘管三相全控橋式觸發(fā)電路中，具有雙脈沖形成電路及電子適用于晶閘管三相全控橋式觸發(fā)電路中，具有雙脈沖形成電路及電子開關(guān)封鎖電路，使用兩塊開關(guān)封鎖電路，使用兩塊KC41C可組成邏輯控制適用于正反組可逆系可組成邏輯控制適用于正反組可逆系統(tǒng)。統(tǒng)。電路

18、原理：電路原理：由三塊由三塊KC04輸出的脈沖接到輸出的脈沖接到KC41C的的16端時，內(nèi)部輸入二極管完端時，內(nèi)部輸入二極管完成補脈沖的任務(wù)，在成補脈沖的任務(wù)，在1015端可得六路放大了的經(jīng)高頻調(diào)制的觸發(fā)雙端可得六路放大了的經(jīng)高頻調(diào)制的觸發(fā)雙脈沖。脈沖。C同步A211k0.47FKJ0420.01F+15VA3A5220VA4B1 B22CK4324V13200W78G2470F20k100FA21-15V2.2k10k200470F31W79L215k0.047F30kKJ00410k12kA192002.2k移相A/B控制端圖2-2-610k地A223DK4或3DG276KJ0416800

19、FA122CWA14A16A6A8A10A1362A15A17A7A9A116.8k1F30kKJ004A1B同步2CZ826KJ004A2A同步圖5.20KJZ6觸發(fā)控制電路原理圖532單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)常分為有靜差調(diào)速系統(tǒng)和無靜差調(diào)速系統(tǒng)兩類：單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；而按積分(或比例積分)控制的系統(tǒng)，則屬無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 晶閘管供電的不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管供電的不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)1轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)1)系統(tǒng)組成和原理系統(tǒng)組成和原理當(dāng)負載增加，電動機轉(zhuǎn)速下降，速度反饋電壓

20、減小，從而使偏差增大，增大，觸發(fā)角減小，使增大，電動機轉(zhuǎn)速回升，于是速度基本穩(wěn)定在原來調(diào)定的轉(zhuǎn)速上。當(dāng)負載減小時，系統(tǒng)也可調(diào)整轉(zhuǎn)速，使速度基本維持不變。轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)特點1）電壓信號取自電樞兩端，并近似認為是電動勢信號，其對電樞電阻引起的壓降不能進行調(diào)節(jié)，它實際上是一個自動調(diào)壓系統(tǒng)。 2）系統(tǒng)較簡單，但精度差，只適用于 D10 ，S15 的場合。 3）為防止電動機電樞電流過大，可加入電流截止負反饋。2) 系統(tǒng)靜特性分析系統(tǒng)靜特性分析(1)放大器(2)觸發(fā)器、整流器(3)電動機電樞回路(4)測速發(fā)電機UKUAK放大器的輸出電壓可用下式表示 整流器輸出電壓與觸發(fā)器輸入電壓之間

21、的關(guān)系，可近似看成線性關(guān)系 KVUKU 電動機電樞回路 電樞回路的電壓平衡方程式為 EIRU測速發(fā)電機輸出電壓信號為nKUnF綜合式(1)至(4)得到系統(tǒng)靜態(tài)特性方程式為當(dāng)負載為零時，繞組電流I=0，則理想空載轉(zhuǎn)速與給定電壓的關(guān)系式式(1)右邊第二項轉(zhuǎn)速降與負載的關(guān)系式為IRKKKKUKKKKKKnnVAEGnVAEVA1(1)GnVAEVAUKKKKKKnn0(2)當(dāng)Kn為零時，統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速降為IRKnEK1IRKKKKnnVAE1(3)KEnVAnKKKKn/11與式(3)相比可得：結(jié)論：)/1/(1EnVAKKKKAKVKnK即閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為開環(huán)系統(tǒng)的，增大、可以大大減小閉環(huán)系

22、統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降，使系統(tǒng)機械特性的硬度提高。減小了靜差率，從而可增大系統(tǒng)調(diào)速范圍。532單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2電流截止負反饋電流截止負反饋2電流截止負反饋電流截止負反饋直流電動機全電壓起動或過載時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機不利，對過載能力低的晶閘管來說。也是不能允許的。為了解決閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持某個物理量基本不變，就應(yīng)該引入該物理量的負反饋。但是這種作用只應(yīng)在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運行時又得取消。像這樣，當(dāng)電流大到一定程度時才出現(xiàn)的電流負反饋叫做電流截止負反饋。 具有電流

23、截止負反饋的調(diào)速系統(tǒng)具有電流截止負反饋的調(diào)速系統(tǒng) 533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理在轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再增加電流負反饋控制環(huán)路，就形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)。533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)2)系統(tǒng)動態(tài)特性分析系統(tǒng)動態(tài)特性分析(1)額定勵磁下的直流電動機額定勵磁下的直流電動機電動機電樞回路加上整流電壓U，回路中產(chǎn)生電流I，主電路的電壓平衡關(guān)系為dtdILIREU對上式兩邊取拉氏變換，得)1)()()(ssIRsEsUa經(jīng)整理后得sRsEsUsIa1/1)()()(RLa/aRLa/為電樞回路電磁時間常數(shù)

24、， 533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)運行方程式是dtdnJdtdJTTL30設(shè)，代人上式得：IKICTTTdtdndtdnKJKTImTTL30/TmKJ30對上式取拉氏變換得sKsTsIsnmTL1/ )()()( （2）觸發(fā)器、整流器）觸發(fā)器、整流器無論哪一種整流電路，最大可能的失控時間為兩個自然換相點的相隔時間，即mfs/1max目前有兩種取法：一種方法是按最大值取；另一種方法是取其統(tǒng)計平均值。綜上所述，晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可表示為sSKSSeKsUsUsW)(/ )()(533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)為了簡化，將式(5.16)按泰勒級數(shù)展

25、開為3322! 31! 211)(sssKsWSSSSS因為 很小，可以忽略高次項，上式可簡化為SsKsWSsS1)(從簡化后的傳遞函數(shù)看，晶閘管觸發(fā)和整流裝置的特性相當(dāng)于一個慣性環(huán)節(jié)。533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)(3)比例、積分調(diào)節(jié)器比例、積分調(diào)節(jié)器(調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)由運算放大器原理可知dtUKUKdtURCURRdtICIRURiPRPRRC0101111111對上式進行拉氏變換得ssKsKKsUsUsWiiPiPPRCPI1)()()(當(dāng)輸入為階躍信號時，輸出波形如圖5.27所示。最大值mU由限幅電位器RP調(diào)定。533雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)(4)

26、轉(zhuǎn)速、電流檢測電路轉(zhuǎn)速、電流檢測電路轉(zhuǎn)速、電流檢測電路為純比例環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)就是各轉(zhuǎn)速、電流檢測電路為純比例環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)就是各自的反饋系數(shù)與。自的反饋系數(shù)與。 根據(jù)式根據(jù)式(5.13)、(5.16)、(5.18)、(5.20)可得到雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可得到雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 。圖5.29雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)波形雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)小結(jié)：雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)小結(jié)：系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速等于給定轉(zhuǎn)速，電流等于負載電流，調(diào)節(jié)器的輸入偏差均為零，但是由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。速度調(diào)節(jié)器的輸出值為式中：為電流反饋系數(shù)。 電流調(diào)節(jié)器的輸出值為如果速度指令只在小范圍內(nèi)變化，則調(diào)

27、節(jié)過程只有、兩個階段，而且速度調(diào)節(jié)器也來不及飽和，整個系統(tǒng)表現(xiàn)為兩個調(diào)節(jié)器的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如果干擾作用發(fā)生在電流環(huán)以內(nèi)，如電網(wǎng)電壓的波動，則電流環(huán)及時進行調(diào)節(jié)，以保證電流恒定。如果干擾作用發(fā)生在電流環(huán)以外，如負載波動，則靠速度環(huán)進行調(diào)節(jié)，這時電流環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。IKUIIGSEKKIRnKU5.4 晶體管-直流電動機調(diào)速系統(tǒng)(PWM系統(tǒng)) 采用門極可關(guān)斷晶閘管GTO、全控電力晶體管GTR、MOSFEI、等全控式電力電子器件組成的直流脈沖寬度調(diào)制(PWM)型的調(diào)速系統(tǒng)近年來已發(fā)展成熟，用途越來越廣。 與前面的晶閘管相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)相比，在很多方面具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需用的

28、功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較小。低速性能好，穩(wěn)速精度高。因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；直流電源采用不控三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高。脈寬調(diào)速系統(tǒng)和前面討論的晶閘管相控整流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)之間的區(qū)別主要在主電路和PWM控制電路，至于閉環(huán)控制系統(tǒng)以及靜、動態(tài)特性分析基本上都一樣。 1脈寬調(diào)制變換器脈寬調(diào)制變換器 (1)雙極式可逆雙極式可逆PWM變換器變換器電樞平均端電壓用公式表示為 SonSonSondUTtUTtTUTtU) 12(SdUU /ont 以來定義PWM電壓的占空

29、比。則與的關(guān)系為 12Tton雙極式PWM變換器的特點雙極式PWM變換器的優(yōu)點是：電流一定連續(xù)；可使電動機在四象限中運行；電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達20 000左右。 雙極式PWM變換器的缺點是：在工作過程中，4個電力晶體管都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大；而且容易發(fā)生上、下兩管直通(即同時導(dǎo)通，也稱“共態(tài)直通”)的事故，降低了裝置的可靠性。為了防止上、下兩管直通，在一管關(guān)斷和另一管導(dǎo)通的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。 （2）單極式可逆）單極式可逆PWM變換器變換器 為了克服雙極式變換器的上述缺點，對于靜、動態(tài)性能要求低一些的系統(tǒng)。可采用單極式PWM變換器。其電路圖仍和雙極式的一樣(圖5.32)，不同之處僅在于驅(qū)動脈沖信號。在單極式變換器中，左邊兩個管子的驅(qū)動脈沖，具有和雙極式一樣的正負交替的脈沖波形，使VTl和VT2交替導(dǎo)通。右邊兩管VT3和VT4的驅(qū)動信號就不同了，改成因電動機的轉(zhuǎn)向而施加不同的直流控制信號。當(dāng)希望電動機正轉(zhuǎn)時，使恒為負，恒為正，則VT3截止而VT4常通。希望電動機反轉(zhuǎn)時，使恒為正而恒為負，則VT3常通而VT4截止。 輸出平均電壓為SSond