電力拖動控制系統(tǒng)1

1、2021-6-171電力拖動控制系統(tǒng)電力拖動控制系統(tǒng)2021-6-172 調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動自動系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)又調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動自動系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)又可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，稱為直流拖動系統(tǒng)可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，稱為直流拖動系統(tǒng)和交流拖動系統(tǒng)。和交流拖動系統(tǒng)。 調(diào)速具有兩個方面的含義：一是能在一定范圍內(nèi)調(diào)速具有兩個方面的含義：一是能在一定范圍內(nèi)“變變速調(diào)速速調(diào)速”，電動機(jī)負(fù)載不變時，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。二是，電動機(jī)負(fù)載不變時，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。二是“恒速調(diào)速恒速調(diào)速” ” ，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械在某一速度下運(yùn)行時，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械在某一速度下運(yùn)行時，總要受到外界的干擾，為保證工作速度不受干

2、擾的影總要受到外界的干擾，為保證工作速度不受干擾的影響，也要進(jìn)行調(diào)速。例如負(fù)載增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速要降響，也要進(jìn)行調(diào)速。例如負(fù)載增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速要降低，為維持轉(zhuǎn)速恒定，就得調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，使其回低，為維持轉(zhuǎn)速恒定，就得調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，使其回升，并等于或接近于原來的轉(zhuǎn)速升，并等于或接近于原來的轉(zhuǎn)速 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=(U-IR)/(Ce) n=(U-IR)/(Ce) 調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：（1 1）調(diào)電樞電壓（）調(diào)電樞電壓（2 2）弱磁升速（）弱磁升速（3 3）變電樞回路電阻）變電樞回路電阻2021-6-173 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 多環(huán)

3、控制的直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng) 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng) 變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng) 串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)2021-6-174第一章第一章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 VM系統(tǒng)的特殊問題 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì) 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的的動態(tài)分析和設(shè)計(jì) 2021-6-17551 51 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源對于要求廣范圍無級調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)對于要求廣范圍無級調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓供電電壓方式為最好，弱磁雖然也能電樞

4、電壓供電電壓方式為最好，弱磁雖然也能平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速以上作小范圍升速。壓方案，在基速以上作小范圍升速。在調(diào)壓調(diào)速方案中，從供電電源又分為下面兩在調(diào)壓調(diào)速方案中，從供電電源又分為下面兩種情況：在交流供電系統(tǒng)中，采用可控變流裝種情況：在交流供電系統(tǒng)中，采用可控變流裝置，以獲得直流可調(diào)電源；在具有恒定直流供置，以獲得直流可調(diào)電源；在具有恒定直流供電電源地方，采用可控硅斬波器，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)電電源地方，采用可控硅斬波器，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速。壓調(diào)速。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組G-MG-M靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)靜止變流裝置供電的

5、直流調(diào)速系統(tǒng)V-MV-M直流斬波器和脈寬調(diào)制變換直流斬波器和脈寬調(diào)制變換PWMPWM2021-6-176旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組G-MG-M 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時改變勵磁電流的方向，發(fā)電機(jī)輸出動機(jī)的轉(zhuǎn)速；同時改變勵磁電流的方向，發(fā)電機(jī)輸出電壓的極性也會改變，從而使轉(zhuǎn)速的方向發(fā)生變化，電壓的極性也會改變，從而使轉(zhuǎn)速的方向發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)GMGM的可逆運(yùn)行。設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效的可逆運(yùn)行。設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝及維護(hù)不方便、運(yùn)行有噪音等缺點(diǎn)。率低、安裝及維護(hù)不方便、運(yùn)行有噪音等缺點(diǎn)。 勵勵

6、磁磁機(jī)機(jī)GM負(fù)負(fù)載載2021-6-177靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)靜止變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（VMVM系統(tǒng)）系統(tǒng)） 半控整流電路只允許單象限運(yùn)行；全控整流電路可以半控整流電路只允許單象限運(yùn)行；全控整流電路可以實(shí)現(xiàn)有源逆變；采用正反兩組整流電路即可實(shí)現(xiàn)中象實(shí)現(xiàn)有源逆變；采用正反兩組整流電路即可實(shí)現(xiàn)中象限運(yùn)行，只是硅整流設(shè)備要增加一倍。限運(yùn)行，只是硅整流設(shè)備要增加一倍。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大提高、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都有很大提高 2 2、速度有很大提高，機(jī)組秒級；晶閘管整流器毫秒級、速度有很大提高，機(jī)組秒級；晶閘管整流器毫秒級 3

7、 3、功率放大倍數(shù)在、功率放大倍數(shù)在10104 4以上以上 M2021-6-178 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，半控整流電路、由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕肟卣麟娐?只能單象限運(yùn)行；全控整流電路能二象限運(yùn)行；要可只能單象限運(yùn)行；全控整流電路能二象限運(yùn)行；要可逆運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，只好采用正、反兩組逆運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，只好采用正、反兩組全控整流電路，所以整流設(shè)備要增加一倍。全控整流電路，所以整流設(shè)備要增加一倍。 2 2、元件對過電壓、過電流及過高的電壓變化、元件對過電壓、過電流及過高的電壓變化率和電流變化率都十分敏感，所以需加可靠的保護(hù)裝率和電流變化率都十分敏感，所以

8、需加可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱設(shè)備。置和符合要求的散熱設(shè)備。 3 3、系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通小，、系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通小，系統(tǒng)功率因數(shù)低，會產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)低，會產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，會殃及附近的用電設(shè)備，造成電壓波形畸變，會殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力電力公害公害”。增調(diào)無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。增調(diào)無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。響響應(yīng)應(yīng)時時間間功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù) 變流機(jī)組變流機(jī)組v-m2021-6-179直流斬波器和脈寬調(diào)制變換直流斬波器和脈寬調(diào)制變換 直流斬波器適用于地鐵、電力機(jī)車、無軌電車及電瓶直流斬波器適用于地鐵、

9、電力機(jī)車、無軌電車及電瓶車等。此時晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，工作原理及電路車等。此時晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，工作原理及電路圖所下所示：圖所下所示：VTVT導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，UsUs加到電動機(jī)上；加到電動機(jī)上；UTUT關(guān)斷時，關(guān)斷時，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流。這里電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流。這里VTVT工作在開關(guān)狀態(tài)。電動工作在開關(guān)狀態(tài)。電動機(jī)得到的平均電壓為機(jī)得到的平均電壓為 TT晶閘管的開關(guān)周期晶閘管的開關(guān)周期 tonVTtonVT開通時間開通時間 =ton/T=tonf=ton/T=tonf占空比占空比 ff開關(guān)頻率（開關(guān)頻率（100200hz100200hz）ssonUUTtUd 強(qiáng)迫關(guān)斷電路強(qiáng)迫關(guān)斷電路MT

10、ton2021-6-1710 直流斬波器的幾種控制方式直流斬波器的幾種控制方式1 1脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWMPWM：T T不變，只改變不變，只改變ton, ton, 也就也就是變脈寬是變脈寬2 2脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制PFMPFM：T T改變，改變， tonton不變，也就是不變，也就是變晶閘管關(guān)斷時間。變晶閘管關(guān)斷時間。3 3兩點(diǎn)式控制：當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小兩點(diǎn)式控制：當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小值時，值時，VTVT導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流或電壓達(dá)到某一最導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流或電壓達(dá)到某一最大值時，大值時，VTVT關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷時間不確定。關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷時間不確定。2021-6-17

11、11 PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)（脈寬調(diào)速系統(tǒng)）調(diào)速系統(tǒng)（脈寬調(diào)速系統(tǒng)） 主要是近年來研制了既能控制開通又能控制關(guān)斷的主要是近年來研制了既能控制開通又能控制關(guān)斷的“全控式全控式”電力電子器件，如門極可關(guān)晶閘管電力電子器件，如門極可關(guān)晶閘管GTOGTO、電力晶體管電力晶體管GTRGTR、電力場效應(yīng)管、電力場效應(yīng)管PMOSFETPMOSFET等，全控式等，全控式器件的關(guān)斷時間短，其構(gòu)成的斬波器工作頻率可達(dá)器件的關(guān)斷時間短，其構(gòu)成的斬波器工作頻率可達(dá)20KHz20KHz，在其實(shí)行開關(guān)控制時，采用了脈沖寬度的調(diào)，在其實(shí)行開關(guān)控制時，采用了脈沖寬度的調(diào)制方法，簡稱制方法，簡稱PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)或脈寬調(diào)速系統(tǒng)

12、。調(diào)速系統(tǒng)或脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 其與其與VMVM系統(tǒng)相比要以下優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)相比要以下優(yōu)點(diǎn)1.1.開關(guān)頻率高，電樞電流連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，開關(guān)頻率高，電樞電流連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，損耗和發(fā)熱小。調(diào)速范圍較寬，損耗和發(fā)熱小。2.2.與電機(jī)配合使用時，頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)與電機(jī)配合使用時，頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)?？箶_能力強(qiáng)。3.3.由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高小，裝置效率較高直流直流PWMPWM系統(tǒng)只適用于中、小型系統(tǒng)。系統(tǒng)只適用于中、小型系統(tǒng)。2021-6-171252 VM52

13、 VM系統(tǒng)的特殊問題系統(tǒng)的特殊問題觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制 把整流裝置內(nèi)部壓降、器件的正向壓降、變壓器的漏抗把整流裝置內(nèi)部壓降、器件的正向壓降、變壓器的漏抗 引起的換向壓降都移到整流裝置外部。引起的換向壓降都移到整流裝置外部。 UdoUdo理想空載電壓；理想空載電壓； 對一般全控式整流電路，當(dāng)電路波形連續(xù)時對一般全控式整流電路，當(dāng)電路波形連續(xù)時 m m交流電源一周期內(nèi)整流交流電源一周期內(nèi)整流 電壓脈動數(shù)；電壓脈動數(shù)；UdoUdo為為=0=0時時 輸出電壓的峰值。輸出電壓的峰值。dtdiLRiEUdddocossinmUmUmdo2021-6-1713電流脈動的影響及其抑制措施電流脈動的

14、影響及其抑制措施影響：影響： 1 1、脈動電流產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機(jī)械不利。、脈動電流產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機(jī)械不利。 2 2、脈動電流造成較大的諧波分量，流入電源后對電網(wǎng)不利，、脈動電流造成較大的諧波分量，流入電源后對電網(wǎng)不利，同時也增加電機(jī)發(fā)熱。同時也增加電機(jī)發(fā)熱。抑制電流脈動的措施。抑制電流脈動的措施。 1 1、增加整流電路的相數(shù)。、增加整流電路的相數(shù)。 2 2、設(shè)置平波電抗器，按低速輕載時保證電流連續(xù)的條、設(shè)置平波電抗器，按低速輕載時保證電流連續(xù)的條 件來選擇平波電抗器的電感量。件來選擇平波電抗器的電感量。電流波形的連續(xù)和斷續(xù)電流波形的連續(xù)和斷續(xù) VMVM系統(tǒng)最主要特點(diǎn)系統(tǒng)最主要特點(diǎn)

15、 當(dāng)電阻性負(fù)載及電感性負(fù)載電感量不是很大時都會引起當(dāng)電阻性負(fù)載及電感性負(fù)載電感量不是很大時都會引起 波形斷續(xù)，電流波形斷續(xù)會給平均值描述帶來一種非線波形斷續(xù)，電流波形斷續(xù)會給平均值描述帶來一種非線 性因素，造成機(jī)械特性的非線性。性因素，造成機(jī)械特性的非線性。2021-6-1714 VMVM系統(tǒng)的機(jī)械特性系統(tǒng)的機(jī)械特性 當(dāng)電流連續(xù)時，只要是電流連續(xù)就可以看成是一個線當(dāng)電流連續(xù)時，只要是電流連續(xù)就可以看成是一個線性可控電壓源。性可控電壓源。 斷續(xù)時，機(jī)械特性很復(fù)雜。斷續(xù)時，機(jī)械特性很復(fù)雜。 完整的完整的VMVM系統(tǒng)的機(jī)械特性，系統(tǒng)的機(jī)械特性， 包含整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)、連包含整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)、連

16、續(xù)區(qū)和斷續(xù)區(qū)。連續(xù)時特性較續(xù)區(qū)和斷續(xù)區(qū)。連續(xù)時特性較 硬；斷續(xù)段特性較軟呈顯著非硬；斷續(xù)段特性較軟呈顯著非 線性，可采用直線逼近斷續(xù)特線性，可采用直線逼近斷續(xù)特 性。性。)cossin(1)(1RImUmCRIUCndmeddoe2021-6-17155353反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計(jì)一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)（一）控制要求：（一）控制要求：調(diào)速：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地（有級）調(diào)速：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地（有級）或平滑地（無級）調(diào)節(jié)調(diào)速?；蚱交兀o級）調(diào)節(jié)調(diào)速。穩(wěn)速：以一定的精

17、度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的穩(wěn)速：以一定的精度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的干擾下，不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。干擾下，不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。加、減速：頻繁起、制動的設(shè)備要求盡量快地加、減速以提高加、減速：頻繁起、制動的設(shè)備要求盡量快地加、減速以提高生產(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)。盡量平穩(wěn)。 （二）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：電力拖動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時的性能指標(biāo)稱（二）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：電力拖動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時的性能指標(biāo)稱作穩(wěn)態(tài)指標(biāo)作穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 調(diào)速范圍調(diào)速范圍D D：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速

18、：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速n nmaxmax和最低和最低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nminmin之比叫調(diào)速范圍。之比叫調(diào)速范圍。n nmaxmax和和n nminmin通常是指電動機(jī)額通常是指電動機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可以用定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可以用實(shí)際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。實(shí)際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。 minmaxnnD 2021-6-1716靜差率靜差率S S：衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。當(dāng)系統(tǒng)：衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度。當(dāng)系統(tǒng) 某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，負(fù)載由理想空載增加到滿載所對應(yīng)的轉(zhuǎn)某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，負(fù)載由理想空載增加到滿載所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落速降落n n

19、nomnom與理想空載轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速n n0 0之比。之比。 或或 靜差率和硬度有關(guān)，靜差率和硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高定度越高；硬度相同時，理想空載轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，硬度相同時，理想空載轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在是指在最低速時最低速時還能滿足還能滿足靜差率要求靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 在直流電機(jī)在直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速

20、系統(tǒng)中，常以電系統(tǒng)中，常以電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速動機(jī)額定轉(zhuǎn)速n nnomnom為最高轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速，若帶額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落為，若帶額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落為n nnomnom，則系，則系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速最低速時的靜差率。時的靜差率。onomnnS%100onomnnS2021-6-1717而而 得得當(dāng)當(dāng)n nnomnom一定時一定時S S越小越小D D也越小也越小。例例5151龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)：龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)：Z293Z293型，型，60KW60KW、220V220V、305A305A、1000r/min 1000r/min 、要求、要求D=20D

21、=20、S5%S5%，用，用VMVM系統(tǒng)。已系統(tǒng)。已知：主電路電阻知：主電路電阻R=0.18R=0.18歐，電動機(jī)歐，電動機(jī)Ce=0.2 Vmin/rCe=0.2 Vmin/r，則當(dāng)電流連，則當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少 ？minonomnnSminminmaxnnnnDnom)1(snsnDnomnomnomnomnomnomonssnsnnnn1minmin2021-6-1718單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能1.1.組成及靜特性組成及靜特性假定：（假定：（1）忽略各種非線性因素，假定各環(huán)節(jié)輸入輸）忽略各種非線性因素，假定各環(huán)

22、節(jié)輸入輸出關(guān)系都是非線性的出關(guān)系都是非線性的（2）假定只工作在）假定只工作在VM系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段（3）忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻）忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻AGTMTG2021-6-1719閉環(huán)系統(tǒng)的靜特：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)閉環(huán)系統(tǒng)的靜特：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。載電流（轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。nnnUUUnpctUKUctsdoUKUeddoCRIUnnUtgKpKseC1-2021-6-1720 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù))1 ()1 ()1 ()(KCRIKCUKKCKKCRIUKKnedenspespednspespCKKK20

23、21-6-17212.2.開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)靜特性的比較開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)靜特性的比較開環(huán)機(jī)械特性開環(huán)機(jī)械特性 閉環(huán)靜特性閉環(huán)靜特性 （1 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多（2 2）同一）同一n n。下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多opopedenspeddonnCRICUKKCRIUn0clcledenspeddonnKCRIKCUKKKCRIUn0)1 ()1 ()1 (edopCRIn)1 (KCRInedcl )1(KnnopclclclclnnS0opopopnnS0當(dāng)n0op=n0cl時 )1 (K

24、SSopcl2021-6-1722（3 3）當(dāng)）當(dāng)S S一定時，閉環(huán)系統(tǒng)提高調(diào)速范圍一定時，閉環(huán)系統(tǒng)提高調(diào)速范圍（4 4）如取得上述三條優(yōu)越性，需設(shè)置放大器，）如取得上述三條優(yōu)越性，需設(shè)置放大器，K K要足夠大要足夠大. .也也會得出如下的公式：會得出如下的公式：結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性比開環(huán)結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性比開環(huán)硬硬，在保證在一定靜差率要，在保證在一定靜差率要求下，能提高調(diào)速范圍，須增檢測與反饋裝置和電壓放大器。求下，能提高調(diào)速范圍，須增檢測與反饋裝置和電壓放大器。轉(zhuǎn)速降落的實(shí)質(zhì)：轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就轉(zhuǎn)速降落的實(shí)質(zhì)：轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就能檢測出來，能檢測出來，通過比較和放大，提高

25、晶閘管輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的通過比較和放大，提高晶閘管輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，轉(zhuǎn)速又有所回升。機(jī)械特性上，轉(zhuǎn)速又有所回升。系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在與它的自動調(diào)節(jié)作用，在于系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在與它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能夠隨負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。它能夠隨負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。 )1 (snsnDopnomop)1 (snsnDclnomclopclDKD)1 ( 1clopnnKsepKKCK2021-6-17233.3.反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律（1 1）被控量有偏差）被控量有偏差, K, K越大，靜特性越硬，越大，靜特性越硬，穩(wěn)態(tài)速降小，在一定

26、的靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣，穩(wěn)態(tài)速降小，在一定的靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣，K K越越大，穩(wěn)態(tài)性能越好。大，穩(wěn)態(tài)性能越好。KK無窮無窮ncl 0 ncl 0 ，所以調(diào)速系統(tǒng)，所以調(diào)速系統(tǒng)叫有靜差調(diào)速系統(tǒng)，依靠偏差（被調(diào)量）的變化才能實(shí)現(xiàn)叫有靜差調(diào)速系統(tǒng)，依靠偏差（被調(diào)量）的變化才能實(shí)現(xiàn)控制作用控制作用（2 2）抵抗擾動與服從給定）抵抗擾動與服從給定. .具有良好的抗擾性能，對于被具有良好的抗擾性能，對于被負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上的一切擾動都能有效地加以抑負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上的一切擾動都能有效地加以抑制，但對給定作用的變化卻惟命是從制，但對給定作用的變化卻惟命是從)1 (KCRInedcl

27、KpKsReC12021-6-1724（3 3）閉環(huán)系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度）閉環(huán)系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度 給定電源發(fā)生波動，反饋控制系統(tǒng)無法鑒別，因此需給定電源發(fā)生波動，反饋控制系統(tǒng)無法鑒別，因此需高精度的穩(wěn)壓電源，反饋檢測元件本身的誤差，測速機(jī)高精度的穩(wěn)壓電源，反饋檢測元件本身的誤差，測速機(jī)的誤差，需高精度的反饋檢測元件的誤差，需高精度的反饋檢測元件 . .4.4.反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算（1 1）運(yùn)算放大器）運(yùn)算放大器 高放大倍數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、輸入電阻大、輸入信號高放大倍數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、輸入電阻大、輸入信號共地、

28、輸出可用鉗位限幅或接地保護(hù)，使系統(tǒng)工作安全共地、輸出可用鉗位限幅或接地保護(hù)，使系統(tǒng)工作安全可靠?？煽?。原理圖原理圖Kp1RURURUexoxox)(xxpexUUKU01RRKp2021-6-1725（2 2）晶閘管觸發(fā)裝置和整流裝置）晶閘管觸發(fā)裝置和整流裝置在一定范圍內(nèi)近似成線性環(huán)節(jié)在一定范圍內(nèi)近似成線性環(huán)節(jié) Ud=f(Uct)Ud=f(Uct)也可據(jù)電路參數(shù)估算：如也可據(jù)電路參數(shù)估算：如UctUct的范圍的范圍010V010V， UdUd的范圍的范圍0220V0220V則：則：Ks=220/10=22Ks=220/10=22穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算: :AMTGuct2021-6-1726

29、例題：電動機(jī)：例題：電動機(jī)：10KW10KW、220V220V、50A50A、1000r/min1000r/min，Ra=0.5,Ra=0.5,晶閘管三相橋式可控整流電路，整流變壓器，整流變壓器晶閘管三相橋式可控整流電路，整流變壓器，整流變壓器Y/YY/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓聯(lián)結(jié)，二次線電壓E2f=230VE2f=230V，觸發(fā)整流電路環(huán)節(jié)的放，觸發(fā)整流電路環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)大倍數(shù)Ks=44Ks=44，測速機(jī)：永磁式，測速機(jī)：永磁式ZYS231/110ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)型，額定數(shù)據(jù)23.1W23.1W、110V110V、0.21A0.21A、1900r/min1900r/min生產(chǎn)機(jī)械要

30、求：生產(chǎn)機(jī)械要求：D=10D=10，S5%S5%解：解： ncl=5.26% )1 (snsnDnomnomrVnRIUCenomnomnommin/1925. 0edopCRIn)1 (Knnopcl K=53.301158. 019001102 . 02Cetg21KsKCeKp Ro=40K R1=KpRo=840K2021-6-17275.5.限流保護(hù)限流保護(hù)起動時：無限流措施會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對電機(jī)換起動時：無限流措施會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對電機(jī)換向不利，系統(tǒng)突加上給定電壓，此時向不利，系統(tǒng)突加上給定電壓，此時Un=0，Un=Un*是穩(wěn)態(tài)工作的是穩(wěn)態(tài)工作的（1+K1+K）倍）倍,

31、 ,相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允許的；同時如故障，機(jī)械軸被卡住等，無限流環(huán)節(jié)，硬許的；同時如故障，機(jī)械軸被卡住等，無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值，只靠過流繼電器或熔干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值，只靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)斷器保護(hù)過載就跳閘，給正常工作帶來不便過載就跳閘，給正常工作帶來不便。為解決上述問題，引入電流負(fù)反饋，只在起動和堵轉(zhuǎn)時為解決上述問題，引入電流負(fù)反饋，只在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運(yùn)行時又得取消，讓電流自由地隨負(fù)載增存在，在正常運(yùn)行時又得取消，讓電流自由地隨負(fù)載增減，當(dāng)電流大到一定程度時才出現(xiàn)電流截止負(fù)反饋叫電減，當(dāng)電流大到一定程度時才出現(xiàn)電流

32、截止負(fù)反饋叫電流截止負(fù)反饋，也叫截流反饋即電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋，也叫截流反饋即電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下2021-6-1728工作原理：工作原理： IdRsUcomIdRsUcom，時二極管，時二極管D D導(dǎo)通，電流反饋信號加到放大導(dǎo)通，電流反饋信號加到放大器上去。器上去。IdRsUcomIdRsUcom，時二極管，時二極管D D截止，截止，UiUi消失饋信號加消失饋信號加到放大器上去。截止電流到放大器上去。截止電流Idcr=Ucom/RsIdcr=Ucom/Rs。IdIdcrIdIdcr時，反饋截止時，反饋

33、截止IdIdcrIdIdcr時，反饋截止時，反饋截止 KpKsRRsM)1()1(KCRIKCUKKnedensp)1 ()()1 ()(KCIRKKRKCUUKKnedsspecomnsp2021-6-1729靜特性如右圖：下垂特性或挖土機(jī)特性）靜特性如右圖：下垂特性或挖土機(jī)特性）n no oA A段，閉段，閉環(huán)系統(tǒng)本身的靜特性；環(huán)系統(tǒng)本身的靜特性；A AB B段電流負(fù)反饋起作用（段電流負(fù)反饋起作用（1 1）相）相當(dāng)于在主回路中串入一個大電阻當(dāng)于在主回路中串入一個大電阻KpKsRsKpKsRs，穩(wěn)態(tài)速降增，穩(wěn)態(tài)速降增大，特性急劇下降；（大，特性急劇下降；（2 2）比較電壓與給定電壓一致，）比較電壓與給定電壓一致，nono提高提高nono。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時，電機(jī)停下，當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時，電機(jī)停下，n=0n=0得堵得堵轉(zhuǎn)電