非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文

1、非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的研究摘 要本文主要針對他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，這是由于勵(lì)磁控制的局限性和獨(dú)特性所決定。調(diào)節(jié)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，除了調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通外，還可以調(diào)節(jié)電樞電壓，調(diào)節(jié)電樞電壓只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在保持電樞電壓為額定電壓的情況下，減弱磁通只能從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。由于弱磁調(diào)速的允許范圍有限，當(dāng)負(fù)載要求調(diào)速范圍較寬時(shí)，通常采用調(diào)壓和弱磁聯(lián)合調(diào)速方案。這就是非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)，它是用同一電位器來操作的，能自動(dòng)地滿足勵(lì)磁控制的原則，保證了較寬的調(diào)速范圍和良好的調(diào)速性能，且操作方便，所以目前獲得了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：非獨(dú)立控制 弱磁調(diào)速 直流電機(jī)abs

2、tractin this paper, it mainly points that dc motor speed control system, which is due to excitation control of the limitations and uniqueness of the decision. motor and adjust its speed, in addition to regulating excitation flux, but also the armature voltage can be adjusted to regulate the armature

3、 voltage can only be reduced from the rated speed to achieve constant torque speed. in maintaining the armature voltage as a rated voltage of the situation, weakening the magnetic flux only from the rated speed to be adjusted upwards to achieve constant power speed. as the weak magnetic speed contro

4、l to allow a limited range, when the load demands a wide range of speed regulation, it is usually combined with voltage and the weak magnetic speed program. this is a non-independent control of speed excitation systems,it is using the same potentiometer to operate, and can automatically satisfy the

5、principle of excitation control to ensure a wide speed range and good speed performance, and easy to operate, we now have access to a wide range of applications.key words: non-independent control of a weak magnetic dc motor speed control畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、

6、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或

7、與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為 。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄第一章 調(diào)速系統(tǒng)綜述.41.1直流調(diào)速系統(tǒng)綜述.41.2交流調(diào)速系統(tǒng)綜述.5第二章 弱磁控制的直流電機(jī)的特性.82.1弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng).82.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性.102.3 評價(jià)調(diào)速的指標(biāo).12第三章 非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng).133.1弱磁與電樞電壓控制的結(jié)合133.2非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì).13第四章 雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng).164.1雙閉環(huán)非獨(dú)立勵(lì)磁直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型.164.2建立數(shù)學(xué)模型174.3起

8、動(dòng)過程分析.174.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析19 4.5調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法.194.6雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義.20第五章 結(jié)束語.22參考文獻(xiàn).23第一章 調(diào)速系統(tǒng)綜述1.1直流調(diào)速系統(tǒng)綜述直流調(diào)速系統(tǒng)是傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)，它具有穩(wěn)速精度高，調(diào)速比大，響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛地應(yīng)用在軋鋼，機(jī)床，輕工，計(jì)算機(jī)，飛機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域。其主要缺點(diǎn)是：直流電機(jī)維修麻煩，機(jī)械的換向器影響了速度和容量的提高。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，對調(diào)速系統(tǒng)有一定的技術(shù)要求，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，這也是設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)的依據(jù)。調(diào)速，在實(shí)際生產(chǎn)和生活中應(yīng)用十分廣泛，電動(dòng)機(jī)是用來拖動(dòng)某種生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力設(shè)備，所以需要根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)

9、其轉(zhuǎn)速。比如：在加工毛坯工件時(shí)，為了防止工件表面對生產(chǎn)刀具的磨損，因此加工時(shí)要求電機(jī)低速運(yùn)行；而在對工件進(jìn)行精加工時(shí)，為了要縮短工加時(shí)間，提高產(chǎn)品的成本效益，因此加工時(shí)要求電機(jī)高速運(yùn)行。所以，我們就將調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)生產(chǎn)要求的過程就稱之為調(diào)速；而用于完成這一功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)就被稱為是調(diào)速系統(tǒng)。自晶閘管問世到今天，晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱v-m系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。目前廣泛應(yīng)用的直流調(diào)速設(shè)計(jì)方法是基于某些標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行的，其優(yōu)點(diǎn)是簡單方便，但設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能指標(biāo)是相同的，實(shí)際系統(tǒng)所要求的指標(biāo)往往是不同的，所以采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不一定都能得到滿意的結(jié)果。如果我們在按

10、上述設(shè)計(jì)法確定調(diào)節(jié)器形式的基礎(chǔ)上，再找出調(diào)節(jié)器參數(shù)改變時(shí)對應(yīng)系統(tǒng)性能指標(biāo)的變化趨勢，那么在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)就可以根據(jù)得到的變換趨勢，按系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求來調(diào)整和選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)要求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對于直流調(diào)速系統(tǒng)來說也不例外，只是它作為一個(gè)特定的系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)有著具體而明確定義。a穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：主要是要求系統(tǒng)能在最高和最低轉(zhuǎn)速內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，并且在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)能穩(wěn)定運(yùn)行，而在某一轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，盡量少受負(fù)載變化及電源電壓波動(dòng)的影響。因此它的指標(biāo)就是調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍和靜差率。b動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：主要是平穩(wěn)性和抗干擾能力。在直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基于理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際

11、的系統(tǒng)情況作參數(shù)的調(diào)整是非常重要的，也是必不可少的，這是因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)的參數(shù)，往往與計(jì)算值或銘牌數(shù)據(jù)有一定的差別，系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)的非線性影響等因素存在，使系統(tǒng)在配置設(shè)計(jì)參數(shù)后并不能馬上獲得預(yù)期的性能指標(biāo)。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是將整個(gè)系統(tǒng)按理論設(shè)計(jì)的結(jié)果建立一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)，然后將系統(tǒng)分成若干個(gè)控制單元，并對每個(gè)控制單元進(jìn)行調(diào)試，最后將各個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，這種傳統(tǒng)的調(diào)試方法在使用過程中不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且不易產(chǎn)生滿意的結(jié)果。1.2交流調(diào)速系統(tǒng)綜述由于半導(dǎo)體本身的發(fā)展及其應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步,以及微機(jī)的應(yīng)用,使許多復(fù)雜的控制方式得以實(shí)現(xiàn),提高了系統(tǒng)的控制性能,使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能完全可以與直流調(diào)速系統(tǒng)

12、相媲美.再加上異步電動(dòng)機(jī)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)(結(jié)構(gòu)簡單,堅(jiān)固耐用,經(jīng)濟(jì)可靠,動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好等),交流調(diào)速傳動(dòng)有取代直流調(diào)速傳動(dòng)的趨勢.日本有人預(yù)言十年后直流機(jī)將被交流機(jī)所取代.國家科委已組成了電力電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組,為發(fā)展我國電力電子基礎(chǔ)元器件和變頻裝置等發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。國家計(jì)委已大量投資引進(jìn)近20條元器件和裝置的生產(chǎn)線。我國在八五期間,將出現(xiàn)一個(gè)交流調(diào)速發(fā)展的新熱潮。新型電力電子元器件的發(fā)明,大大促進(jìn)了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,使逆變器輸出的正弦波和功率因數(shù)都得到了明顯的改善,使系統(tǒng)的技術(shù)性能大大提高,體積大大縮小,重量大大減輕。a.功率場控晶體管,簡稱功率管,它是一種單極型的電壓控制器件,不

13、但有自關(guān)斷能力而且有驅(qū)動(dòng)功率小,工作速度高,無二次擊穿問題,安全工作區(qū)寬等顯著優(yōu)點(diǎn)。b.絕緣柵極晶閘管,可以像晶體管一樣控制,又具有很高的門極阻抗。允許器件使用邏輯電平信號(hào)開關(guān),并有正,反向阻斷能力，電流密度大10倍,比雙極晶體管大2倍.現(xiàn)已制造出1400.-1600/100-200的器件,并已商品化.其開關(guān)時(shí)間和工作頻率可達(dá)50hz。c.靜電感應(yīng)晶體管是一種具有非飽和特性的器件，輸出功率大,輸出阻抗高,失真小,開關(guān)特性和熱穩(wěn)定性好.既可用作大功率電流開關(guān),也可用作功率放大,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛.目前制造水平已達(dá)150/300,截止頻率20-50hz。同時(shí)靜電感應(yīng)晶閘管是一種性能優(yōu)良的大功率器件.

14、具有導(dǎo)通電阻小,正向壓降小,開關(guān)速度快,開關(guān)損耗小等優(yōu)點(diǎn)。其使用頻率一般在數(shù)百赫茲以上。d.功率集成電路(簡稱),在單片上至少有一個(gè)功率器件和一個(gè)獨(dú)立功能電路。它能把承受高電壓,大電流的功率器件與起控制作用的邏輯電路,模擬電路或保護(hù)電路和傳感檢測電路等集成在一起,使器件具有檢測,控制和保護(hù)功能。它能接受并傳遞控制信息,對控制信號(hào)進(jìn)行變換處理,實(shí)現(xiàn)某種設(shè)定的控制目標(biāo).它還能在運(yùn)行時(shí)對功率器件是否工作在安全區(qū)以及結(jié)溫是否正常進(jìn)行監(jiān)測,并對器件的功率耗散進(jìn)行調(diào)整。e.復(fù)合型器件是門極晶閘管的簡稱，它將高輸入阻抗,低驅(qū)動(dòng)功率與快開關(guān)速度特性和的高壓大電流特性結(jié)合在一起,成為八十年代末最熱門的器件之一。

15、這種器件的電流密度很大，其主要優(yōu)點(diǎn)為電壓,電流的容量大，通態(tài)壓降小，開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，大大簡化門極驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì),增加裝置的可靠性，即使關(guān)斷失效,器件也不會(huì)損壞。交流調(diào)速控制的類型，近代交流調(diào)速控制技術(shù)正在不斷豐富,充實(shí)和發(fā)展中,大致有：控制,滑差頻率控制,脈寬調(diào)制控制,矢量變換控制，磁場控制磁場軌跡法和異步機(jī)的磁場加速法,微機(jī)控制,直接轉(zhuǎn)矩控制和多變量解耦控制等。脈寬調(diào)制控制有：正弦波，準(zhǔn)正弦波,新雙三角形調(diào)制，脈幅調(diào)制，矢量角，最佳開關(guān)角，電流跟蹤改進(jìn)型等?，F(xiàn)代控制理論的應(yīng)用有：自適應(yīng)控制(磁通自適應(yīng)，斷續(xù)電流自適應(yīng)，參數(shù)自適應(yīng)，模型參數(shù)自適應(yīng)等)，觀測控制及狀態(tài)觀測器(磁通觀測器,

16、力矩觀測器等)。目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化控制，線性二次型積分控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制及模糊控制等。不同的傳動(dòng)對象及其傳動(dòng)要求,應(yīng)該選擇相適應(yīng)的調(diào)速裝置。因此在所有電動(dòng)機(jī)的控制中，對轉(zhuǎn)速的控制是一項(xiàng)非常重要的研究。 在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，約占有整個(gè)電力拖動(dòng)容量的80%的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)都是采用的交流電動(dòng)機(jī)，而只占20%的高控制性能可調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)采用的是直流電動(dòng)機(jī)。這幾乎已經(jīng)成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方案雖然早已有多種發(fā)明并得到了實(shí)際應(yīng)用，但由于其調(diào)速性能始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹配，所以一直沒有在高控制性能的調(diào)速中得以使用。但近年來，隨著電子工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展，高性的交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

17、逐擴(kuò)大并大有取代直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢。但作為一個(gè)延用了近百年的調(diào)速系統(tǒng)，了解其基本的工作原理，并加深對自動(dòng)控制原理的理解這是十分有意義的。第二章 弱磁控制的直流電機(jī)的特性2.1弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1.1 弱磁調(diào)速的概念1、在直流電機(jī)理論中，改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，有改變電樞電壓調(diào)速，還有就是減小勵(lì)磁電流、減弱主極磁通調(diào)速；2、在直流電機(jī)機(jī)械特性里，經(jīng)常提到弱磁飛車事故，就是當(dāng)勵(lì)磁電流為零時(shí)，即主極磁通弱磁時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)非常高，出現(xiàn)不可控的局面；3、在變頻器對異步電機(jī)的調(diào)速中，當(dāng)變頻器的輸出頻率高于電機(jī)額定頻率時(shí)，電機(jī)鐵芯磁通開始減弱，電機(jī)轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)我們稱電機(jī)進(jìn)入弱磁調(diào)速。2

18、.1.2 “電機(jī)空載運(yùn)行，弱磁區(qū)的電流比低速的還小”1、電機(jī)空載時(shí)，電流主要是勵(lì)磁電流，也有要克服轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦阻力做功的轉(zhuǎn)矩電流；2、當(dāng)電源頻率f升高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)矩增大加速；3、當(dāng)電源頻率f升高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速升高，定子繞組端電壓不變，根據(jù)電勢平衡方程式，磁通減弱；4、2和3都說明電流增大，才有轉(zhuǎn)矩增大加速；5、由于電機(jī)低速空轉(zhuǎn)與高速空轉(zhuǎn)相比，高速運(yùn)轉(zhuǎn)所需的轉(zhuǎn)矩要大，電流要大。2.1.3 直流電機(jī)弱磁調(diào)速系統(tǒng)原理圖（如圖圖1所示）圖1.直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回

19、路電阻為恒值的條件下，即電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：。由電機(jī)的電路原理圖可得機(jī)械特性的表達(dá)式：實(shí)際空載轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)的機(jī)械特性如圖圖2所示。當(dāng)時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性：圖2.直流電機(jī)機(jī)械特性由于電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以固有機(jī)械特性是硬特性。減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性： 保持不變，只改變勵(lì)磁回路磁通時(shí)的人為特性：如圖圖3所示。圖3 .直流電機(jī)在變磁通后的人為特性弱磁升速：減弱磁通后，理想空載轉(zhuǎn)速上升, 曲線的斜率值增大。如圖圖4所示，磁場越弱，轉(zhuǎn)速越高。因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁回路不能開路。圖4.直流電機(jī)弱磁后的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止

20、狀態(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。起動(dòng)瞬間，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為：起動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)速為零，電樞電動(dòng)勢為零，而且電樞電阻很小，所以起動(dòng)電流將達(dá)很大值。過大的起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓下降、影響電網(wǎng)上其它用戶的正常用電、使電動(dòng)機(jī)的換向惡化；同時(shí)過大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般直流電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。為了限制起動(dòng)電流，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常采用電樞回路串電阻或降低電樞電壓起動(dòng)。2.3 評價(jià)調(diào)速的指標(biāo)a調(diào)速范圍：b靜差率（相對穩(wěn)定性）靜差率指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，轉(zhuǎn)速變化小，穩(wěn)定性好。%越小，相對穩(wěn)定性越好；%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。d與%相互制約:越小,d越小,相對穩(wěn)定性越好;在保證一定的

21、指標(biāo)的前提下,要擴(kuò)大d,須減少n,即提高機(jī)械特性的硬度。c調(diào)速的平滑性在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，調(diào)速越平滑。相鄰兩級轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)越接近1，平滑性越好，當(dāng) 時(shí)，稱為無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)，級數(shù)有限，稱為有級調(diào)速。第三章 非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)3.1弱磁與電樞電壓控制的結(jié)合在實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，除了調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通外，還可以調(diào)節(jié)電樞電壓，調(diào)節(jié)電樞電壓只能從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在保持電樞電壓為額定電壓的情況下，減弱磁通只能從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。由于弱磁調(diào)速的允許范圍有限，當(dāng)負(fù)載要求調(diào)速范圍較寬時(shí)，通常采用調(diào)壓和弱磁聯(lián)合調(diào)

22、速方案。3.2非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)針對于他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速結(jié)構(gòu)，考慮到將調(diào)壓和弱磁結(jié)合，實(shí)現(xiàn)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)。3.2.1 設(shè)計(jì)思路非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)壓和弱磁是用一個(gè)電位計(jì)來控制的，其電樞回路和勵(lì)磁回路是通過反電勢調(diào)節(jié)器et連接在一起的。勵(lì)磁控制回路采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，按照串級連接方式分別構(gòu)成反電勢調(diào)節(jié)環(huán)和激磁磁通調(diào)節(jié)環(huán)。激磁磁通調(diào)節(jié)環(huán)是內(nèi)環(huán)，反電勢調(diào)節(jié)環(huán)是外環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)反電勢和激磁磁通的無靜差調(diào)節(jié)，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用pi調(diào)節(jié)器。3.2.2本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖圖5所示。圖.非獨(dú)立控制勵(lì)磁調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖中ue是反電勢給定值，它是一個(gè)固定的數(shù)值，通常整定在90%-95%

23、的額定電壓值，并且不再調(diào)節(jié)。這樣，非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)只需調(diào)節(jié)速度給定電位器節(jié)可以了。反電勢反饋信號(hào)通過間接的方法得到：根據(jù)ea=ud-ia*ra的關(guān)系式，分別測得ua和id以后，再通過反電勢運(yùn)算器ey進(jìn)行減法運(yùn)算，就可獲得反電勢反饋信號(hào)ufe。反電勢調(diào)節(jié)器et的輸出電壓作為磁通調(diào)節(jié)器t的給定電壓ug，其反饋量ufg是將測得勵(lì)磁電流信號(hào)ufl經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器mn轉(zhuǎn)換而得到的。mn實(shí)際上是磁化曲線的模擬單元。3.2.3 分析非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速過程先討論從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)的情況。反電勢給定值uge整定后，調(diào)節(jié)速度給定電位器就能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要轉(zhuǎn)速小于95%額定轉(zhuǎn)速，則反

24、電勢反饋信號(hào)ufe就小于反電勢給定值uge，反電勢調(diào)節(jié)器et總是處于飽和限幅值，相當(dāng)于反電勢環(huán)開環(huán)。此時(shí)et的輸出限幅值就是磁通調(diào)節(jié)器的滿磁給定值，依靠磁通調(diào)節(jié)器t的調(diào)節(jié)保證額定勵(lì)磁電流不變，所以額定轉(zhuǎn)速以下的勵(lì)磁回路是恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)。而電樞電路電壓隨著隨著速度給定電壓ugn而改變，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程和一般雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣。當(dāng)速度給定電壓繼續(xù)升高，使轉(zhuǎn)速升高到95%額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，反電勢反饋電壓ufe就超過了uge的值，這是et的輸入偏差電壓變負(fù)，使et輸出ug減小而退出飽和，同時(shí)磁通調(diào)節(jié)器的輸出也減小，開始弱磁調(diào)速。在弱磁調(diào)速階段內(nèi)，反電勢環(huán)也起調(diào)節(jié)作用，只要實(shí)際轉(zhuǎn)速還沒有達(dá)到給定值，則通過電樞區(qū)

25、的串級控制，使電樞回路電壓繼續(xù)升高，反電勢反饋量繼續(xù)升高。經(jīng)過反電勢調(diào)節(jié)器，磁通調(diào)節(jié)器使勵(lì)磁電流繼續(xù)減小，因而轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，直至穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，ufn=ugn，如et采用pi調(diào)節(jié)器，則ufe=uge，反電勢調(diào)節(jié)也是無靜差的，可見弱磁升速過程也是維持電機(jī)反電勢ea為恒值的調(diào)速過程。在弱磁升速過程中，反電勢調(diào)節(jié)器et的輸出已減少到與弱磁電流相應(yīng)的電壓值。綜上所述，在額定轉(zhuǎn)速調(diào)速時(shí)，保持勵(lì)磁電流不變，在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速時(shí)，保持反電勢ea恒定。上述勵(lì)磁控制回路是控制反電勢和磁通兩個(gè)參量，采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，也可以稱為雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)試起來比較方便。第四章 雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)

26、4.1雙閉環(huán)非獨(dú)立勵(lì)磁直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 在控制勵(lì)磁的同時(shí)，對于直流調(diào)速系統(tǒng)來說，我添加了電流環(huán)acr，作為內(nèi)環(huán)控制，同時(shí)添加了速度環(huán)asr，作為外環(huán)控制，這增加了控制裝置的成本，但使得調(diào)速的綜合性能得到較好的改善，隨后可繪出雙閉環(huán)非獨(dú)立勵(lì)磁直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖圖所示。圖.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.2建立數(shù)學(xué)模型： 圖中wasr(s)和wacr(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。均采用pi調(diào)節(jié)器，則有 4.3起動(dòng)過程分析首先設(shè)置雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過程。

27、在剛啟動(dòng)時(shí)，電流環(huán)起作用，保證回路中沒有過大的電流沖擊，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，速度環(huán)起主要作用，保證轉(zhuǎn)速在規(guī)定的范圍內(nèi)，有較小的波動(dòng)，負(fù)載的變化不會(huì)對轉(zhuǎn)速造成很大的影響。起動(dòng)過程由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成i、ii、iii三個(gè)階段。a.第i階段電流上升的階段（0 t1）突加給定電壓 u*n 后，id 上升，當(dāng) id 小于負(fù)載電流 idl 時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) id idl 后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 u*im，強(qiáng)迫電流 id 迅速上升。直到，id =

28、idm ， ui = u*im 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制 id 了的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，asr很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而acr一般不飽和。 b.第 ii 階段恒流升速階段（t1 t2）在這個(gè)階段中，asr始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流u*im 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢e 也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，e 是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)， ud0和 uc 也必須基本上按線性增長，才能保持 id 恒定。當(dāng)acr采用pi調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏

29、差電壓必須維持一定的恒值，也就是說， id 應(yīng)略低于 idm。恒流升速階段是起動(dòng)過程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過程中 acr是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 upe 的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。c.第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后），當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值u*im ，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，asr輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， u*i 和 id 很快下降。但是，只要 id 仍大于負(fù)載電流 idl ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到id = idl時(shí)，轉(zhuǎn)矩te=

30、tl ，則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t = t3時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（ t3 t4 ）， id idl ，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，asr和acr都不飽和，asr起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而acr則力圖使 id 盡快地跟隨其給定值 u*i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 4.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 一般來說，非獨(dú)立控制勵(lì)磁和雙閉環(huán)結(jié)合組成的控制系統(tǒng)，具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。4.5調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法

31、4.5.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地給定電壓un*變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可以減小轉(zhuǎn)速誤差，如果使用pi調(diào)節(jié)器，理論上可以實(shí)現(xiàn)無靜差。2.對負(fù)載變化起抗擾作用。3.其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：1.作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)的過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓ui*變化。2.對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及時(shí)起抗擾作用。3.在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。4.當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速自動(dòng)保護(hù)作用?？紤]到上述兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，體現(xiàn)出設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流

32、調(diào)節(jié)器的重要性，對它們的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選擇要慎重考慮。4.5.2調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法在雙閉環(huán)非獨(dú)立勵(lì)磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)需從動(dòng)態(tài)校正的需要來解決。設(shè)計(jì)每一個(gè)調(diào)節(jié)器時(shí)，都要先求出該閉環(huán)原始系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性，再根據(jù)性能指標(biāo)確定校正后的預(yù)期特性，從而選定結(jié)構(gòu)并計(jì)算參數(shù)。反復(fù)試湊，才能確定調(diào)節(jié)器的特性，從而選定其結(jié)構(gòu)并設(shè)定參數(shù)，反復(fù)試湊過程也就是系統(tǒng)的穩(wěn)，準(zhǔn)，快和抗干擾諸方面矛盾的正確解決過程，需要有熟練的解決技巧才行。在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化為典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公室和圖表來進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)工程大大簡化。工程設(shè)計(jì)方法可分為兩步：1.先選擇調(diào)節(jié)器的

33、結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。2.再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。4.6雙閉環(huán)非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義 若采用pi調(diào)節(jié)器的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要，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(dòng)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(dòng)態(tài)波形。對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起、制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電機(jī)的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，