繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速

1、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速作者： 摘 要：本設(shè)計(jì)主要利用電力拖動(dòng)控制設(shè)計(jì)出可靠安全且容易操作和維修。主要介紹了機(jī)械和工藝對(duì)電器控制線路的要求，以及怎么設(shè)計(jì)出來(lái)的控制線路滿足生產(chǎn)的要求，達(dá)到簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。在設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，一般包括兩部分內(nèi)容，一是確定拖動(dòng)方案和選擇電動(dòng)機(jī)，前者主要解決的是采用交流拖動(dòng)方案還是直流拖動(dòng)方案，后者主要解決的是選擇電動(dòng)機(jī)容量等問題。根據(jù)電機(jī)學(xué)由異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=60f1/(1-sp)可知異步電機(jī)的調(diào)速方法有改變定子頻率、磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率等，而對(duì)于繞線式異步電機(jī)我們一般都采用的是改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速，而改變轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有一：在繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子

2、中串入不同的電阻實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)的速度調(diào)節(jié)，但這中方法存在著以下缺點(diǎn)：1）他是通過(guò)增大轉(zhuǎn)子回路電阻來(lái)降低轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，轉(zhuǎn)速越低轉(zhuǎn)差功率越大，這種方法是通過(guò)增大轉(zhuǎn)差功率來(lái)降低轉(zhuǎn)速的，但所增加的轉(zhuǎn)差功率全部被轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉了，這種調(diào)速方法效率歲調(diào)速的范圍增大而降低。2）調(diào)速時(shí)電機(jī)理想空載轉(zhuǎn)速不變。只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，降低了靜態(tài)調(diào)速精度，3）由于轉(zhuǎn)子回來(lái)附加電阻的檔數(shù)有限，無(wú)法實(shí)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小。二：串級(jí)調(diào)速，串級(jí)調(diào)速是通過(guò)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢(shì)而產(chǎn)生的。它屬于變轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速的。與轉(zhuǎn)子串電阻的方式不同，串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率加

3、以應(yīng)用（回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上），因此效率高。它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) 串級(jí)調(diào)速 原理 基本類型Abstract：The design of the main drag to control the use of electricity to design safe and reliable operation and maintenance easy. Introduces the process of mechanical and electrical

4、 control circuit, as well as how the control circuit designed to meet the requirements of the production to a simple economic. Automatic control in the design of electric drive system, generally comprises two parts, first drag the program to identify and select the motor, which is used mainly to sol

5、ve the exchange program or drag drag DC program, which is the main solution is to choose electric machine capacity and so on.According to the study by the electric induction motor speed formula n = 60f1 / (1-sp) induction motor can see the speed control methods have to change the frequency of the st

6、ator, on the pole and a few slip, and so on, but for the winding - We induction motors generally used is to change the slip for governor, and change the slip of the induction motor to achieve a speed control methods: the wound-rotor induction motor in the string into a different resistance to realiz

7、e the power delay Adjust the speed of the move, but there is method in the following shortcomings: 1) he is through loop increased resistance to reduce the rotor speed, when the motor torque constant load, the lower the speed difference to the greater power, this approach is adopted Increasing deter

8、ioration of the power to reduce speed, but the increase in power all the difference to be converted into energy consumed, the efficiency of this method of speed-year-old governor to reduce the scope of the increase. 2) The speed at the same speed no-load motor ideal. Can only be rated below regulati

9、on speed, variable speed control when the mechanical properties of soft and reduce the static speed accuracy, 3) due to additional back rotor resistance limited number of stalls, unable to carry out stepless speed regulation, the small scope of the governor. Second: Cascade Speed, speed cascade thro

10、ugh the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to achieve slip cascade of speed. Rotor resistance and the string in different ways, can cascade speed asynchronous motor to power the application (or the power grid back into mechanica

11、l energy to send back to the motor shaft), so efficient. It can not achieve the smooth-class speed and low speed when the mechanical properties of relatively hard. Thyristor especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively perfect performance, which was

12、widely used. Key words: asynchronous motor series of basic principles governing the type of 一、串級(jí)調(diào)速的基本原理 所謂串級(jí)調(diào)速就是在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2同頻率的附加電動(dòng)勢(shì)Eadd如圖11所示。通過(guò)改變Eadd的幅值大小和相位來(lái)實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。這樣電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率Ps僅有小部分消耗于轉(zhuǎn)子相電阻R2上，而大部分被串入的附加電動(dòng)勢(shì)Eadd所吸收，再利用產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)的裝置，設(shè)法把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋給電網(wǎng)。這種在繞線式異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子回路中串入附加電動(dòng)勢(shì)Eadd的高

13、效率調(diào)速方法稱為串級(jí)調(diào)速。 圖11 轉(zhuǎn)子串接Eadd的基本原理（一）串級(jí)調(diào)速的分類串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的核心是產(chǎn)生附加電勢(shì)Eadd的裝置。由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)勢(shì)sE20的頻率是隨轉(zhuǎn)速變化的，這樣Eadd的頻率也須隨轉(zhuǎn)速而變，也就是說(shuō)Eadd裝置應(yīng)該是其頻率和幅值可調(diào)的三相變頻器。目前這種變頻器有交一交變頻器和交一直一交變頻器兩種。由于采用變頻器來(lái)產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)Eadd使電動(dòng)機(jī)既可在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，也可在同步轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，即實(shí)現(xiàn)超同步調(diào)速。超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)控制裝置復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高，國(guó)外正在逐步應(yīng)用，國(guó)內(nèi)尚在研制中。目前，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的是轉(zhuǎn)子電路串入直流附加電動(dòng)勢(shì)Eadd的方案，以避免隨著轉(zhuǎn)速的

14、不同，改變Eadd的頻率，如圖12所示。在轉(zhuǎn)子繞組端接入一個(gè)不可控的整流器，將轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電壓，串級(jí)調(diào)速用的附加電動(dòng)勢(shì)Eadd也為直流電壓，由一逆變器產(chǎn)生。由于轉(zhuǎn)子電路采用了不可控整流電路，轉(zhuǎn)差功率的傳遞是單方向的，即轉(zhuǎn)差功率只能從轉(zhuǎn)子流向產(chǎn)生Eadd的裝置，再回饋電網(wǎng)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)由電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差功率，所以系統(tǒng)只能運(yùn)行在低于同步速度的電動(dòng)狀態(tài)和高于同步速度的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，即系統(tǒng)只能在同步速度以下調(diào)速，通常稱這樣的系統(tǒng)為低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)又可分為以下兩種。圖1-2 采用直流附加電動(dòng)勢(shì)Eadd的串調(diào)系統(tǒng)框圖（二）機(jī)械串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)差功率送至電機(jī)軸上

15、機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)還有一種機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，也稱恒功率串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如圖13所示。該系統(tǒng)中產(chǎn)生直流附加反電勢(shì)Eadd的是直流他激電機(jī)MD，它與被調(diào)速的主電機(jī)MA同軸硬性聯(lián)結(jié)。改變直流電機(jī)的激磁電流，就相應(yīng)改變Eadd值，即可實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的調(diào)速。當(dāng)不計(jì)電機(jī)的各種損耗，主電機(jī)從電網(wǎng)吸收的功率為P，主電機(jī)直接輸送給負(fù)載的機(jī)械功率為P(1s)，另一部分轉(zhuǎn)差功率經(jīng)轉(zhuǎn)子整流器送給直流電機(jī)，由于直流電機(jī)與主電機(jī)同軸硬性聯(lián)結(jié)，使直流電機(jī)吸收的轉(zhuǎn)差功率sP轉(zhuǎn)變?yōu)檩S上的機(jī)械功率仍然又輸送給負(fù)載。這樣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)到低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載得到的機(jī)械功率總和為 圖1-3 機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)所以該系統(tǒng)具有恒功率的調(diào)速

16、特性。機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具有低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，故適于低速時(shí)需要重負(fù)載轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械場(chǎng)合。但這種串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)范圍不大，因轉(zhuǎn)速較低時(shí)，直流電機(jī)不能產(chǎn)生足夠的附加電勢(shì)Eadd通常調(diào)速范圍在2：1以內(nèi)。圖1-4 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)（三）、晶閘管串級(jí)調(diào)速1)、晶閘管的工作原理 圖1-5 晶閘管1. 晶閘管承受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不管門極承受和種電壓，晶閘管都處于關(guān)短狀態(tài)。 2. 晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。 3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽(yáng)極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。 4. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主

17、回路電壓（或電流）減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。從晶閘管的內(nèi)部分析工作過(guò)程：晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)(圖1-5)可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管(圖1-5) 當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。(圖1-5)中每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門機(jī)電流Ig流入時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。 設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik；電流

18、放大系數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設(shè)流過(guò)J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0, 晶閘管的陽(yáng)極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和： Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig 從而可以得出晶閘管陽(yáng)極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如(圖1-5)所示。 當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，而門極未受電壓的情況下，式I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽(yáng)極電流IaI

19、c0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點(diǎn)流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。從(圖1-5)，當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2） 1時(shí)，式I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2）中的分母1-（a1+a2） 0,因此提高了晶閘管的陽(yáng)極電流Ia.這時(shí)，流過(guò)晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。 式I=(Ic0+Iga2)/

20、（1-（a1+a2）中，在晶閘管導(dǎo)通后，1-（a1+a2） 0,即使此時(shí)門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來(lái)的陽(yáng)極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。 在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽(yáng)極電流 Ia 減小到維持電流 IH 以下時(shí)，由于 a1 和 a1 迅速下降，當(dāng) 1- （ a1+a2 ） 0 時(shí)，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)差功率回饋至電網(wǎng)晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 這種串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成如圖14所示。在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組端連接一個(gè)不可控整流器，將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電壓Ud，有源逆變器再將直流電壓逆變成交流電與電網(wǎng)相連，通過(guò)控制有源逆變器直流側(cè)電壓U即可改

21、變直流附加電動(dòng)勢(shì)Eadd便可控制電動(dòng)機(jī)速度，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在低于同步速度范圍內(nèi)的調(diào)速。由于用的是不可控整流器，故轉(zhuǎn)差功率只能單方向經(jīng)過(guò)整流器輸出，為有源逆變器吸收，再回饋電網(wǎng)。隨著大功率晶閘管變流技術(shù)的飛躍發(fā)展，晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)顯示出無(wú)比優(yōu)越性，已成為低同步串級(jí)調(diào)速的典型方案。本章下面將著重論述目前廣泛應(yīng)用的低同步晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。（四）、 低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)Eadd=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在自然機(jī)械特性上，假定電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處在接近額定值穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流I2為: 串入的附加電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子基本電動(dòng)勢(shì)反相時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流I2為: 由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)差率暫時(shí)沒有改變

22、，于是轉(zhuǎn)子電流I2減少，則電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T1 =CmmI2cos2，隨I2而減少，使電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，平衡條件被破壞，迫使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減少。隨著轉(zhuǎn)速的減少，轉(zhuǎn)差率s升高，由上式可知，轉(zhuǎn)子電流I2回升， 轉(zhuǎn)矩Te。亦相應(yīng)回升，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低至某值，I2又回升到使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩復(fù)原到與負(fù)載 轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，減速過(guò)程結(jié)束。這就是低于同步速度方向調(diào)速的原理。串入附加反電動(dòng)勢(shì)Eadd值愈大，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速就愈低。低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)將轉(zhuǎn)差功率利用起來(lái)，所以是一種經(jīng)濟(jì)、高效的調(diào)速方法。(2)由于串級(jí)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)定子接到交流電源，因而電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)不變，只控制附加電動(dòng)勢(shì)

23、（即控制角）即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，則控制方便。(3)由于其附加裝置控制的只是轉(zhuǎn)差功率，因而裝置的容量只是電動(dòng)機(jī)功率的一部分，則串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資較少。因?yàn)榇?jí)調(diào)速系統(tǒng)是將轉(zhuǎn)差功率利用起來(lái)并回饋電網(wǎng)，所以從能源角度上看是一個(gè)節(jié)能項(xiàng)目。（五）、 高同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速還可以向高于電動(dòng)機(jī)同步速度方向調(diào)速。當(dāng)附加電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子基本電動(dòng)勢(shì)同相時(shí)，使轉(zhuǎn)子電流I2增加，此時(shí)， 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增大，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩值大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速,s值減少。由上式可知，隨著s減少，轉(zhuǎn)子電流I2亦減少，這一過(guò)程將持續(xù)到I2恢復(fù)至原值。當(dāng)串入的附加電動(dòng)勢(shì)Eadd值足夠大時(shí)，電動(dòng)機(jī)加速，可能會(huì)超過(guò)同步速度，于是s0，s

24、E200，使I2減少，這一過(guò)程持續(xù)到Te恢復(fù)到原有數(shù)值。在新的平衡狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)處于高于同步速度的某值下穩(wěn)定運(yùn)行，這就是異步電動(dòng)機(jī)的高于同步轉(zhuǎn)速串級(jí)調(diào)速的原理。串入同相位的Eadd的幅值越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就越高。二、 能源傳遞關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中外接附加電動(dòng)勢(shì)構(gòu)成的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，從功率關(guān)系看，實(shí)際上是通過(guò)控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率來(lái)控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此串級(jí)調(diào)速的各種基本運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)可以通過(guò)功率的傳遞關(guān)系加以討論。串級(jí)調(diào)速可實(shí)現(xiàn)四種基本運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下功率傳遞關(guān)系如圖15所示，為了清晰地表示功率傳遞關(guān)系，圖中忽略線路和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的各種損耗，認(rèn)為定子輸入功率P就是轉(zhuǎn)子電磁功率P。 圖1-6

25、 串級(jí)調(diào)速的基本運(yùn)行狀態(tài)與功率傳遞關(guān)系 第一種狀態(tài)是低于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)狀態(tài)，如圖16 (a)所示。這時(shí)轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2相位趨于一致，而與串入的附加電動(dòng)勢(shì)Eadd的相位相反，故轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)差功率Ps=SP被Eadd裝置所吸收，并將它回饋電網(wǎng)。第二種狀態(tài)是高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)狀態(tài)，如圖16(b)所示。這時(shí)轉(zhuǎn)子電路外接附加電動(dòng)勢(shì)Eadd的相位和I2相位趨于致，而E2與I2的相位相反，電網(wǎng)通過(guò)Eadd裝置向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差功率|S|P從功率傳遞角度來(lái)看，高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)狀態(tài)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是一種向異步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)輸入功率的雙饋系統(tǒng)。第三種狀態(tài)是高于同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，如圖16(c

26、)所示。這時(shí)轉(zhuǎn)子回路與第一種低于同步轉(zhuǎn)速電動(dòng)狀態(tài)相同，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)差功率，由Eadd裝置吸收并回饋電網(wǎng)同時(shí)定子也向電網(wǎng)回饋功率。電動(dòng)機(jī)在高于同步速度下產(chǎn)生電氣制動(dòng)，工作在高于同步速度的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。 第四種狀態(tài)是低于同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，如圖16(d)所示。其特點(diǎn)是電網(wǎng)通過(guò) Eadd裝置向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供轉(zhuǎn)差功率SP，功率傳遞方向與高于同步速度的電動(dòng)狀態(tài)相同。送入轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率與電動(dòng)機(jī)軸上輸入的機(jī)械功率相加，通過(guò)定子回饋電網(wǎng)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于低于同步速度的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。 所謂低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，采用的是不可控整流器，只能附加裝置吸收轉(zhuǎn)差動(dòng)率，轉(zhuǎn)差 功率的流向是單向的，只能在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)

27、速，電動(dòng)機(jī)只能工作在第一種和第三種狀態(tài)；而超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，采用的是可控整流器，轉(zhuǎn)差功率的流向是雙向的，這樣既可在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，亦可在同步轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，電動(dòng)機(jī)可以工作在上述四種狀態(tài)。三、整流與逆變（一）、 整流電路整流電路是通過(guò)六只晶閘管組成的三組橋式全控整流電路，它是把交流電變成直流電的裝置；三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路共陰極組和共陽(yáng)極組串聯(lián)而成的。此時(shí)輸出的平均電壓：Ud=2.34SE20 式中s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，其值為S=n0-n/n0 (n0和n分別為電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速) E20 為轉(zhuǎn)子開路時(shí)的線電壓整流電路的工作過(guò)程： 隨著角的增大，它的電壓和電流

28、波形如下： 圖17轉(zhuǎn)子整流電路的電壓和電流波形(a)00換流重疊角隨著轉(zhuǎn)子直流整流電流Id的增大而增大，當(dāng)Id較小，且小于600時(shí)，接到轉(zhuǎn)子整流電路各相轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2a,e2a,e2c與各整流元件上的電流 i1、i2、i3的波形如圖所示。圖中除換流期間有了個(gè)整流元件同時(shí)工作外，其它時(shí)刻都只有兩個(gè)元件導(dǎo)通，這是整流電路的正常工作情況。當(dāng)負(fù)載電流Id增大到使=600時(shí)，整流電路共陽(yáng)極組兩個(gè)元件（如VD5與VD1）換流剛結(jié)束，立刻就發(fā)生共陰極組兩個(gè)元件（如VD6與VD2）的換流。這樣整流電路始終處于換流狀態(tài)，在任何時(shí)刻都有3個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通，這仍屬于自然換流正常工作，見圖b。當(dāng)負(fù)載電流Id再進(jìn)一步增大

29、，就會(huì)出現(xiàn)整流元件的強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象 如圖C所示，當(dāng)Id大到一定值時(shí)，假設(shè)所計(jì)算出的大于600。這樣在圖C的t4時(shí)刻本應(yīng)發(fā)生元件VD1和VD3 間的自然換流，但因 600使得原處在換流狀態(tài)的元件VD6與VD2間的換流仍未結(jié)束（注意此時(shí)VD1原已導(dǎo)通，VD6與VD2 處于同時(shí)導(dǎo)通狀態(tài)）。故此時(shí)加在元件VD3陽(yáng)極上的電壓不是e2b 而是(e2b+e2c)/2，且為負(fù)值，而其陰極電位為e2a 。所以VD3 承受了反壓，在t4時(shí)刻無(wú)法導(dǎo)通。只有等到t5時(shí)刻，待VD6與VD2 換流結(jié)束，VD6被截止后，VD3的陽(yáng)極電位立即從(e2b+e2c)/2躍變?yōu)閑2b ,使元件兩端承受了正向電壓后才開始導(dǎo)通，并開

30、始VD1與VD3間的換流。這樣就產(chǎn)生了整流元件的強(qiáng)迫延遲換流現(xiàn)象，區(qū)間t4t5便是強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通時(shí)間，對(duì)應(yīng)的電角度即稱為強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通角，以p表示。依次類推，其它各相的整流元件也相應(yīng)出現(xiàn)強(qiáng)迫延遲換流現(xiàn)象。例如VD1,VD3受強(qiáng)迫延遲換流影響從t5時(shí)刻開始換流，到t7時(shí)刻換流結(jié)束。區(qū)間t5t7即是換流重疊時(shí)間，所對(duì)應(yīng)的電角度即是的大小。從圖c可以證明這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的=600，當(dāng)負(fù)載再增大時(shí)只引起強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通角的繼續(xù)增大，而角一直保持600。 由于出現(xiàn)強(qiáng)迫延遲換流現(xiàn)象，可以把轉(zhuǎn)子整流電路的工作分為兩個(gè)工作狀態(tài)。在0600時(shí)，p =00，稱為轉(zhuǎn)子整流電路的第一工作狀態(tài)；此時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路呈不可控本質(zhì)，在自

31、然換流點(diǎn)處進(jìn)行換流。當(dāng)=600，0p300時(shí)稱為整流電路的第二工作狀態(tài)。此時(shí)整流電路不再在自然換流點(diǎn)換流，而是一個(gè)p角度才換流。強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通上使整流電路好像處于可控工作狀態(tài)，p角相當(dāng)于元件的控制角，所以轉(zhuǎn)子整流電路相當(dāng)于一個(gè)可控整流電路。為此可直接利用可控整流電路的一些分析式，表達(dá)轉(zhuǎn)子整流電路在第二工作狀態(tài)時(shí)的一些物理量。整流電流 Id=E20/2XD0整流電壓 Ud=2.34SE20COSp-(SXDOId/)上兩式中，當(dāng)p0時(shí)，=600由圖 可見圖1-7，當(dāng)轉(zhuǎn)子整流電路在第一、第二工作狀態(tài)工作時(shí)整流電路中最多只有3個(gè)元件導(dǎo)通。但當(dāng)p300時(shí)，整流電路中就出現(xiàn)4個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通，形成共陽(yáng)極組與

32、共陰極組元件雙換流的重疊現(xiàn)象，整流電路進(jìn)入非正常故障工作狀態(tài)，此時(shí)保持p=300，而角繼續(xù)增大，使整流電路處于第三作狀態(tài)，由于它不屬于正常工作范圍，在此就不進(jìn)行討論。轉(zhuǎn)子直流回路平波電抗器的作用是：一，使串級(jí)調(diào)速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)；二，減小電流脈動(dòng)，把直流回路中的脈動(dòng)分量在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中造成的附加損耗控制在允許的范圍內(nèi)。（二）、逆變電路逆變電路它是將直流電又變成交流電的裝置，由晶閘管組成的三相有源逆變橋的作用有兩個(gè)：一是從電網(wǎng)為轉(zhuǎn)子回路提供附加直流電勢(shì)E，它與外串附加交流電勢(shì)Ef相當(dāng)，因是低同步串級(jí)調(diào)速，所以它的方向與轉(zhuǎn)子直流電勢(shì)Ed相反；二是把直流電再逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同步的三相交流

33、電，從而把轉(zhuǎn)差功率Ps通過(guò)逆變變壓器T匹配成電網(wǎng)電壓，送回電網(wǎng)。1、問題的提出前面討論了晶閘管可控整流電路的工作過(guò)程，在可控整流電路中，主要是研究如何把交流電變成電壓可調(diào)的直流電來(lái)滿足不同負(fù)載的要求，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，那么能不能利用晶閘管電路把直流電轉(zhuǎn)變成交流電送回電網(wǎng)中去呢？這就是我們所要講的變流器。若將變流器的交流側(cè)接到交流電源上，變流器把直流電逆變成50Hz的交流電送回到電網(wǎng)中去，我們稱為有源逆變。若將變流器的交流側(cè)接到負(fù)載，把直流電逆變?yōu)槟骋活l率可調(diào)的交流電供給負(fù)載，我們把它稱作無(wú)源逆變或變頻，在這里我們只討論有源逆變。2、 三相橋式逆變電路的工作原理三

34、相橋式逆變電路中，設(shè)直流側(cè)具有足夠的電感，輸出電流Id波形連續(xù)平直，電動(dòng)機(jī)電勢(shì)EM的極性及大小已具備逆變條件，對(duì)應(yīng)于u、v、w三相電源，共陰極組的三個(gè)晶閘管為VT1、VT3、VT5；共陽(yáng)極組的三個(gè)晶閘管為VT4、VT6、VT2，為了保證電路構(gòu)成通路，晶閘管必須成對(duì)導(dǎo)通，且該兩個(gè)晶閘管必須分別屬于共陽(yáng)極組和共陰極組。和三相橋式整流電路一樣，一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)管子導(dǎo)通120，每隔60換相一次，管子導(dǎo)通的順序?yàn)閂T1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。下面以=60為例分析其工作原理。設(shè)在t=t1之前電路已正常，即晶閘管VT5和VT6已經(jīng)導(dǎo)通。當(dāng)t=t1時(shí)，晶閘管VT1的觸發(fā)脈沖到來(lái)，這時(shí)VT1管的

35、陽(yáng)極電位uu高于VT5管的陽(yáng)極電位uw,具備導(dǎo)通條件（共陰極組的管子朝陽(yáng)極電位更高的方向換相，共陽(yáng)極組的管子朝陰極電位更低的方向換相），因此VT1管被觸發(fā)道通，VT5管由于承受反壓而關(guān)斷，輸出電壓ud線電壓uuv。在t1tt2期間雖然uuv0,所以它們能夠道通。Id的流通方向從EM的正極流出，經(jīng)VT6管流入V相，再由u相流出，經(jīng)VT1管回到EM負(fù)極，直流電源EM輸出功率，交流電源吸收功率。當(dāng)VT1和VT6管導(dǎo)通60以后即t=t2時(shí)，晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來(lái)，這時(shí)VT2管的陰極電位uw低于VT6管的陰極電位 uv，所以VT2管被觸發(fā)導(dǎo)通，VT6管由于承受反壓而關(guān)斷，這樣，輸出到負(fù)載的電壓ud為

36、線電壓uuw。后面按照管子的導(dǎo)通順序依次觸發(fā)管子VT3、VT4、VT5、VT6，從而在負(fù)載上得到的電壓ud分別為uvw、uvu、uwu、uwv。每個(gè)周期內(nèi)輸出電壓Ud的波形由六段形狀相同的電壓波形組成。三相橋式電路相當(dāng)于兩組半波電路的串聯(lián)，所以其逆變電壓的平均值是三相半波電路和逆變電壓平均值的兩倍，即：Ud=-2. 34U2cos其中U2為變壓器二次線電壓的有效值。Id=Ud-EM/R （R=RB+RD）式中：Ud 和EM均為負(fù)值；RB變壓器繞組的等效電阻； RD變壓器直流側(cè)包括電動(dòng)機(jī)電樞繞組在內(nèi)的總電阻。三相橋式逆變電路較三相半波逆變電路輸出電壓脈動(dòng)頻率提高了，波形中交流分量的最低頻率是6倍

37、基頻，輸出電壓脈動(dòng)減小，變壓器利用率提高，晶閘管電壓定額降低，電抗器較同容量的三相半波電路小，所以在大中容量可逆系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。3、導(dǎo)致逆變失敗的原因 首先說(shuō)何為逆變失敗，我們知道變流電路在逆變運(yùn)行時(shí)，一旦換相失敗，外接的直流電源電動(dòng)勢(shì)就會(huì)與變流電路輸出的平均電壓Ud變成順向串聯(lián)，由于回路電阻很小，所以會(huì)形成很大的短路電流，這種現(xiàn)象叫做逆變失敗，也叫逆變顛覆。這時(shí)，交直流電源都供出電能，消耗在回路的電阻上，這一短路電流對(duì)交流電路危害很大，必須嚴(yán)格禁止。造成逆變失敗的原因有：1）觸發(fā)電路不可靠，不能適時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)出脈沖2）交流電源發(fā)生故障 當(dāng)變流器工作于整流狀態(tài)時(shí)，如果交流電壓發(fā)生故障，比如

38、說(shuō)缺相或突然斷電，其后果最多只是輸出電壓Ud減小或沒有輸出電壓。但工作于逆變狀態(tài)時(shí)，若發(fā)生上述現(xiàn)象，電路中的逆變電流就會(huì)由原來(lái)的Id=Em-Ud/R變成Id=EM/R，由于回路電阻R很小，因此外接直流電源電動(dòng)勢(shì)將會(huì)經(jīng)過(guò)晶閘管電路而被短路。3） 晶閘管質(zhì)量不高或參數(shù)欲量不足如果晶閘管制造質(zhì)量不高，耐壓值達(dá)不到銘牌數(shù)據(jù)指標(biāo)，或者選擇參數(shù)時(shí)耐壓指標(biāo)選得過(guò)低，也會(huì)產(chǎn)生逆變失敗。例如u相晶閘管 VT1斷態(tài)重復(fù)峰值電壓裕量不足，若V相晶閘管VT2導(dǎo)通完畢應(yīng)換相到W相晶閘管VT3，但是當(dāng)Wt=Wt1時(shí)，由于U相晶閘管VT1斷態(tài)重復(fù)峰值電壓裕量不足，VT1已誤導(dǎo)通，即使 wt=wt2時(shí)，VT3管的觸發(fā)脈沖來(lái)到

39、，但由于VT3管受反壓也無(wú)法導(dǎo)通造成交直流電源電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)而產(chǎn)生逆變失敗。4）逆變角太小在可控整流電路中我們講過(guò)，換相時(shí)會(huì)出現(xiàn)換相重疊角因而產(chǎn)生換相降壓，這是由于交流側(cè)各相都有電抗存在，如變壓漏抗線路電抗等使回路電流不能突變，在兩相鄰相的晶閘管換相時(shí)有一小段時(shí)間該兩個(gè)晶閘管都導(dǎo)通引起的。這段時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度即為換相重疊角，由于換相重疊角存在，逆變電路也能夠正常換相；11、當(dāng)wt=wt1時(shí)，w相晶閘管VT3應(yīng)換相到u相晶閘管VT1上，當(dāng)wt=wt2時(shí)，VT3和VT1的換相過(guò)程結(jié)束，這時(shí)u相電壓uu仍高于W相電壓uW，所以VT1能夠維持導(dǎo)通，VT3由于受反相電壓而保證關(guān)斷。但當(dāng)逆變角時(shí)，2mi

40、n，在設(shè)計(jì)電路中加限幅電路來(lái)控制輸出電壓Uct，使角限制在3090范圍內(nèi)。四、雙閉環(huán)在速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，為使抗擾特性好，機(jī)械特性硬，響應(yīng)靈敏度高，運(yùn)行平穩(wěn)等，常引入雙閉環(huán)速度系統(tǒng)。 在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，通常也采用具有電流和轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)控制方式，以提高靜態(tài)調(diào)速精度以及獲得較好的動(dòng)態(tài)特性，所謂動(dòng)態(tài)特性的改善一般只是指起動(dòng)與加速過(guò)程性能的改善，而減速過(guò)程只能靠負(fù)載作用自由降速。下面就對(duì)雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速作定性的分析。（一）、具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)圖18 串級(jí)調(diào)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 圖18 是由電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)， 圖中用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和分壓電位器RP提供速度反饋信號(hào)，通過(guò)速度調(diào)節(jié)器A

41、SR形成速度外環(huán)，用交流互感器TA檢測(cè)逆變器交流電流信號(hào)，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器ACR形成電流內(nèi)環(huán)。ASR、ACR采用比例積分調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)對(duì)速度是無(wú)靜差的。當(dāng)ACR輸出電壓uct為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖使為最小值，為防止逆變顛復(fù)，一般取min=30 。隨著ACR輸出電壓的增加，角向90 方向變化。ASR控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，ACR控制主回路電流。利用電流負(fù)反饋和速度調(diào)節(jié)器ASR輸出限幅，使系統(tǒng)在升速過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)恒流升速，具有良好的加速特性。在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，電流閉環(huán)能及時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流，以保持所需要的電磁轉(zhuǎn)矩。低同步晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的減速過(guò)程靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用來(lái)自由降速，與不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)類似。圖19中直

42、線1234是一組不同Ud0下的開環(huán)機(jī)械特性。圖19 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系現(xiàn)開始電機(jī)運(yùn)行在Ud01對(duì)應(yīng)的開環(huán)機(jī)械特性1的A點(diǎn)上，此時(shí)，負(fù)載電流為Id1?，F(xiàn)負(fù)載增大后，相應(yīng)的電流為Id2。如果是開環(huán)調(diào)速，給定量未變化，整流器輸出電壓Ud01保持不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)沿機(jī)械特性1下降到A點(diǎn)穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)轉(zhuǎn)速降n增大了。但在閉環(huán)系統(tǒng)中由于轉(zhuǎn)速下降引起偏差增大，自動(dòng)使整流器輸出電壓增大到Ud02，機(jī)械特性也相應(yīng)地變?yōu)閁d02對(duì)應(yīng)的曲線2，使轉(zhuǎn)速又回升，最后穩(wěn)定在曲線2的B點(diǎn)上。隨著負(fù)載的變化，閉環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)果不斷地產(chǎn)生新的Ud0和對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性性以及相應(yīng)的工作點(diǎn)（ABCD）等。把這些新的點(diǎn)連接起

43、來(lái)就形成了一條曲線，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)的靜特性曲線。值得注意的是系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性是對(duì)應(yīng)于某一電壓Ud0的固有特性，不可改變。而閉環(huán)系統(tǒng)靜特性是系統(tǒng)靠反饋調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的外特性，它的硬度與反饋調(diào)節(jié)的精度有關(guān)，是可以靠改變系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)改變的。通過(guò)上述的定性分析知道，開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速只能老老實(shí)實(shí)的下降下來(lái)；閉環(huán)系統(tǒng)裝有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就感覺出來(lái)了，通過(guò)比較和放大，提高晶閘管整流器的輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速又有所回升，這就是轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的基本機(jī)理。（二）、開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較采用速度閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)在靜特性上有明顯

44、的區(qū)別，通過(guò)分析比較就能清楚地看出反饋控制的優(yōu)越性。如果斷開反饋回路，系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為：而閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性為：式中和分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；和分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降。從以上兩個(gè)方程的比較得出如下結(jié)論：(1）閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性特性硬得多。在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為；它們的關(guān)系是：顯然，當(dāng)K值較大時(shí)，比小得多，也就是說(shuō)；閉環(huán)系統(tǒng)的特性要比開環(huán)特性硬得多。(2）當(dāng)K值較大時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率較小。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為：當(dāng)同一理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)，(3）當(dāng)要求的靜差率一樣時(shí)，在同一下閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍提高1+K倍。開環(huán)時(shí)，調(diào)速范圍：閉環(huán)

45、時(shí)，調(diào)速范圍：再考慮上式，得：服從給定，抑制擾動(dòng)。從自動(dòng)控制理論知道：在負(fù)反饋控制系統(tǒng)中，對(duì)于被負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上的一切擾動(dòng)都能得到抑制，但對(duì)于給定作用的變化則唯命是從。除給定信號(hào)外，作用在控制系統(tǒng)上一切會(huì)引起被調(diào)量變化的因數(shù)都叫做“擾動(dòng)作用”。在系統(tǒng)中，負(fù)載變化，交流電源電壓的波動(dòng)，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化，放大器輸出電壓的漂移由溫升引起主電路電阻的增大等都將引起擾動(dòng)。作用在前向通道上任何一種擾動(dòng)作用的影響都會(huì)被測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)出來(lái)，通過(guò)反饋控制，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。圖19的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖上畫出了各種擾動(dòng)作用，其中代表電流Id的箭頭表示負(fù)載擾動(dòng)，其它指向各方框的箭頭分別表示會(huì)引起該環(huán)節(jié)放大系數(shù)

46、變化的擾動(dòng)作用。此圖清楚地表明：凡是被反饋環(huán)包圍的加在控制系統(tǒng)前向主通道上擾動(dòng)作用對(duì)被調(diào)量的影響都會(huì)受到反饋控制。圖110 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的給定作用和擾動(dòng)作用(4）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度。反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)給定電源和被調(diào)量檢測(cè)裝置中的擾動(dòng)無(wú)能為力，因此，控制系統(tǒng)的精度依賴于給定穩(wěn)壓電源和反饋量檢測(cè)元件的精度。如果給定電源發(fā)生不應(yīng)有的波動(dòng)，則被調(diào)量也要跟著變化。反饋控制系統(tǒng)無(wú)法鑒別是正常的調(diào)節(jié)給定電壓還是給定電源的變化。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)需要有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。此外，還有一種外界影響是反饋控制系統(tǒng)無(wú)法克服的，那就是反饋檢測(cè)元件本身的誤差。對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是測(cè)速發(fā)電機(jī)的誤差。

47、如果直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，反饋電壓Un也要改變，通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，反而時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏離了原應(yīng)保持的數(shù)值。此外，測(cè)速發(fā)電機(jī)中的換向紋波，由于制造或安裝不良造成轉(zhuǎn)子和定子間的偏心等等，都會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)周期性的干擾。為此，高精度的控制系統(tǒng)還必須有高精度的反饋檢測(cè)元件作保證。(5）實(shí)現(xiàn)上述的前提是閉環(huán)系統(tǒng)要有放大器，而且放大器放大倍數(shù)要足夠大，才能保證一定的性能指標(biāo)。因?yàn)樵陂]環(huán)系統(tǒng)中，引入轉(zhuǎn)速反饋電壓Un后，若要使轉(zhuǎn)速偏差小，un=Un-Un就必須壓得很低，所以必須設(shè)置放大器，才能獲得足夠的控制電壓Uct；在開環(huán)系統(tǒng)中，由于Un和Uct是同一數(shù)量級(jí)的電壓，可以把Un直接當(dāng)作Uct來(lái)控制，放大

48、器便是多余的了。在放大器采用比例放大器情況下，調(diào)速系統(tǒng)的靜差不可能消除（所以叫有調(diào)速系統(tǒng)）。雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)性能分為：跟隨性能和抗擾性能，在這里只講電流調(diào)節(jié)器（ACR）的抗擾性能，因?yàn)樗饕钥刂妻D(zhuǎn)速為主。電流調(diào)節(jié)器的作用：（1）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用 （2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流 （3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓Ui*變化 （4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值從而起到快速的完全保護(hù)作用。（三）、給定積分器由模擬電子 電路組成的給定積分器原理圖如圖7-5所示，它包含三級(jí)運(yùn)算放大器。第一級(jí)是高放大倍數(shù)的倍數(shù)的極性鑒別器，其輸出電壓U1只取于給定電壓Uw*相反的極

49、性不過(guò)Uw*大小如何變化，U1都是飽和值。第二級(jí)是反向器，使其輸出電壓U2的極性再倒一下，變成與Uw*極性相同。第三極是積分器。經(jīng)RC積分使輸出電壓Ugi成為斜坡信號(hào)，積分的變化率用電位器RP來(lái)調(diào)節(jié)。最后，再由Ugi引負(fù)反饋信號(hào)回到第一級(jí)，已決定積分的終止時(shí)刻。只要Ugi的絕對(duì)值小于Uw*，則第一級(jí)輸出U1始終飽和，負(fù)反饋對(duì)它沒有影響直到|Ugi|=| Uw*|時(shí)，U1、U2很快下降到零，積分終止，Ugi保持恒值。圖7-6 上標(biāo)出了給定電壓Uw*為正時(shí)各級(jí)運(yùn)放的輸出極性。這時(shí)，突加Uw*和突減Uw*各處電壓的波形示于圖7-7 積分器的積分時(shí)間可從其虛地點(diǎn)的電流平衡方程式推導(dǎo)出來(lái)式中T=RC積分

50、時(shí)間常數(shù)。調(diào)節(jié)和T都能改變Ugi的斜率，從而改變調(diào)速系統(tǒng)的加減速，一般系統(tǒng)要求積分時(shí)間在5-50s之間可調(diào)。如果把第一級(jí)運(yùn)放改為同向端輸入，可以省去一個(gè)反相器，只要改變一下負(fù)反饋的接法就可以了。給定積分器輸出Ugi的波形實(shí)際上代表課調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)波形，因此給定積分器又稱軟啟動(dòng)器，它是人好轉(zhuǎn)速開環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可靠工作所不可缺少的控制部件。給定積分器是把階躍的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變成線性的斜坡信號(hào)，斜率大小可以根據(jù)生產(chǎn)工藝要求方便地進(jìn)行調(diào)整。給定積分器原理電路如圖111(a)所示。圖1-11 給定積分電路圖圖1-12 給定積分器波形圖圖1-13 給定積分器的輸入輸出特性圖在輸入U(xiǎn)i初始，A1飽

51、和輸出，U1為恒值最大，電容C開始積分，輸出，輸出電壓絕對(duì)值線性上升，直到U0大于Ui的趨勢(shì)時(shí)，A1輸出變號(hào)，電容C反向積分，總之，當(dāng)Ui=U0開始，A1輸出在零電平附近動(dòng)態(tài)波動(dòng)個(gè)，始終保持U0=Ui不變。改變R2、C或調(diào)整RP1，均可改變給定積分器的積分斜率。給定積分器的輸出特性如圖111（b）所示。需要說(shuō)明的是：1）給定積分器的實(shí)質(zhì)是控制起動(dòng)過(guò)程中的加速度，從而可以間接地控制系統(tǒng)的起動(dòng)電流。2）截止環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)是對(duì)電流進(jìn)行直接控制來(lái)限制系統(tǒng)的過(guò)大電流，使其在電機(jī)過(guò)載能力允許的限度內(nèi)。3）第一級(jí)是高放大倍數(shù)的倍數(shù)的極性鑒別器，其輸出電壓U1只取于給定電壓Uw*相反的極性不過(guò)Uw*大小如何變化，U

52、1都是飽和值。第二級(jí)是反向器，使其輸出電壓U2的極性再倒一下，變成與Uw*極性相同。第三極是積分器。經(jīng)RC積分使輸出電壓Ugi成為斜坡信號(hào)，積分的變化率用電位器RP來(lái)調(diào)節(jié)。最后，再由Ugi引負(fù)反饋信號(hào)回到第一級(jí)，已決定積分的終止時(shí)刻。只要Ugi的絕對(duì)值小于Uw*，則第一級(jí)輸出U1始終飽和，負(fù)反饋對(duì)它沒有影響直到|Ugi|=| Uw*|時(shí)，U1、U2很快下降到零，積分終止，Ugi保持恒值。圖1上標(biāo)出了給定電壓Uw*為正時(shí)各級(jí)運(yùn)放的輸出極性。這時(shí)，突加Uw*和突減Uw*各處電壓的波形示于圖1.積分器的積分時(shí)間可從其虛地點(diǎn)的電流平衡方程式推導(dǎo)出來(lái)式中T=RC積分時(shí)間常數(shù)。調(diào)節(jié)和T都能改變Ugi的斜率

53、，從而改變調(diào)速系統(tǒng)的加減速，一般系統(tǒng)要求積分時(shí)間在5-50s之間可調(diào)。如果把第一級(jí)運(yùn)放改為同向端輸入，可以省去一個(gè)反相器，只要改變一下負(fù)反饋的接法就可以了。給定積分器輸出Ugi的波形實(shí)際上代表課調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)波形，因此給定積分器又稱軟啟動(dòng)器，它是人好轉(zhuǎn)速開環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可靠工作所不可缺少的控制部件。（四）、系統(tǒng)無(wú)靜差的實(shí)現(xiàn)有靜差調(diào)速系統(tǒng)所采用的調(diào)節(jié)器是比例調(diào)節(jié)器，它對(duì)系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)速度偏差信號(hào)進(jìn)行比例放大并產(chǎn)生系統(tǒng)的控制作用，即系統(tǒng)是按比例控制規(guī)律來(lái)工作的。靜差存在的調(diào)速系統(tǒng)工作的必要條件，若偏差un= Un- Un=0時(shí)，比例調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uct=0，整流電壓 Udo=0,電動(dòng)

54、機(jī)便不能轉(zhuǎn)動(dòng)，因而系統(tǒng)無(wú)法工作。系統(tǒng)的靜差精度完全取決于比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)KP 值，即取決于比例控制作用的強(qiáng)弱。通過(guò)對(duì)有精度靜差完全取決于比例控制作用的強(qiáng)弱的系統(tǒng)靜差技術(shù)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的具體分析表明：若比例控制作用取得過(guò)強(qiáng)，顯然能提供高效的系統(tǒng)靜態(tài)精度，但系統(tǒng)不易穩(wěn)定；若比例控制作用取得過(guò)弱，系統(tǒng)容易穩(wěn)定，但靜態(tài)精度很差。這種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)品質(zhì)相互制約、出現(xiàn)矛盾的事實(shí)表明：?jiǎn)渭儾捎帽壤刂葡胪瑫r(shí)兼顧系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)品質(zhì)是根本做不到的。這就反映了比例控制作用的局限性。 為實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，則偏差un應(yīng)為0，而為使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行Udo 應(yīng)不為0，即Uct不能為0，故只能通過(guò)一種具有累積作用的調(diào)節(jié)器Uct=

55、f(u),來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。 1、積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器的原理電路如圖112所示。由于I0If,輸出U0=當(dāng)Ui為恒值輸入時(shí)，U0=-1/，輸入輸出特性見圖113圖114 積分調(diào)節(jié)器原理圖 （a） (b)圖115 積分調(diào)節(jié)器的輸入輸出特性積分調(diào)節(jié)器有以下特點(diǎn)：延緩作用。積分調(diào)節(jié)器把突變的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u變化的輸出信號(hào)延遲了信號(hào)的變化。積累作用。只要輸入端有信號(hào)存在，哪怕是很小的量，由于積分作用輸出量也要逐漸增加，直至輸出達(dá)到飽和值，如圖113（a）正因?yàn)檫@種可貴的積累作用，將積分調(diào)節(jié)器用在調(diào)速系統(tǒng)中，就可以完全消除靜態(tài)誤差。只有在輸入信號(hào)絕對(duì)為零時(shí)，這種積分過(guò)程才會(huì)停止。記憶作用。在積分過(guò)程中，如果輸入信號(hào)突然為零，其輸出仍能維持在輸入信號(hào)改變前的瞬間值，如圖113（b）這是因?yàn)閁i=0后，I0=If=0,電容C只是停止充電，而沒