自動控制原理與系統(tǒng)

關(guān)于自動控制原理與系統(tǒng)第1頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六第七章直流調(diào)速系統(tǒng)§7-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)§7-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)§7-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)§7-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)§7-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析§7-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)§7-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng).6-1.第2頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)的調(diào)速方法有幾種？

由此可以看出，直流電動機(jī)有三種調(diào)速方法：直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：(1)改變電樞供電電壓Ud(2)改變磁通Φ（3）改變電樞回路電阻（串附加電阻）.6-2.第3頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵磁=N；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過程：改變電壓UN

U

Un，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線第4頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵磁=N

；保持電壓U=UN；調(diào)節(jié)過程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線第5頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：保持電壓U=UN

；保持電阻R=Ra；調(diào)節(jié)過程：減小勵磁N

n，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線第6頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

三種調(diào)速方法的性能與比較

對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，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，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。第7頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

任何一臺需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能都有一定的要求。

歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個方面：轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)第8頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六1.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)，分擋地（有級）或平滑地（無級）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，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動的設(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，制動盡量平穩(wěn)。第9頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六2.調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(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（1-31）

其中nmin

和nmax

一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。第10頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

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

，即或用百分?jǐn)?shù)表示

（1-32）

（1-33）

式中nN=n0-nN

第11頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六0TeNTen0an0bab?nNa

?nNb

nO圖1-23不同轉(zhuǎn)速下的靜差率3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別

然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(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)速的相對穩(wěn)定度也就越差。第12頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六例如：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)電動機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

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)。靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）第13頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六4.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

第14頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六而調(diào)速范圍為

將上面的式代入nmin，得

（1-34）

第15頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

式（1-34）表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由式（1-34）可見，如果對靜差率要求越嚴(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。

第16頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六結(jié)論1：

一個調(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。第17頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六例題1-1

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，額定速降nN

=115r/min，當(dāng)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？第18頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六解要求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，則靜差率只能是第19頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-3.一、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)的組成直流電動機(jī)§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第20頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六當(dāng)電動機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，did/dt=0，dn/dt=0，上式可寫成

晶閘管整流電路晶閘管有很多優(yōu)點(diǎn)，但使用不當(dāng)也會出現(xiàn)故障，甚至損壞元件，應(yīng)加保護(hù)電路。作用：把交流電變換成直流電。形式：單相整流電路和三相整流電路。6-4§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第21頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六觸發(fā)電路2．基本工作原理為系統(tǒng)的開環(huán)穩(wěn)態(tài)速降.6-5.形式：單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、正弦波觸發(fā)電路、鋸齒波觸發(fā)電路。

給定輸入信號Uc，經(jīng)過觸發(fā)電路控制晶閘管整流電路，使交流電源整流出直流電壓Udo供給直流電動機(jī)，使電動機(jī)以一定的速度旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)的機(jī)械特性為：

§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)其中第22頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

缺點(diǎn)：當(dāng)外界有擾動（例如負(fù)載波動）時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)不能自動進(jìn)行補(bǔ)償。.6-6.二、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)增加了轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)增加放大環(huán)節(jié)§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第23頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六具有比例放大器的調(diào)速系統(tǒng)一定是有差的。

三、閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型如無差，則ΔU=0→Uk、Udo均為零，電動機(jī)不可能旋轉(zhuǎn)。

觸發(fā)器和晶閘管整流裝置：Udo=KtrUk

系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程：.6-7.TL↑→n↓→Ufn↓→ΔU↑=Usn-Ufn→Uk↑→脈沖前移→Ud↑→n↑放大器：ΔU=Usn-Ufn

Uk=KpΔUKp為放大器的放大倍數(shù)1.穩(wěn)態(tài)框圖§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)Ktr為觸發(fā)器和晶閘管整流裝置的放大倍數(shù)第24頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六反饋環(huán)節(jié)：Ufn=αnn

電動機(jī)：

.6-8.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)框圖:

其中式中αn為速度負(fù)反饋系數(shù)§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第25頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六2.系統(tǒng)的靜特性方程式：.6-9.

加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋后，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Δnc是開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降Δn0的1/（1+Kn）倍。3.系統(tǒng)的靜特性分析：其中——閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Kn=KpKtrKmαn為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)?！?-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第26頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-10.閉環(huán)后使機(jī)械特性變硬的物理實(shí)質(zhì):

Idnn0Id1Id3Udo1Udo2Udo3AC

閉環(huán)系統(tǒng)中，由于引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，轉(zhuǎn)速稍有下降，反饋電壓也隨之減少，通過放大器的比較和放大，提高晶閘管整流裝置的輸出電壓Udo1，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速能有所回升，使得閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降比開環(huán)時(shí)小得多。

B§6-1閉環(huán)開環(huán)§6-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第27頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)1、比例（P）調(diào)節(jié)器

.6-11.、比例-積分調(diào)節(jié)器輸入與輸出關(guān)系:

輸入與輸出特性曲線:Ui-UiU0U0t第28頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-12.特點(diǎn):比例系數(shù)可調(diào)的比例調(diào)節(jié)器輸出量立即響應(yīng)輸入量的變化。因?yàn)锳點(diǎn)為虛地

由if≈i0

得由分壓電路知輸出電壓與輸入電壓成正比?！?-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第29頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-13.其中

調(diào)節(jié)電位器R2可使增益在K1--(1+R2/R3)K1之間變化。

2、積分（I）調(diào)節(jié)器輸入與輸出關(guān)系:

§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第30頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六輸入與輸出特性曲線：

特點(diǎn)：

輸出電壓取決于輸入量對時(shí)間的積累過程，而且還和初始值有關(guān)。t-UiU0U0Ui.6-14.

比例（P）調(diào)節(jié)器能立即響應(yīng)輸入信號，加快響應(yīng)過程；而積分(I)調(diào)節(jié)器要經(jīng)過一段時(shí)間的積累，但最后可以消除誤差。

比例(P)+積分(I)=比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

當(dāng)輸入不等于零時(shí)，其輸出量將不斷增長，直到輸入為零，輸出恒定為止?！?-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第31頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-15.3、比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

輸入與輸出關(guān)系:

輸入與輸出特性曲線:

tUiU0§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)U0初始值第32頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六特點(diǎn)：.6-16.輸出量立即響應(yīng)輸入量的變化——響應(yīng)快。

當(dāng)輸入不等于零時(shí)，其輸出量將不斷增長，直到輸入為零，輸出恒定為止——消除偏差。

二、調(diào)節(jié)器的實(shí)用線路

調(diào)節(jié)器零點(diǎn)的調(diào)節(jié)、零點(diǎn)漂移的抑制和鎖零電路寄生振蕩的消除調(diào)節(jié)器的輸入限幅和輸入濾波電路調(diào)節(jié)器的輸出限幅電路§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第33頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-17.

第34頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-18.二極管箝位的輸出限幅電路（又稱外限幅）

當(dāng)輸出電壓Uc>UM+UD→二極管VD3導(dǎo)通→輸出電壓被箝位在UM+UD的數(shù)值上，即UcM+=UM+UD。

§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)M點(diǎn)對地電壓VD3管壓降調(diào)節(jié)器的輸出功率放大電路:

集成運(yùn)算放大器的最大輸出功率是有限的，因此，一般不能直接驅(qū)動負(fù)載，而必須外加功率放大電路(見6-17)。

第35頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-19

三、無靜差系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)比例調(diào)節(jié)器→比例積分調(diào)節(jié)器——無靜差系統(tǒng)

§6-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第36頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六.6-20.調(diào)節(jié)過程的后期，積分部分起主要作用，并最后消除偏差。

§6-2在調(diào)節(jié)過程的初、中期，速降Δn較大，比例部分起主要作用，它首先阻止轉(zhuǎn)速下降，使轉(zhuǎn)速回升?！?-2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)第37頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)一、限流保護(hù)的組成及工作原理

直流電動機(jī)在起動、堵轉(zhuǎn)或過載時(shí)會產(chǎn)生很大的電流，會燒壞晶閘管元件和電機(jī)，須加以限制。如何解決？加電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

若引入電流負(fù)反饋，雖然電流不會過大，但系統(tǒng)中如存在電流負(fù)反饋，將會使靜特性變軟，影響調(diào)速精度。

6-21問題的提出：解決辦法：第38頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)§6-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)二、帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的組成：.6-22.第39頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六當(dāng)Id較大，即IdRc≥Uo時(shí)，則二極管VD導(dǎo)通，電流截止負(fù)反饋起作用，ΔU減小，Udo下降，Id下降到允許最大電流當(dāng)Id較小,即IdRc≤Uo時(shí)，則二極管VD截止，電流截止負(fù)反饋不起作用。6-23§6-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的工作原理：第40頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

穩(wěn)態(tài)框圖

6-24§6-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)第41頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六靜特性方程式當(dāng)Id較小時(shí)，二極管VD截止，電流截止負(fù)反饋不起作用。當(dāng)Id較大時(shí)，則二極管VD導(dǎo)通，電流截止負(fù)反饋起作用?！?-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù).6-25.第42頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六靜特性曲線

截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋.6-26.§6-3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)§6-3第43頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)一、電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

組成6-27電壓負(fù)反饋第44頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-28穩(wěn)態(tài)框圖

電壓反饋系數(shù)§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)第45頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六靜特性方程式6-29減為開環(huán)的1/1+Kv

擾動量IdRa不包圍在電壓負(fù)反饋環(huán)內(nèi)，不能被反饋?zhàn)饔靡种?。如何解決？其中Kv=KpKtrαv加電流正反饋環(huán)節(jié)特點(diǎn)對電動機(jī)磁場的擾動也無能為力，因此電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的調(diào)速效果不及轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)第46頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-30二、電壓負(fù)反饋加電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)1、組成電流正反饋§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)第47頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六2.穩(wěn)態(tài)框圖

3.靜特性方程式電流正反饋電流正反饋6-31§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)第48頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六？電壓負(fù)反饋、電流正反饋系統(tǒng)是怎樣提出來的？電壓負(fù)反饋、電流正反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？穩(wěn)態(tài)框圖的畫法？靜特性方程式的求取？系統(tǒng)特點(diǎn)

由電流正反饋產(chǎn)生的第四項(xiàng)，可抵消第二、三項(xiàng)穩(wěn)態(tài)速降，從而減小轉(zhuǎn)速降落，提高機(jī)械特性硬度。

正反饋環(huán)節(jié)容易引起振蕩，一般很少單獨(dú)采用，通常與電壓負(fù)反饋配合使用，起輔助的補(bǔ)償作用。4．特點(diǎn)6-32本節(jié)要點(diǎn)：§6-4§6-4電壓負(fù)反饋和電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)第49頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析

一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要配置Z3系列（電樞電壓160V，激磁電壓180V）的小型直流他勵電動機(jī)6-33適用于4KW以下直流電動機(jī)無級調(diào)速裝置的電源電壓為單相交流220V輸出電壓為直流160V輸出最大電流30A勵磁電壓為直流180V，勵磁電流為1A第50頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-34第51頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六KZD-II型直流調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖：

§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析6-35第52頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六具有電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)原理圖

6-35§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析第53頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六分析晶閘管調(diào)速系統(tǒng)線路的一般順序是：主電路→觸發(fā)電路→控制電路→輔助電路（包括保護(hù)、指示、報(bào)警等）

§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析6-34第54頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六主電路

采用單相橋式半控橋整流電路能夠確保的最大直流電壓為:Ud=220V×0.95×0.9=188V平波電抗器Ld:限制電流脈動，改善換向條件，減少電樞損耗，并使電流連續(xù)。

電抗器Ld兩端并聯(lián)一電阻（R11）:減少掣住電流建立的時(shí)間。

電動機(jī)勵磁由單獨(dú)的整流電路供電.

觸發(fā)電路

采用由單結(jié)晶管（UJT）組成的張弛振蕩器。

作用：給直流電動機(jī)供電6-34二、定性分析§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析第55頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-35控制電路放大電路作用：把微小的偏差電壓進(jìn)行放大控制信號的綜合

采用電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)來代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋

反饋形式的選擇

控制信號為給定信號Us、電壓負(fù)反饋信號Ufv和電流正反饋信號Ufi的綜合，即ΔU＝Us-Ufv-Ufi。

§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析第56頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-36電流截止保護(hù)電路Id較小時(shí)→UI’較小→2CW9截止、V4截止→電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)不起作用。Id較大時(shí)→UI’較大→2CW9導(dǎo)通、V4導(dǎo)通→有ib→將C1旁路→使ic減小→脈沖后移→Ud減小→限制電流Id的增加?？垢蓴_、消振蕩環(huán)節(jié)

§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析第57頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，由于電流Id的增加，Ud的降低，使Ufi增加、Ufv減少，從而使△U增加（△U=Us-Ufv+Ufi），UK增加，整流裝置輸出電壓Udo增加。并進(jìn)而使電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩Td增加。

三、系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程6-37§6-5小功率有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)例分析§6-5第58頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。

6-38問題的提出電流截止負(fù)反饋雖然能限制起動電流但隨著n↑→E↑→→Td↓→n上升慢→ts長許多生產(chǎn)機(jī)械很大一部分時(shí)間工作在過渡過程中。有的甚至幾秒鐘就正反轉(zhuǎn)一次。第59頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六1.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)矩的動態(tài)過程。

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)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值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態(tài)波形。第60頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六b)理想的快速起動過程IdLntIdOIdma)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形2.理想的起動過程IdLntIdOIdmIdcr第61頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

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)起動過程如圖所示，起動電流達(dá)到最大值Idm

后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。IdLntIdOIdmIdcr圖2-1a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第62頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六性能比較（續(xù)）理想起動過程波形如圖，這時(shí)，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。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過程。IdLntIdOIdm圖2-1b)理想的快速起動過程第63頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六3.解決思路

為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(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程。為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短過渡過程時(shí)間。

充分利用晶閘管元件和電動機(jī)所允許的過載能力，使Id=Idm→

Td=Tdm→使n直線上升，→使ts↓。第64頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

現(xiàn)在的問題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。

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？第65頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六轉(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。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級）聯(lián)接如下圖所示。第66頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.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)第67頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六

圖中，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)。第68頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六2.系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI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)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照控制電壓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。第69頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-39一、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成電流互感器§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第70頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六6-40兩個環(huán)：電流環(huán)—內(nèi)環(huán)速度環(huán)—外環(huán)速度、電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，且?guī)薹?。速度、電流調(diào)節(jié)器輸入輸出信號極性的確定§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第71頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用

：穩(wěn)定電流

穩(wěn)態(tài)時(shí)△Ui=-Usi+Ufi=0

自動限制最大電流Id↑>Idm→Ufi↑→ΔUi↓=Usi-Ufi→UC↓→脈沖后移→Ud↓→Id↓6-41§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第72頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響U~↑→Ud↑→Id↑→n↑→Ufn↑→ΔU↓=Usn-Ufn→Uc↓→脈沖后移→Ud↓→n↓通過n的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，慢U~↑→Ud↑→Id↑→Ufi↑→ΔUi↓=Usi-Ufi→Uc↓→脈沖后移→Ud↓→Id↓通過Id的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，（快、影響?。﹩伍]環(huán)：雙閉環(huán)：§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)6-42第73頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六速度調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)節(jié)作用：穩(wěn)定轉(zhuǎn)速

穩(wěn)態(tài)時(shí)△Un=Usn-Ufn=0TL↑→n↓→Ufn↓→ΔUn↑(=Usn-Ufn)>0→→ΔUi↑(=-Usi+Ufi)<0→UC↑→脈沖前移→Ud↑→n↑三、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性

調(diào)節(jié)過程：6-43§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第74頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)：具有良好的靜特性（較理想的挖土機(jī)特性）具有較好的動態(tài)特性，起動時(shí)間短（動態(tài)響應(yīng)快），超調(diào)量也較小。系統(tǒng)抗擾動能力強(qiáng)。由兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，可以分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別調(diào)整，調(diào)整方便。6-44§6-6速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第75頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

一、可逆調(diào)速系統(tǒng)的電路改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向有兩種方法：改變電動機(jī)電樞電流的方向改變電動機(jī)勵磁磁通的方向------電樞可逆電路------磁場可逆電路電樞可逆電路接觸器切換電樞可逆電路6-45第76頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六適用：要求不高，動作不頻繁的小容量的生產(chǎn)機(jī)械上。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)，但切換速度低，噪聲較大，觸點(diǎn)壽命較短。晶閘管開關(guān)切換電樞的可逆電路特點(diǎn)：切換速度快，電路比較簡單，而且工作是完全不存在環(huán)流，工作可靠性比較高；但對晶閘管耐壓和電流容量的要求比較高。6-46§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第77頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六兩組晶閘管整流裝置供電的電樞可逆電路

特點(diǎn)：正、反向轉(zhuǎn)換十分迅速，所以在要求頻繁快速正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械的拖動上得到廣泛的應(yīng)用。磁場可逆電路

電動機(jī)電樞只用一組晶閘管整流裝置供電，而電動機(jī)勵磁繞組則采用可逆供電。接觸器切換磁場可逆電路晶閘管開關(guān)切換磁場的可逆電路兩組晶閘管整流裝置供電的磁場可逆電路

6-47§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第78頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六電樞可逆電路與磁場可逆電路的比較磁場可逆電路中電樞回路只需一套整流裝置。勵磁回路雖用兩套整流裝置，但由于電動機(jī)勵磁功率小，投資費(fèi)用可節(jié)省。電樞可逆電路需要兩套容量較大的晶閘管整流裝置，投資往往較大，在大容量系統(tǒng)中尤甚。電樞回路電感小，時(shí)間常數(shù)?。s幾十毫秒），因而切換的快速性好。勵磁回路電感大，時(shí)間常數(shù)大（約為零點(diǎn)幾秒至幾秒），因而勵磁反向的過程要比電樞反向慢的多。投資快速性6-48§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第79頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六電樞控制系統(tǒng)簡單勵磁控制系統(tǒng)復(fù)雜控制復(fù)雜性正反轉(zhuǎn)頻繁、對快速性要求高；中、小容量生產(chǎn)機(jī)械。正反轉(zhuǎn)不太頻繁、對快速性要求不高的大容量可逆系統(tǒng)。適用場合二、環(huán)流的控制方式及可逆調(diào)速系統(tǒng)的分類什么是環(huán)流不流過負(fù)載，只在正反兩組晶閘管間流過的電流稱為環(huán)流?！?-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

6-49第80頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六環(huán)流的兩重性適當(dāng)?shù)沫h(huán)流作為流過晶閘管的基本電流，越過機(jī)械特性的電流斷續(xù)區(qū)，有利于系統(tǒng)性能的改善。

消耗功率，加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，投資費(fèi)用為之上升，并使功率因數(shù)變差。可逆調(diào)速系統(tǒng)的分類有環(huán)流可逆系統(tǒng)無環(huán)流可逆系統(tǒng)自然環(huán)流可逆系統(tǒng)給定環(huán)流可逆系統(tǒng)可控環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)錯位無環(huán)流可逆系統(tǒng)6-50§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第81頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六三、邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

系統(tǒng)的組成邏輯指令裝置6-51§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第82頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六主電路正反兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)供電沒有設(shè)置平衡電抗器保留平波電抗器控制電路

采用電流、速度雙閉環(huán)系統(tǒng)增加了邏輯控制器LC，作用是對正、反兩組觸發(fā)脈沖實(shí)施封鎖和開放控制6-52§6-7可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第83頁，共92頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)0分，星期六由于電樞和平波電抗器電感等因素的影響，電流變化要滯后一些，而正反組切換還須等到電流衰減到零。因此還須增加一個反映電流到零的信號，即零電流檢測信號UI0。

邏輯控制器的輸入端引入反映電流極性變化的電流給定信號Usi和反映電流Id為零的信號UI0作為輸入信號

6-53

電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號Usi正好決定電動機(jī)電樞電流的方向:Usi為負(fù)時(shí)，電樞電