電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作

原理（吳歡歡）（山東工商學(xué)院信息與電子工程學(xué)院電氣122班山東省煙臺(tái)264005）摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用。而采用電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，就可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)過程。本次設(shè)計(jì)主要了解電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成、靜態(tài)幾動(dòng)態(tài)特性。并繪出工作原理圖。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)控制系統(tǒng)、直流調(diào)速系統(tǒng)、ASR、直流電動(dòng)機(jī)。TheworkingprincipleofcurrentandspeeddoubleclosedloopDCspeedregulating

systemWuhuanhuan（ShandongInstituteofBusinessandTechnologyYanTai264005）ABSTRACT：Inindustrialproduction,needtoelectricdriveapplicationswherehighperformancespeedcontrol,DCspeedcontrolsystemplaysaveryimportantrole.Whilethecurrentspeeddoubleloopspeedcontrolsystem,itcanmakefulluseoftheoverloadcapacityofamotortoobtainthedynamicprocessofthefastest.Theworkingprinciple,thedesignofthemainunderstandingcurrentspeeddoubleloopDCmotorcontrolsystem,thestaticanddynamiccharacteristics.Anddrawtheoperatingsystemdiagram.KEYWORDS：Thedoubleclosedloopcontrolsystem、DCspeedregulatingsystem、ASR、continuouscurrentmotor一、引言直流電機(jī)調(diào)速，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。近代采用晶閘管供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。因此長期以來在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中，直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。二、雙閉環(huán)直流調(diào)速的原理電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖起主導(dǎo)作用，以此來獲得理想的性能。三、電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性分析1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，只存在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和與不飽和兩種狀態(tài)。當(dāng)ASR不飽和時(shí)，ASR成為主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器只跟隨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器變化而變化。當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不起作用，電流源調(diào)節(jié)器ACR成為主導(dǎo)調(diào)節(jié)器。2.靜態(tài)特性如圖在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的基礎(chǔ)上增加電流調(diào)節(jié)器（ACR）,兩級(jí)調(diào)節(jié)器采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換裝置（UPE）的占空比或者相位角，從而獲得與電流調(diào)節(jié)器相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，以期獲得需要的轉(zhuǎn)速。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的具體工作方式雙閉環(huán)在啟動(dòng)過程中，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，以獲得允許的最大電磁轉(zhuǎn)矩；達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，以獲得希望的轉(zhuǎn)速。兩個(gè)調(diào)節(jié)器在不同的時(shí)段分別1）C—A段ASR不飽和ACR不飽和A27M=0?A^=0-U^=Un=cm-U^=Un=cmn0為理想空載轉(zhuǎn)速。此時(shí)轉(zhuǎn)速n與負(fù)載電流僉無關(guān)，完全由給定電壓決定。電流給定有如下關(guān)電流跟隨起到了過流保護(hù)作電流跟隨起到了過流保護(hù)作因ASR不飽和，5<UiK,€G。n0A這段靜特性從打=°一直2）A—B段①ASR飽和。②ACR不飽和用。3）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)速無靜差，這時(shí),轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。在起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，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)器作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。雙閉環(huán)系統(tǒng)只能抑制起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)的過電流，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生其他故障引起過電流時(shí)，系統(tǒng)不能保護(hù)，需另設(shè)過電流保護(hù)電路。四、電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如虛線部分為直流電機(jī)，W（S）和W（S）分ASR ACR別為轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速的反饋系數(shù)為a,電流的反饋系數(shù)為Bo啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)過了不飽和，飽和，退飽和過程，依次把過程分為電流上升，恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段。轉(zhuǎn)速和電流波形如下圖所示：1） I階段：電流上升階段（0~tl）突加Un*-AUn很大一ASR迅速飽和-Ui*=Uim*-Uct、UdO、Id迅速上升—n上升—Idf^Idm時(shí)，Ui=Uim*。在本階段：ASR由不飽和迅速飽和（Un增長慢）。ACR不飽和（Ui增長快）。2） 第II階段：恒流升速階段（t1~t2）ASR飽和fUi*~Uim*fId^Idmf電機(jī)以恒加速度上升（n線性上升至n*）nffEffIdUiAUiffUct一Ud0ffIdt（Id維持Idm不變）在本階段中：（1）由于n的線性增長，使E為一個(gè)線性漸增的干擾量，ACR起調(diào)節(jié)作用，使Uct和Ud0基本上線性增長；調(diào)整過程中，Id略低于Idm，保證AU〉O,Uct線性上升。恒流升速階段是起動(dòng)過程中的主要階段。3）第III階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）AUn=0（n=n*）fASR仍飽和fUi?Uim*fId?Idm>ILfnf>n*fAUn<0fASR退飽和fUi*；<Uim*fId；fId<ILfn（fn^（轉(zhuǎn)速可能會(huì)經(jīng)過幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)）結(jié)論：雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)啟動(dòng)過程中電流和轉(zhuǎn)速的波形接近理想的啟動(dòng)過程。啟動(dòng)過程的三個(gè)階段中，第二階段是主要階段，這一階段主要實(shí)現(xiàn)了在最大電流條件下的加速啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制；不足之處是存在ASR退飽和過程，轉(zhuǎn)速必然出現(xiàn)超調(diào)。五、電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性能分析抗負(fù)載擾動(dòng)：抗負(fù)載擾動(dòng)作用：由雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)作用的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在抗負(fù)載擾動(dòng)方面和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能依靠轉(zhuǎn)速環(huán)來進(jìn)行抗擾調(diào)節(jié)。抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)：抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)作用: 由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖知：電網(wǎng)電壓擾動(dòng)在電流環(huán)之內(nèi)，電壓擾