雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)圖1顯示了直線驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)、電壓雙環(huán)流的原理圖。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用,在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)調(diào)速和電流,二者之間實(shí)行串級(jí)連結(jié)。這就是說,將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器CR的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,由電流檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)和電流調(diào)節(jié)器構(gòu)成的電流環(huán)在里面,稱為內(nèi)環(huán);由轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器所構(gòu)成的轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊,稱為外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都設(shè)有限幅電路(圖中未標(biāo)出)。SR的輸入電壓為偏差電壓△Un,△Un=Usn-Ufn=Usn-an,其中,Usn為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的給定電壓,由電位器RPl進(jìn)行調(diào)節(jié);Ufn為轉(zhuǎn)速反饋電壓。SR輸出電壓即為輸給CR的電壓Usi,其限幅值為Usim。CR的輸入電壓為偏差電壓△Ui,△Ui=Usi-Ufi=Usi-βId,(β為電流反饋系數(shù)),其中,Usi心為SR的輸出,Ufn為電流反饋電壓。其輸出電壓即為觸發(fā)電路的控制電壓Uk,其限幅值為Ukm。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的職能方框圖如圖2所示。2系統(tǒng)工作原則分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理,主要應(yīng)弄清楚兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用。先就以下幾個(gè)問題做簡(jiǎn)單討論。2.1電流控制器的動(dòng)態(tài)特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR和電流調(diào)節(jié)器CR均采用PI調(diào)節(jié)器,且輸出設(shè)有限幅。一般存在兩種狀態(tài):飽和——輸出達(dá)到限幅值;不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(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,飽和調(diào)節(jié)暫時(shí)失去調(diào)節(jié)作用,相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí),由于PI的調(diào)節(jié)作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。在實(shí)際運(yùn)行時(shí),電流調(diào)節(jié)器不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和,即兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和,穩(wěn)態(tài)時(shí),它們的輸入偏差電壓都為零。于是有式⑴表明,當(dāng)Usn為一定值時(shí),由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR的調(diào)節(jié)作用,轉(zhuǎn)速n將穩(wěn)定在數(shù)值Usn/as上,調(diào)節(jié)Usn(調(diào)電位器RP1)即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n。整定電位器RP2即可整定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a,以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速(或最高轉(zhuǎn)速)。式(2)表明,當(dāng)Usi為一定值時(shí),由于電流調(diào)節(jié)器CR的調(diào)節(jié)作用,整流裝置的電流將保持在Usi/β的數(shù)值上。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí),電流Id將跟隨Usi變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí),SR的輸出電壓為其限幅值,即Usi=Usim。轉(zhuǎn)速外環(huán)是開環(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)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí),由式(3)可見,整定電流反饋系數(shù)β(調(diào)節(jié)電位器RP3)或調(diào)節(jié)SR的限幅值Usim,即可整定最大電流Idm的數(shù)值,一般整定Idm=(2~2.5)IN(IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流)。系數(shù)的取值是由設(shè)計(jì)者選定的,取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。當(dāng)出現(xiàn)Id>Idm時(shí),電流環(huán)將立即進(jìn)行調(diào)節(jié),使電流調(diào)回到Usim/β數(shù)值上,從而自動(dòng)地限制了最大電流。因此當(dāng)電機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí),可限制電樞電流最大值,從而起到快速的安全的保護(hù)作用。2.2u3000轉(zhuǎn)速超調(diào)突加給定電壓Usn后,由于機(jī)電慣性作用,轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)不會(huì)很快,因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR的輸入偏差電壓△U=Usn-Ufn,數(shù)值較大,其輸出很快達(dá)到限幅值Usim,強(qiáng)迫電流Id迅速上升。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR是PI調(diào)節(jié)器,所以只要△U≥0,其輸出電壓就會(huì)保持在限幅值Usim不變。也就是說,電動(dòng)機(jī)速度達(dá)到給定速度之前,SR不起調(diào)節(jié)作用,相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)。在起動(dòng)過程的絕大多數(shù)時(shí)間里,電流調(diào)節(jié)器CR發(fā)揮主導(dǎo)作用,它使電動(dòng)機(jī)電流在很短時(shí)間內(nèi)升到最大值并維持基本不變,因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒定,轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng),以保證電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間最短。只是在起動(dòng)過程快結(jié)束前,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值,此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SR的輸入△U=0,但此刻其輸出仍維持在Usim,所以電動(dòng)機(jī)仍在Idrn作用下加速,必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。超調(diào)后出現(xiàn)△U<0,使SR退出飽和,轉(zhuǎn)速環(huán)才參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定下來,并保持在給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3發(fā)揮電流調(diào)節(jié)器的作用當(dāng)電動(dòng)機(jī)突加負(fù)載時(shí),軸上轉(zhuǎn)矩的平衡遭到了破壞,從而產(chǎn)生了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降落。在這個(gè)系統(tǒng)中,是靠測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)出這個(gè)轉(zhuǎn)速降落,反饋到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入端,使它發(fā)揮調(diào)節(jié)作用(此時(shí)SR為不飽和狀態(tài)),此時(shí)電流調(diào)節(jié)器跟隨Usim發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,使電動(dòng)機(jī)電樞電壓加大,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增加,經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)節(jié),最后電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡。由產(chǎn)生與原來一樣大小的轉(zhuǎn)矩,來與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。這樣就可能維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變,抵抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。由此可見,當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),主要是靠電流調(diào)節(jié)器來發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的,而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用卻不顯著,往往在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還沒有發(fā)生顯著變化時(shí),電流調(diào)節(jié)器已經(jīng)使電動(dòng)機(jī)恢復(fù)了轉(zhuǎn)矩平衡,達(dá)到了使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的目的。3結(jié)論綜上所述,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以歸納如下:3.1啟動(dòng)減速器的功能3.1.1使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化,并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。3.1.2對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。3.1.3其輸出限幅值確定允許的最大電流。3.2雙閉環(huán)配裝閥組成和原理3.2.1對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。3.2.2起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流。3.2.3在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中,使電流跟隨其給定電壓變化。3.2.4當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí),限制電樞電流的最大值,從而起到快速的安全保護(hù)作用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,這兩個(gè)調(diào)節(jié)器可以分別設(shè)計(jì),分別調(diào)整