機(jī)電傳動(dòng)控制課件第九章

第九章直流調(diào)速系統(tǒng)

9-2單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

9-3其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用9-4轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)9-1直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念9-5轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

9-6直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)

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something調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)一、調(diào)速技術(shù)指標(biāo)1.靜差度S：

靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。

速度穩(wěn)定性指標(biāo)

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就愈高;

在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿(mǎn)足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿(mǎn)足要求。9-1直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念（一）、靜態(tài)指標(biāo)2.調(diào)速范圍D

在額定負(fù)載下，允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為調(diào)速范圍。車(chē)床龍門(mén)刨床鉆床銑床軋鋼機(jī)造紙機(jī)進(jìn)給機(jī)械20～12020～402～1220～303～1510～205～300003.調(diào)速的平滑性

調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來(lái)衡量的。

調(diào)速無(wú)級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速

以改變直流電動(dòng)機(jī)電樞外加電壓調(diào)速為例，說(shuō)明調(diào)速范圍D與靜差度S之間的關(guān)系：最高速度由系統(tǒng)中所使用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定；靜差度S和調(diào)速范圍D由生產(chǎn)機(jī)械的要求決定；當(dāng)上述三個(gè)參數(shù)確定后，則要求靜態(tài)速降是一個(gè)定值。(二)、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)1.最大超調(diào)量

超調(diào)量超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太小，會(huì)使過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等范圍：超調(diào)量2.過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T過(guò)渡過(guò)程時(shí)間3.振蕩次數(shù)N

在過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi),被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動(dòng)的次數(shù)。

如圖所示是三種不同調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量從x1改變?yōu)閤2時(shí)的變化情況。系統(tǒng)超調(diào)量過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T振蕩次數(shù)性能10長(zhǎng)無(wú)不好2大長(zhǎng)多不好3小短中好二、直流調(diào)速主要的調(diào)速方法

1、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)供電原理圖圖9-1直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)供電原理圖

為電源空載電壓；為電動(dòng)機(jī)電樞電壓；E為電樞電動(dòng)勢(shì)；R為電樞回路總電阻，n轉(zhuǎn)速，單位r/min；Φ為勵(lì)磁磁通；Ke為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。2.直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方程式中：3、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

(1)電樞回路串電阻調(diào)速特點(diǎn)：損耗較大、有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。(2)弱磁調(diào)速特點(diǎn)：只能弱磁，調(diào)速范圍小(3)變電樞電壓調(diào)速特點(diǎn)：機(jī)械特性上下平移、可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，但只能降壓調(diào)速。是主要的調(diào)速方式。

工程上，常將調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴(kuò)大調(diào)速范圍。

圖9-2調(diào)壓和調(diào)磁時(shí)的機(jī)械特性

二、調(diào)壓調(diào)速的關(guān)鍵裝置--可控直流電源常用的可控直流電源有以下三種：1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組2、靜止可控整流器3、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組----用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，以獲得可調(diào)的直流電壓（G-M系統(tǒng)）。

組成：由~M拖動(dòng)=G→=G給=M供電→直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE給=G和=M勵(lì)磁。原理：調(diào)節(jié)→U改變→轉(zhuǎn)速n變化。改變方向，n轉(zhuǎn)向跟著改變。特點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝維護(hù)不便、運(yùn)行有噪聲。2、靜止可控整流器--利用靜止的可控整流器(如晶閘管可控整流器)，獲得可調(diào)的直流電壓。（V-M系統(tǒng)）晶閘管整流器可以是單相、三相或多相；電路形式可以是半波、全波、半控、全控等類(lèi)型；通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，可改變整流電壓Ud，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。

優(yōu)點(diǎn):整流裝置效率高、體積小、成本低、無(wú)噪聲。缺點(diǎn):可逆難；過(guò)電壓、過(guò)電流能力差；諧波電流大。組成：原理：3、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器——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調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。VT工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。VT通時(shí)，U加到M；VT斷時(shí)，U與M斷開(kāi)，M經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。平均電壓可通過(guò)改變VT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、靜動(dòng)態(tài)性能好；缺點(diǎn):容量不大原理：1、系統(tǒng)組成三、開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性

2.調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)→改變移相角α→改變→改變。3.開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性晶閘管整流器可看成是一個(gè)線(xiàn)性的可控電壓源特性很軟，呈顯著的非線(xiàn)性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。電流連續(xù)時(shí)：電流斷續(xù)時(shí)：其中：為轉(zhuǎn)速降，越小，機(jī)械特性的硬度越大。取決于電樞回路電阻R及所加的負(fù)載大小。機(jī)械特性的近似處理方法：(1)在電流連續(xù)段：把特性曲線(xiàn)與縱軸的直線(xiàn)交點(diǎn)n0作為理想空載轉(zhuǎn)速。

(2)在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線(xiàn)來(lái)逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長(zhǎng)線(xiàn)來(lái)逼近斷續(xù)段特性。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，可以改用另一段較陡的直線(xiàn)來(lái)逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長(zhǎng)線(xiàn)來(lái)逼近斷續(xù)段特性。一般可近似的只考慮連續(xù)段。9-2單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)一、開(kāi)環(huán)存在的問(wèn)題：某一車(chē)床的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，要求，由開(kāi)環(huán)系統(tǒng)決定的要求S≤0.1，問(wèn)開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)能否滿(mǎn)足要求？如不滿(mǎn)足要求，怎么辦？問(wèn)題的提出解：要求：D=?而滿(mǎn)足S≤0.1的D=?滿(mǎn)足D、S的分析：因?yàn)?，所以要引入?fù)反饋。?△n=二、系統(tǒng)的組成及靜特性

(1)原理框圖

1、系統(tǒng)的組成(a)給定環(huán)節(jié)——產(chǎn)生控制信號(hào)：由高精度直流穩(wěn)壓電源和用于改變控制信號(hào)的電位器組成。(b)比較與放大環(huán)節(jié)——信號(hào)的比較與放大；由P、I、PI運(yùn)放器組成(2)各環(huán)節(jié)介紹(d)速度檢測(cè)環(huán)節(jié)：測(cè)速機(jī)反饋線(xiàn)路求出(反饋系數(shù));單位(c)觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)（組合體）--功率放大GT：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管、鋸齒波、正弦波觸發(fā)器;整流裝置：?jiǎn)蜗?、三相、半控、全?

(e)直流電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的電路：一個(gè)是電樞回路，另一個(gè)是勵(lì)磁回路。

動(dòng)態(tài)關(guān)系：

穩(wěn)態(tài)關(guān)系：

（2）對(duì)負(fù)載波動(dòng)等擾動(dòng)信號(hào)的調(diào)節(jié)——穩(wěn)速過(guò)程：

n基本不受負(fù)載波動(dòng)等擾動(dòng)輸入的影響（1）對(duì)給定信號(hào)的調(diào)節(jié)——調(diào)速過(guò)程：改變,則n改變

例如：2、系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程3、閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性(1)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的定性分析

(2)閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性的定量分析

①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

②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)

放大器

晶閘管整流器及觸發(fā)裝置

V-M系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性

轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)

③單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖得到系統(tǒng)的靜特性方程為為閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為閉環(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(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的比較

1、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性

斷開(kāi)轉(zhuǎn)速反饋回路（令，則K=0）則得開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為：2、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性：(1)閉環(huán)靜特性比開(kāi)環(huán)機(jī)械特性硬得多。在同樣的負(fù)載下，兩者的穩(wěn)態(tài)速降分別為：關(guān)系是

(2)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為當(dāng)

時(shí)

比較后得出結(jié)論：如果電機(jī)的最高速都是nnom，且對(duì)最低速的靜差率要求相同，

(4)閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。(3)當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可大大提高。

閉環(huán)時(shí)

所以

則開(kāi)環(huán)時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬得多的靜特性，且閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)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)速范圍越大，但必須增設(shè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)與反饋環(huán)節(jié)和放大器。

結(jié)論例9-1龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用Z2-93型直流電動(dòng)機(jī)，VAr/min、kWRa=0.05ΩKs=30晶閘管整流器的內(nèi)阻Rrec=0.13Ω要求D=20，s≤5%問(wèn)若采用開(kāi)環(huán)V-M系統(tǒng)能否滿(mǎn)足要求？若采用α=0.015V·min/r轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，問(wèn)放大器的放大系數(shù)為多大時(shí)才能滿(mǎn)足要求？問(wèn)題解（1）設(shè)系統(tǒng)滿(mǎn)足D=20，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足s≤5%？

（2）那么同時(shí)滿(mǎn)足D=20，s≤5%的可見(jiàn)只要放大器的放大系數(shù)大于或等于46，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)就能滿(mǎn)足要求。(在上述閉環(huán)條件下，如何判斷系統(tǒng)能否正常工作？)

（3）采用負(fù)反饋，則開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K為：得：課后作業(yè)：四、反饋控制規(guī)律改變給定，轉(zhuǎn)速n隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給定信號(hào)變化的。2、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化3、閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)反饋環(huán)內(nèi)

主通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效抑制1、采用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)是有靜差的只有當(dāng)K=∞時(shí)→Δncl=0。而比例控制的K≠∞→Δncl≠0。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為改變給定，轉(zhuǎn)速n隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給定信號(hào)變化的。2、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化改變給定，轉(zhuǎn)速n隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給定信號(hào)變化的。2、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化擾動(dòng)：當(dāng)給定不變時(shí)，把引起被調(diào)量轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的所有因素稱(chēng)為擾動(dòng)。

擾動(dòng)因素：交流電源電壓波動(dòng)、電機(jī)勵(lì)磁電流的變化、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(fù)載變化等等，如下圖所示。結(jié)論：反饋環(huán)內(nèi)且作用在控制系統(tǒng)主通道上的各種擾動(dòng)，通過(guò)反饋控制作用可減小它們對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。4、反饋控制系統(tǒng)對(duì)給定電源和檢測(cè)裝置的擾動(dòng)是無(wú)法抑制的

當(dāng)給定電源發(fā)生不應(yīng)有的波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)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。

反饋控制系統(tǒng)無(wú)法抑制由反饋檢測(cè)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)還必須有高精度的反饋檢測(cè)元件作保證。五、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

例9-2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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)計(jì)算。已知數(shù)據(jù)如下：4.測(cè)速發(fā)電機(jī)：永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，Pnom=23.1W、Unom=110/V、Inom=0.21/A、nnom=1900/r/min。1.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為Pnom=10kW、Unom=220V、Inom=55A、nnom=1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω。2.晶閘管裝置：三相全控橋式整流電路，變壓器Y/Y接法，二次線(xiàn)電壓U2l=230V，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks=44。3.V-M系統(tǒng)：主回路總電阻R=1.0/Ω。5.生產(chǎn)機(jī)械：要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%。

解：1.為滿(mǎn)足D=10，s≤5%，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為2.根據(jù)Δncl，確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K測(cè)速反饋系數(shù)α包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電勢(shì)轉(zhuǎn)速比Cetg和電位器RP2的分壓系數(shù)α2，即根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)，

本系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源為15V，最大轉(zhuǎn)速給定為12V時(shí)，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，即=12V時(shí)，n=1000r/min，測(cè)速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接硬軸聯(lián)接。

3.計(jì)算測(cè)速反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，近似認(rèn)為

電位器RP2的選擇方法如下：當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓，且其電流約為額定值的20%時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線(xiàn)性度影響較小。此時(shí)RP2所消耗的功率為

為了使電位器不過(guò)熱，實(shí)選功率應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選RP2為10W、1.5kΩ的可調(diào)電位器。

4、計(jì)算放大器的電壓放大系數(shù)

實(shí)?。薖＝20。

如果取放大器輸入電阻Ｒ0＝20/kΩ，則Ｒ１＝ＫPＲ０＝20×20/kΩ＝400/kΩ。

六、限流保護(hù)—電流截止負(fù)反饋起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)：通過(guò)自動(dòng)限流環(huán)節(jié)，使正常運(yùn)行時(shí)：限制電樞電流的環(huán)節(jié)自動(dòng)取消。

3.措施的實(shí)現(xiàn)

(一)為使,可采用電流負(fù)反饋。

1.問(wèn)題的提出2.解決措施全壓起動(dòng)：會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)于M和KP不利。生產(chǎn)機(jī)械的堵轉(zhuǎn)，電流很大。②限流原理

①系統(tǒng)原理圖：

③結(jié)構(gòu)圖

從靜特性方程知：正常運(yùn)行時(shí)，電流負(fù)反饋的存在將使系統(tǒng)的靜差大大增加。

④靜特性方程

存在的問(wèn)題：(二)為在正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)取消電流負(fù)反饋限流環(huán)節(jié)，可采用電流截止負(fù)反饋。

①帶電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖

圖中電流反饋信號(hào)取自小電阻Rs兩端，IdRs正比于電樞電流，設(shè)Idcr為臨界截止電流，Ucom=IdcrRs為比較電壓。

當(dāng)IdRs>Ucom（即Id>Idcr）時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為，系統(tǒng)靜特性較軟。

當(dāng)IdRs≤Ucom（即Id≤Idcr）時(shí)，二極管截止，電流負(fù)反饋被切斷，此時(shí)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)Ucom的大小，即可改變臨界截止電流Idcr的大小。其限流原理為：②系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)電流截止負(fù)反饋的特性和結(jié)構(gòu)圖可推出系統(tǒng)的靜特性方程：當(dāng)IdRs≤Ucom時(shí)，電流截止負(fù)反饋不起作用。③系統(tǒng)的靜特性方程：對(duì)應(yīng)于圖9-1的n0′-A段當(dāng)IdRs>Ucom時(shí)，即電流截止負(fù)反饋起作用。圖9-1對(duì)應(yīng)于圖9-1的A-B段兩段相比有如下特性：

(1)>>n0，因?yàn)閁com與作用一致，因而提高了。-A段因電流負(fù)反饋被截止而不存在。

(2)Δn′>>Δn，因?yàn)殡娏髫?fù)反饋起作用時(shí)，相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsRs，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(chēng)為“挖土機(jī)特性”。

當(dāng)系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0，則

一般KpKsRs>>R，所以

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于n0-A段，希望有足夠?qū)挼倪\(yùn)行范圍。一般取Idcr≥1.2Inom，即

式中λ為電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)，一般為1.5~2。由上二式可得

上述關(guān)系可作為設(shè)計(jì)電流截止負(fù)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VST產(chǎn)生比較電壓的原理見(jiàn)圖（a）；采用封鎖運(yùn)算放大器的原理見(jiàn)圖（b）

ab第三節(jié)其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?lái)氂袦y(cè)速發(fā)電機(jī)。從

可知：如果忽略電樞壓降，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n近似正比于電樞兩端電壓?？刹捎秒妷贺?fù)反饋代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，維持轉(zhuǎn)速n基本不變。由圖可見(jiàn)，反饋檢測(cè)元件是起分壓作用的電位器RP2。電壓反饋信號(hào)Uu=γUd，γ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R=Rn+Ra，Rn為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平波電抗器電阻），Ra為電樞電阻。由此可得其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式為

式中K=γKpKs由方程知，電壓負(fù)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1/（1+K）。擾動(dòng)量IdRa不包圍在反饋環(huán)內(nèi)，由它引起的穩(wěn)態(tài)速降得不到抑制。為此引入電流正反饋，以補(bǔ)償電樞電阻引起的穩(wěn)態(tài)速降。二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

原理圖第四節(jié)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)一、無(wú)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

積分時(shí)間常數(shù)PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為，積分時(shí)間常數(shù)為2、比例積分調(diào)節(jié)器及其控制規(guī)律

3.有差系統(tǒng)和無(wú)差系統(tǒng)控制規(guī)律的比較

無(wú)差系統(tǒng)的控制規(guī)律

要使系統(tǒng)無(wú)差，則要采用積分控制?？紤]到快速性，工程上通常采用PI調(diào)節(jié)器。有差系統(tǒng)的控制規(guī)律二、帶PI調(diào)節(jié)器的無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

1、系統(tǒng)的組成框圖系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋，速度調(diào)節(jié)器（ASR）為PI調(diào)節(jié)器。

2、無(wú)靜差的實(shí)現(xiàn)

穩(wěn)態(tài)時(shí)，PI調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓ΔUn=0。當(dāng)負(fù)載由TL1增至TL2時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，Un下降使偏差電壓不為零，PI調(diào)節(jié)器進(jìn)入調(diào)節(jié)過(guò)程。整流裝置的交流側(cè)電流與直流側(cè)電流成正比。當(dāng)電流大于截止電流時(shí)，則穩(wěn)壓管被擊穿導(dǎo)通，負(fù)反饋電壓Ui使晶體管VT導(dǎo)通，而使電流降低下來(lái)。

3、電流檢測(cè)電路

電流截止反饋信號(hào)Ui也可以由交流側(cè)的電流互感器測(cè)得，再經(jīng)橋式整流后輸出的直流信號(hào)。

第五節(jié)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

電流截止負(fù)反饋只能在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中限制最大電流，而不能維持最大電流，影響啟動(dòng)快速性（即啟動(dòng)時(shí)間ts較長(zhǎng)）。

一、問(wèn)題的提出二、解決問(wèn)題的措施——實(shí)現(xiàn)理想的啟動(dòng)1、理想啟動(dòng)過(guò)程理想啟動(dòng)波形如下圖示，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速以直線(xiàn)規(guī)律上升；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)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)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。2、實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)過(guò)程的方法采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。（1）啟動(dòng)時(shí)，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(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化，迅速達(dá)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ASR輸出限幅值為U*im，它決定了主回路中的最大允許電流Idm。1、設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。2、ACR和電流檢測(cè)-反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)（副環(huán)）；ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)-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(chēng)主環(huán)）。ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，其輸入輸出設(shè)有限幅電路。ACR輸出限幅值為Uctm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓Udm的最大值。（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。

1、以ACR為核心的電流環(huán)——作用是穩(wěn)定電流穩(wěn)態(tài)時(shí)，ΔUi=-U*i+Ui=

-U*i+βId=0，即Id=U*i/β。其中β為電流反饋系數(shù)。當(dāng)U*i一定時(shí)，由于電流負(fù)反饋的作用，使輸出電流保持在U*i/β數(shù)值上。當(dāng)Id>U*i/β時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程如下：

最終保持電流穩(wěn)定。當(dāng)電流下降時(shí)，也有類(lèi)似的調(diào)節(jié)過(guò)程。

2.以ASR為核心的轉(zhuǎn)速環(huán)——作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。穩(wěn)態(tài)時(shí)，ΔUn=U*n-αn=0，即n=U*n/α。其中α為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。當(dāng)U*n一定時(shí)，轉(zhuǎn)速n將穩(wěn)定在U*n/α數(shù)值上。當(dāng)n<U*n/α?xí)r，其自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程如下：最終保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，也有類(lèi)似的調(diào)節(jié)過(guò)程。雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性具有近似理想的“挖土機(jī)特性”（見(jiàn)圖中實(shí)線(xiàn)）四、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

啟動(dòng)時(shí)，突加階躍U*n，ASR飽和，輸出限幅值U*im且不變，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)。電流負(fù)反饋起恒流調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速線(xiàn)性上升，獲得極好的下垂特性，如圖中的AB段虛線(xiàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值且略有超調(diào)時(shí)，ASR退飽和，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起調(diào)節(jié)作用，使轉(zhuǎn)速保持恒定，即n=U*n/α保持不變。見(jiàn)圖中n0-A段虛線(xiàn)。2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

當(dāng)ASR和ACR都不飽和且系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，各變量間的關(guān)系為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

電流反饋系數(shù)

其中U*nm和

U*im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。（二）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)特性啟動(dòng)特性如圖所示。動(dòng)態(tài)響應(yīng)分為三個(gè)階段。

1、啟動(dòng)過(guò)程的第一階段（電流上升）原因：?jiǎn)?dòng)時(shí)，最大，ASR的輸出很快達(dá)到限幅值。此時(shí)，作為電流環(huán)的給定電壓，其輸出電流迅速上升，當(dāng)時(shí)，開(kāi)始上升，由于ACR的調(diào)節(jié)作用，很快使。標(biāo)志電流上升過(guò)程結(jié)束。狀態(tài)：ASR達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起調(diào)節(jié)作用。因，Ui比Un增長(zhǎng)快，ACR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用。特征關(guān)系：為電流閉環(huán)的整定依據(jù)關(guān)鍵位置：A：

時(shí)，n開(kāi)始升速；時(shí)，快速啟動(dòng)。

B:

2、啟動(dòng)過(guò)程的第二階段（恒流升速）

原因：隨著轉(zhuǎn)速上升，電流將從Idm回落。但由于ACR的無(wú)靜差調(diào)節(jié)作用，使，即電流保持最大值Idm。轉(zhuǎn)速線(xiàn)性上升，接近理想的啟動(dòng)過(guò)程。狀態(tài)：ASR保持飽和，ACR保持線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)。

特征關(guān)系：

，Uct線(xiàn)性上升。

關(guān)鍵位置：C:

狀態(tài)：ASR退出飽和，速度環(huán)開(kāi)始調(diào)節(jié)，n跟隨變化；ACR保持在不飽和狀態(tài)，Id緊密跟隨變化3、啟動(dòng)過(guò)程的第三階段（轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定）

原因：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到時(shí)，。但此時(shí)電樞電流仍保持最大值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，從而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)轉(zhuǎn)速n大于時(shí)，，ASR退出飽和。經(jīng)ASR的調(diào)節(jié)，最終使n保持在n*的數(shù)值上。而ACR調(diào)節(jié)使dLdII=特征關(guān)系：穩(wěn)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器輸入/輸出電壓：

關(guān)鍵位置：D：n為峰值；E：

穩(wěn)態(tài)。

可以看出：ASR在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)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(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)；而ACR始終處于線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)。

五、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用（一）ACR的作用：1、起電流調(diào)節(jié)作用。（1）啟動(dòng)時(shí)，在ASR的飽和作用下，經(jīng)ACR調(diào)節(jié)，使電樞電流保持允許的最大值Idm，加快過(guò)渡過(guò)程，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)。（2）通過(guò)設(shè)置ASR的飽和限幅值，依靠ACR的調(diào)節(jié)作用，可限制最大電樞電流，2、當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，通過(guò)ACR的調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)電壓的波動(dòng)幾乎不對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。3、在電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，一方面限制過(guò)大的電流，起到快速保護(hù)作用；另一方面，使轉(zhuǎn)速迅速下降，實(shí)現(xiàn)了“挖土機(jī)”特性。（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1、起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用。（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化。（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。使轉(zhuǎn)速保持在的數(shù)值上，無(wú)靜差。2、在負(fù)載變化（或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動(dòng)）而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時(shí)，靠ASR的調(diào)節(jié)作用來(lái)消除轉(zhuǎn)速偏差，保持轉(zhuǎn)速恒定。3、ASR的輸出限幅值決定了系統(tǒng)允許的最大電流，作用于ACR，以獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。六、雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改進(jìn)——轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速超調(diào)，且抗擾性能也有限制。在ASR上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，可抑制超調(diào)、降低動(dòng)態(tài)速降，提高抗擾性能。電路上增加了電容Cdn和電阻Rdn，在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上疊加上一個(gè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。只要有轉(zhuǎn)速超調(diào)和動(dòng)態(tài)速降的趨勢(shì)，微分負(fù)反饋就開(kāi)始進(jìn)行調(diào)節(jié)。第六節(jié)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)一、PWM-M直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路PWM變換器是調(diào)速系統(tǒng)的主電路，是對(duì)已有的PWM波形的電壓信號(hào)進(jìn)行功放，并不改變信號(hào)的PWM波性質(zhì)。而PWM電壓波形的產(chǎn)生、分配則是PWM變換器控制電路的功能。為此，由GTR構(gòu)成的脈寬調(diào)速系統(tǒng)還必須具備相應(yīng)的控制電路。上圖為雙閉環(huán)脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)的原理框圖。其中屬于脈寬調(diào)速系統(tǒng)特有的環(huán)節(jié)有脈寬調(diào)制器UPW、調(diào)制波發(fā)生器GM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)器GD、瞬時(shí)動(dòng)作的限流保護(hù)FA（一）鋸齒波脈寬調(diào)制器（UPW-GM）脈寬調(diào)制器是一個(gè)電壓-脈沖變換裝置，由ACR的輸出電壓Uc控制，將輸入的直流控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成比例的方波脈沖電壓