第1章單環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)

1、1 電力拖動控制系統(tǒng)電力拖動控制系統(tǒng)學(xué)時學(xué)時/ /學(xué)分：學(xué)分：課程類型：課程類型：開課專業(yè)：開課專業(yè)：主講教師：主講教師：2參考文獻參考文獻1 阮毅阮毅,陳伯時陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)（第電力拖動自動控制系統(tǒng)（第4版）版）M.北京北京:機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社,2009.2 陳伯時陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)（第電力拖動自動控制系統(tǒng)（第3版）版）M.北京北京:機械機械工業(yè)出版社工業(yè)出版社,2005.3 洪乃剛洪乃剛. 電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真M.北京：北京：機械工業(yè)出版機械工業(yè)出版,2010.4 周淵深周淵深. 交直流調(diào)速系統(tǒng)與交直流調(diào)速

2、系統(tǒng)與MATLAB仿真仿真M.北京北京:中國中國電力出版社電力出版社,2009.3第第1章章 單環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)單環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng) 本章著重討論基本的閉環(huán)控制系本章著重討論基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)及其分析與設(shè)計方法。統(tǒng)及其分析與設(shè)計方法。4本章提要本章提要1.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標 1.2 轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)1.3 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析1.4 比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)51.1開環(huán)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標直流調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標 直

3、流電動機具有良好的起、制動性能，直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。 由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，為了保持由淺入深的教學(xué)順序，應(yīng)該首先為了保持由淺入深的教學(xué)順序，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。61.直流調(diào)速方法直流調(diào)

4、速方法2.直流調(diào)速電源直流調(diào)速電源3.直流調(diào)速控制直流調(diào)速控制1.1.1直流電動機的調(diào)速方法和方案直流電動機的調(diào)速方法和方案 7根據(jù)直流電動機轉(zhuǎn)速方程根據(jù)直流電動機轉(zhuǎn)速方程 eKIRUn1. 直流調(diào)速方法直流調(diào)速方法nUIRKe式中式中 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速（r/min）；）； 電樞電壓（電樞電壓（V）；）； 電樞電流（電樞電流（A）；）； 電樞回路總電阻（電樞回路總電阻（ ）； 勵磁磁通（勵磁磁通（Wb）； 由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。（1-1）8 由式（由式（1-1）可以看出，有三種方法調(diào)）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速：節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)

5、節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵磁磁通）減弱勵磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻 R。9（1）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速工作條件：工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電阻保持電阻 R = Ra調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 改變電壓改變電壓 UN U U n ， n0 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速下降，機械特性機械特性曲線平行下移。曲線平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線調(diào)壓調(diào)速特性曲線10（2）調(diào)阻調(diào)速）調(diào)阻調(diào)速工作條件：工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電壓保持電壓 U =UN ；調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 增加電阻增加電

6、阻 Ra R R n ，n0不變；不變；調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速下降，機械特性機械特性曲線變軟。曲線變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線調(diào)阻調(diào)速特性曲線11（3）調(diào)磁調(diào)速）調(diào)磁調(diào)速工作條件：工作條件： 保持電壓保持電壓 U =UN ； 保持電阻保持電阻 R = R a ；調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 減小減小勵磁勵磁 N n ， n0 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)速上升，機械特性機械特性曲線變軟。曲線變軟。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線調(diào)磁調(diào)速特性曲線12（4）三種調(diào)速方法的性能與比較）三種調(diào)速方法的性能與比較

7、 對于要求在一定范圍內(nèi)對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能為最好。改變電阻只能有級調(diào)速有級調(diào)速；減弱磁；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速為主。為主。132.常用的可控直流電源有以下三種常用的可控直流電源有以下三種(1)旋轉(zhuǎn)變流機組

8、旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。(2)靜止式可控整流器靜止式可控整流器用靜止式的可控整用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用用恒定恒定直流電源或不控整流電源供電直流電源或不控整流電源供電，利用電力，利用電力電子開關(guān)器件電子開關(guān)器件斬波斬波或進行或進行脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制，以，以產(chǎn)產(chǎn)生可變的直流平均電壓。生可變的直流平均電壓。14(1)旋轉(zhuǎn)變流機組旋轉(zhuǎn)變流機組旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速

9、系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）系統(tǒng)） 15 G-M系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 由原動機（柴油機、交流異步或同步由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流，實現(xiàn)變流，由由 G 給需要調(diào)速的直流電動機給需要調(diào)速的直流電動機 M 供電，供電，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)G 的勵磁電流的勵磁電流 if 即可改變其輸出電即可改變其輸出電壓壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速 n 。 這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際系統(tǒng)，國際上通稱上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。系統(tǒng)。16 G-M系統(tǒng)特性系統(tǒng)特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限

10、第III象限G-M系統(tǒng)機械特性系統(tǒng)機械特性17上圖的機械特性可見：上圖的機械特性可見：G-M系統(tǒng)的可逆運行很容易實現(xiàn)系統(tǒng)的可逆運行很容易實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動正反轉(zhuǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動G-M系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、效率低系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、效率低18(2)靜止式可控整流器靜止式可控整流器圖圖1-1 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)） 19 V-M系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 晶閘管晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系系統(tǒng)，又稱靜止的統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），系統(tǒng)），圖中圖中VT是晶閘管可控整流器，是晶閘

11、管可控整流器，通過調(diào)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓的控制電壓 Uc 來移動觸來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。20 V-M系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 與與G-M系統(tǒng)相比較：系統(tǒng)相比較：a.晶閘管整流裝置不僅在晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性經(jīng)濟性和可靠性上都有上都有很大提高，而且在很大提高，而且在技術(shù)性能技術(shù)性能上也顯示出較大的上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10 4 以上，其門極電流可以直接用晶體管來控以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，

12、不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。大器。b.在控制作用的在控制作用的快速性快速性上上，變流機組是秒級變流機組是秒級，而，而晶閘管整流器是毫秒級晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。動態(tài)性能。21 V-M系統(tǒng)的問題系統(tǒng)的問題a.由于由于晶閘管晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難系統(tǒng)的可逆運行造成困難。b.晶閘管對過電壓、過電流和過高的晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與與di/dt 都十分敏感，若超過允許都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件

13、。值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。c.由諧波與由諧波與無功功率無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力電力公害公害”。22(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器 在干線鐵道電力機車、工礦電力機在干線鐵道電力機車、工礦電力機車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機車車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機車等電力牽引設(shè)備上，常采用等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵或直流串勵或復(fù)勵電動機復(fù)勵電動機，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過去用切換電樞回路電阻來控制電機的起去用切換電樞回路電阻來控制電機的起動、制動和調(diào)速，動、制動

14、和調(diào)速，在電阻中耗電很大。在電阻中耗電很大。23a）原理圖b）電壓波形圖tOuUsUdTton控制電路控制電路M 直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)直流斬波器的基本結(jié)構(gòu) 直流斬波器-電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形 24 斬波器的基本控制原理斬波器的基本控制原理 在原理圖中，在原理圖中，VT 表示電力電子開關(guān)器表示電力電子開關(guān)器件，件，VD 表示續(xù)流二極管。當表示續(xù)流二極管。當VT 導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，直流電源電壓直流電源電壓 Us 加到電動機上；當加到電動機上；當VT 關(guān)關(guān)斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞經(jīng)經(jīng) VD 續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此

15、反復(fù)，好像是電源電壓復(fù)，好像是電源電壓Us在在ton 時間內(nèi)被接上，時間內(nèi)被接上，又在又在 T ton 時間內(nèi)被斬斷，故稱時間內(nèi)被斬斷，故稱“斬波斬波”。25這樣，電動機得到的平均電壓為這樣，電動機得到的平均電壓為 輸出電壓計算輸出電壓計算ssondUUTtU式中式中 T 晶閘管的開關(guān)周期；晶閘管的開關(guān)周期； ton 開通時間；開通時間； 占空比，占空比， = ton / T = ton f ；其中其中 f 為開關(guān)頻率。為開關(guān)頻率。26 為了節(jié)能，并實行無觸點控制，為了節(jié)能，并實行無觸點控制，現(xiàn)現(xiàn)在多用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘在多用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘管、管、GTO、IGBT等。等

16、。 采用簡單的采用簡單的單管控制單管控制時，稱作時，稱作直流直流斬波器斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，寬度調(diào)制開關(guān)的電路，脈寬調(diào)制變換器脈寬調(diào)制變換器（PWM-Pulse Width Modulation）。27 斬波電路三種控制方式斬波電路三種控制方式n根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同而劃分，有三種控制方式：而劃分，有三種控制方式：nT 不變，變不變，變 ton 脈沖寬度調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制（PWM）；）；nton不變，變不變，變 T 脈沖頻率調(diào)制（脈沖頻率調(diào)制（PFM）；）；nton和和 T 都可調(diào)

17、，改變占空比都可調(diào)，改變占空比混合型?；旌闲?。28 PWM系統(tǒng)的優(yōu)點系統(tǒng)的優(yōu)點（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少；）主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；電機損耗及發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達可達1: :10000左右；左右；（4）若與快速響應(yīng)的電機配合，則系統(tǒng)頻帶）若與快速響應(yīng)的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；29PWM系統(tǒng)的優(yōu)點（續(xù)）系統(tǒng)的優(yōu)點（續(xù)）（5）功率開關(guān)器件工作在開

18、關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；也不大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。因數(shù)比相控整流器高。30小小 結(jié)結(jié) 三種可控直流電源，三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世系統(tǒng)在上世紀紀6070年代得到廣泛應(yīng)用，年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用目前主要用于大容量系統(tǒng)。于大容量系統(tǒng)。 直流直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、中、小容量的系統(tǒng)小容

19、量的系統(tǒng)中，已取代中，已取代V-M系統(tǒng)成為系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。主要的直流調(diào)速方式。返回目錄返回目錄31圖圖1-1 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)） 1.1.2晶閘管晶閘管直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)32 本節(jié)討論本節(jié)討論V-M系統(tǒng)的三個問題：系統(tǒng)的三個問題：（1）觸發(fā)脈沖相位控制；）觸發(fā)脈沖相位控制；（2）電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)；）電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)；（3）抑制電流脈動的措施；）抑制電流脈動的措施；33 在如圖可控整流在如圖可控整流電路中，電路中，調(diào)節(jié)觸發(fā)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置裝置 GT 輸出脈沖輸出脈沖的

20、相位的相位，即可很方，即可很方便地改變可控整流便地改變可控整流器器 VT 輸出瞬時電輸出瞬時電壓壓 ud 的波形，以的波形，以及輸出平均電壓及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。的數(shù)值。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +OOOOO(1) 觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制34Ud0IdE 等效電路分析等效電路分析 如果把整流裝置如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負載電路看成是其負載電路電阻的一部分，電阻的一部分，那那么，整流電壓便可么，整流電壓便可以用其以用其理想空載瞬理想空載瞬時值時值 ud0 和平

21、均值和平均值 Ud0 來表示，相當于來表示，相當于用圖示的等效電路用圖示的等效電路代替實際的整流電代替實際的整流電路。路。V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖系統(tǒng)主電路的等效電路圖 35 式中式中 電動機反電動勢；電動機反電動勢； 整流電流瞬時值；整流電流瞬時值； 主電路總電感；主電路總電感； 主電路等效電阻；主電路等效電阻；且有且有 R = Rrec + Ra + RL；EidLR 瞬時電壓平衡方程瞬時電壓平衡方程tiLRiEuddddd0(1-3)36 對對ud0進行積分，即得理想空載整流電進行積分，即得理想空載整流電壓平均值壓平均值Ud0 。 用觸發(fā)脈沖的相位角用觸發(fā)脈沖的相位角 控制整流電壓的

22、控制整流電壓的平均值平均值Ud0是晶閘管整流器的特點。是晶閘管整流器的特點。 Ud0與觸發(fā)脈沖相位角與觸發(fā)脈沖相位角 的關(guān)系因的關(guān)系因整流電整流電路的形式路的形式而異，對于一般的全控整流電路，而異，對于一般的全控整流電路，當電流波形連續(xù)時，當電流波形連續(xù)時，Ud0 = f ( ) 可用下式可用下式表示表示37 式中式中 從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角； = 0 時的整流電壓波形峰值；時的整流電壓波形峰值； 交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對于不同的整流電路，它們的數(shù)值如表對于不同的整流電路，它們的數(shù)值如表1-1所示。所示。Um

23、m 整流電壓的平均值計算整流電壓的平均值計算cossinmd0mUmU(1-5)38表表1-1 不同整流電路的整流電壓值不同整流電路的整流電壓值* U2 是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值。39 整流與逆變狀態(tài)整流與逆變狀態(tài)a. 當當 0 0 ，晶閘管裝置處于，晶閘管裝置處于整整流狀態(tài)流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)；，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； b. 當當 /2 max 時，時， Ud0 um時，便以時，便以限幅值限幅值 um作為輸出。作為輸出。n增量式增量式PI調(diào)節(jié)器算法只需輸出限幅，調(diào)節(jié)器算法只需輸出限幅，n位置式算法必須同時設(shè)積分限幅和輸出限位

24、置式算法必須同時設(shè)積分限幅和輸出限幅，缺一不可。若沒有積分限幅，積分項幅，缺一不可。若沒有積分限幅，積分項可能很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)?？赡芎艽?，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。2081.4.2 采用采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成2. 工作原理工作原理3. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性4. 參數(shù)計算參數(shù)計算2091. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成圖圖1-18 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 2102. 工作原理工作原理 圖圖1-18是一個無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實例，是一個無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實現(xiàn)無靜差，采用電流采用比例積分調(diào)

25、節(jié)器以實現(xiàn)無靜差，采用電流截止負反饋來限制動態(tài)過程的沖擊電流。截止負反饋來限制動態(tài)過程的沖擊電流。TA為檢測電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流為檢測電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號反饋信號Ui。當電流超過截止電流當電流超過截止電流Idcr時時， Ui高于穩(wěn)壓管高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管的擊穿電壓，使晶體三極管VT導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達到限的輸出電壓急劇下降，達到限制電流的目的。制電流的目的。2113. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性 當電動機電流低于其截止值時當電動

26、機電流低于其截止值時，上述系統(tǒng)的，上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PI調(diào)節(jié)器的方框調(diào)節(jié)器的方框中無法用放大系數(shù)表示，中無法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用以表明是比例積分作用。 圖圖1-19 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id Idcr ） Ks 1/CeU*nUcUnIdREnUd0Un+-2123.穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)）穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)） 無靜差系統(tǒng)的理想靜無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖特性如右圖實線實線所示。所示。(1)當當 Id Idcr 時，電流時，電流截止負反饋起作用，

27、靜截止負反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上特性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個靜是一條垂直線。整個靜特性特性近似呈矩形近似呈矩形。 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性的靜特性 213n 必須指出必須指出 嚴格地說，嚴格地說，“無靜差無靜差”只是理論上的，只是理論上的，實際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，實際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器積分電容調(diào)節(jié)器積分電容兩端電壓不變，相當于運算放大器的反兩端電壓不變，相當于運算放大器的反饋回路開路，饋回路開路，其放大系數(shù)等于運算放大其放大系數(shù)等于運算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值最大，但器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值最大，但并不是無窮大。并不是無窮

28、大。因此其輸入端仍存在很因此其輸入端仍存在很小的小的Un ，而不是零。這就是說，實際，而不是零。這就是說，實際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計而已。求下可以忽略不計而已。2144. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算很簡單，在理無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時想情況下，穩(wěn)態(tài)時 Un = 0，因而，因而 Un = Un* ，可以，可以按式（按式（1-35）直接計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)）直接計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) max*maxnnU（1-35） 電動機調(diào)壓時的最高轉(zhuǎn)速；電動機調(diào)壓時的最高轉(zhuǎn)速； 相應(yīng)的最高給定電壓。

29、相應(yīng)的最高給定電壓。 nmaxU*nmax215 電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)其電電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)其電路和截止電流值路和截止電流值 Idcr計算出。計算出。 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)器的參數(shù) Kpi和和可按動態(tài)校正可按動態(tài)校正的要求計算。的要求計算。 216+-UinR0RbalR1C1R1AUex5. 準準PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 在實際系統(tǒng)中，為了在實際系統(tǒng)中，為了避免運算放大器長期工作避免運算放大器長期工作時的時的零點漂移零點漂移，常常在，常常在 R1 C1兩端再并接一個電阻兩端再并接一個電阻R1 ，其值為若干其值為若干M ，以，以便把放大系數(shù)壓低一些。便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個近似的這樣就成為一個近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱調(diào)節(jié)器，或稱“準準PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器”（見圖（見圖1-21），