第二章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(20100901OK)

理想起動過程波形如圖所示，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得最快起動過程。b)理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn理想起動過程（續(xù)）3.PI調(diào)節(jié)器局部飽和PI調(diào)節(jié)器的輸入端有穩(wěn)定不變的輸入信號、有變化較快的電流反饋信號、有變化較慢的轉(zhuǎn)速反饋信號相疊加，雙方相互牽制，調(diào)節(jié)器局部飽和，啟動電流沒有得到改善，使靜特性變軟。4.解決思路

為實現(xiàn)在允許條件下最快起動，關(guān)鍵要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。希望實現(xiàn)：起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。

4.解決思路（續(xù)）2.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)，這就形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)組成ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器UPE—電力電子變換器內(nèi)環(huán)外環(huán)ni2.系統(tǒng)原理雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖

++--TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi++-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2.系統(tǒng)原理3.電流檢測電路電流檢測電路TA---電流互感器TA1.從靜態(tài)特性上看：

ASR不飽和：電流負(fù)反饋產(chǎn)生的速降由ASR的PI調(diào)節(jié)器消除；ASR飽和：外環(huán)失去作用，電流環(huán)起作用，恒流調(diào)節(jié)，特性變陡。2.從動態(tài)響應(yīng)過程看：突加給定信號，ASR飽和，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生超調(diào)，利用ASR飽和非線性控制，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋作用隔斷，系統(tǒng)變?yōu)楹懔髡{(diào)節(jié)系統(tǒng)3.從動態(tài)穩(wěn)定性看：先設(shè)計內(nèi)環(huán)，后設(shè)計外環(huán)。2.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動、靜態(tài)品質(zhì)2.1.3限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)對于PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)過tm時間，輸出u達(dá)到限幅值分三種情況。1）是階躍信號，PI飽和；2）衰減緩慢，PI飽和；3）衰減很快，PI不飽和。結(jié)果：1）調(diào)節(jié)對象滯后時間常數(shù)遠(yuǎn)大于調(diào)節(jié)器時間常數(shù)時，衰減緩慢；2）調(diào)節(jié)對象滯后時間常數(shù)遠(yuǎn)小于調(diào)節(jié)器時間常數(shù)時，衰減很快。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

—電流反饋系數(shù)

Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-IdR

R

ACR-UiUPE2.1.3雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和靜特性

1.限幅作用

1）飽和---輸出達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；即飽和調(diào)節(jié)器暫時隔斷輸入和輸出，相當(dāng)于該環(huán)開環(huán)。2）不飽和---輸出未達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和，PI調(diào)節(jié)器的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。

2.系統(tǒng)靜特性實際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性

n0IdIdmIdNOnABCA.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和式中，---

轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。得到靜特性CA段。

ASR不飽和，U*i>U*im，可知:Id<Idm。這就是說，CA段靜特性從理想空載狀態(tài)Id=0一直延續(xù)到Id=Idm

，而Idm

一般都大于額定電流IdN

。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。

A.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和

ASR輸出達(dá)到限幅值U*im

，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時

式中，最大電流Idm

由設(shè)計者選定，取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。

這樣的下垂特性只適合于n<n0的情況，因為如果n>n0，則Un>U*n

，ASR將退出飽和狀態(tài)。B.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和2.1.4各變量穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)

雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系:

轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流IdL決定的；控制電壓Uc

的大小則同時取決于n和Id，或取決于U*n

和IdL。反饋系數(shù)計算

雙閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而和無靜差系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)計算相似，根據(jù)各調(diào)節(jié)器給定與反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)：

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

電流反饋系數(shù)

兩個給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計者選定，設(shè)計原則如下：U*nm

受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；U*im為ASR的輸出限幅值。2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析本節(jié)提要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型起動過程分析動態(tài)抗擾性能分析轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用1.系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

-UiWASR(s)WACR(s)Ks

Tss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型2.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)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有2.2.2起動過程分析

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

1.第I階段電流上升階段

突加給定電壓U*n后，Id上升，當(dāng)Id

小于負(fù)載電流IdL時，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)Id≥

IdL

后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，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。

起動過程轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程分I、II、III三個階段。

IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1tt1.第I階段（續(xù)）1.第I階段（續(xù)）直到，Id=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。2.第II階段恒流升速階段

ASR始終飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im給定下電流調(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。n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt2.第II階段（續(xù)）2.第II階段（續(xù)）電機(jī)反電動勢E按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為克服擾動，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，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，

Id

應(yīng)略低于Idm。3.第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段

轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入偏差減少到零，但輸出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。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt3.第Ⅲ階段（續(xù)）3.第Ⅲ階段（續(xù)）直到Id

=IdL時，轉(zhuǎn)矩Te=TL

，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時）。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4t3

t2

t1

tt3.第Ⅲ階段（續(xù)）此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時間內(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，也會有一些振蕩過程。IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3t2

t1

tt3.第Ⅲ階段（續(xù)）

在最后轉(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)是一個電流隨動子系統(tǒng)。

5.分析結(jié)果

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：

（1）飽和非線性控制（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制

（1）飽和非線性控制

根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)

由于ASR采用飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓△Un

為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制A恒流升速是起動過程的主要階段，特征是保持電流恒定。一般選擇為電動機(jī)允許最大電流，以充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。雙閉環(huán)控制只能保證良好的起動性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動，在制動時，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車。必須加快制動時，只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。

（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制B

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R

Tls+1R

TmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗負(fù)載擾動±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負(fù)載擾作用2.2.3動態(tài)抗擾性能分析

直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)2.抗電網(wǎng)電壓擾動±?UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/R

Tls+1R

TmsIdKsTss+1-E2.2.3動態(tài)抗擾性能分析

-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)±△Ud—電網(wǎng)電壓波動在整流電壓上的反映

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R

Tls+1R

TmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E2.2.3動態(tài)抗擾性能分析

3.對比分析單閉環(huán)系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓擾動的作用點遠(yuǎn)離被調(diào)量，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此抵抗電壓擾動的性能要差一些；雙閉環(huán)系統(tǒng)，增設(shè)電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可通過電流反饋得到比較及時調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用

（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓U*n的變化，穩(wěn)態(tài)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機(jī)允許的最大電流。2.2.4轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的作用2.電流調(diào)節(jié)器的作用（1）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中使電流跟隨給定電壓

U*i變化；（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用；（3）電機(jī)起動時，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，加快動態(tài)過程；（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。2.2.4轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的作用2.3轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制---轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋一.問題的提出對于不允許出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)的系統(tǒng)，應(yīng)該加以抑制。二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的ASR在原ASR輸入端，反饋環(huán)節(jié)并聯(lián)一個微分電容Cdn和濾波電阻Rdn，轉(zhuǎn)速變化時，Un和Udn一起與Un*疊加，結(jié)果使原系統(tǒng)提前超調(diào)，在tt時刻，ASR退飽和。

注意：轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋對起動過程的影響圖見筆記二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)虛地點A的電流平衡方程式：整理得，

二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)式中，

---轉(zhuǎn)速微分時間常數(shù)

---轉(zhuǎn)速微分濾波時間常數(shù)Cdn作用：對轉(zhuǎn)速反饋信號進(jìn)行微分Rdn作用：濾去微分后帶來的高頻噪聲二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)將代入上式，得取Todn=Ton，將濾波環(huán)節(jié)移到轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，按小慣性環(huán)節(jié)近似處理，令化簡如下，結(jié)論：帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于在轉(zhuǎn)速反饋通道中并聯(lián)了微分項二.帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三.退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速AASR進(jìn)退飽和后，系統(tǒng)進(jìn)入線性過渡過程，初始條件就進(jìn)入退飽和點，即轉(zhuǎn)速為nt,電流為Idm。時，ASR仍飽和，Id=Idm，n線性增大；時，近似看作轉(zhuǎn)速上升前的純滯后時間；在期間，轉(zhuǎn)速上升過程描述為：代入，則三.退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速B以后，ASR開始退飽和，它的輸入信號為零：因為三.退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速C退飽和時間為：退飽和轉(zhuǎn)速為：引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后，動態(tài)速降大大降低，越大，動態(tài)速降降低，但恢復(fù)時間拖長。返回本章目錄三.退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速D2.4電流斷續(xù)對動特性影響和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器設(shè)Id連續(xù)時，ACR傳遞函數(shù)為：Id斷續(xù)時，ACR`傳遞函數(shù)為:應(yīng)滿足:選擇:結(jié)論:電流斷續(xù)時,電流調(diào)節(jié)器是一個小時間常數(shù)的積分調(diào)節(jié)器。一.電流斷續(xù)時，V-M系統(tǒng)動、靜態(tài)特性的變化1、電流斷續(xù)時，整流裝置外特性變陡，等效內(nèi)阻增大，ACR環(huán)總放大倍數(shù)Ki降低；2、電流連續(xù)時，TL存在，從Udo的突變到Id的響應(yīng)不能瞬時完成，而按照指數(shù)規(guī)律上升；Id斷續(xù)時，△Udo突變，△Id立即變化，相當(dāng)于TL=0；3、Id斷續(xù)，Udo與Id之間是比例環(huán)節(jié)；4、Id連續(xù)，Udo與Id之間是慣性環(huán)節(jié)。

二.電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器A△-++△-++RP20K20K1.5M20KD1R120KC1R0-電流檢測Ui*UcR2TLDJGSD電流連續(xù)時，T截止電流斷續(xù)時，T導(dǎo)通，R2接地通常選R1》R2，則：二.電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器B二.電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器C其中：Ki=R1/R0---id連續(xù)時，PI比例系數(shù)；---Id斷續(xù)時，積分時間常數(shù)；---Id連續(xù)時，PI時間常數(shù)。二.電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器D結(jié)論：id斷續(xù)時，調(diào)節(jié)器為一個小時間常數(shù)的PI調(diào)節(jié)器，積分時間常數(shù)小，過渡過程輸出電壓的積分分量增長快，只要輸出不飽和，過一瞬間，比例分量忽略不計，近似看作一個小時間常數(shù)的積分調(diào)節(jié)器。帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.5三環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

較大的電流變化率，使直流電機(jī)產(chǎn)生很高的換向電動勢，產(chǎn)生火花，同時伴隨很大的脈動轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生振動、沖擊、加快磨損。+-TA+-UdIdMTGUfUPE???ASRACRADRUn*-+UnεnUi*+Ui-εiUdi*-+εdiUdiUc圖中ADR：一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)A△-++UcR0βdiIdRdiCdi-+Udi*ADRCdR3R4ρ虛地點A列KCL方程：一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

---ADR積分常數(shù)

---ADR時間常數(shù)分壓比

---電流微分時間常數(shù)

---電流微分濾波時間常數(shù)令：電流變化率環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)Id(s)一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)式中：一般Todi很小，可以忽略，化簡為：一、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

Kdi足夠大時，二階慣性環(huán)節(jié)部分的時間常數(shù)大大縮小，提高了電流控制的快速性。二.帶電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)AVR---電壓調(diào)節(jié)器；TVD---直流電壓隔離變換器UPEUc+-+Un*-UnTA+-UdIdMTG???εnASRACRAVRTVD+Ui*-Uiεi-Uv*+Uvεvn3~二.帶電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

---AVR的積分時間常數(shù)---AVR時間常數(shù)調(diào)整器的分壓比忽略電動勢變化的影響，求上式各量增量二.帶電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對上式在零初始條件下求拉氏變換，令}二.帶電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)化簡為：二.帶電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)式中，，Tv和同一量級，為不降低系統(tǒng)快速性，它們都應(yīng)遠(yuǎn)小于Tla和Tl，上式簡化為：返回本章目錄電壓環(huán)缺點：電壓反饋信號含有諧波分量，帶來諧波干擾，嚴(yán)重時帶來系統(tǒng)振蕩。2.6弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)本節(jié)提要調(diào)壓與弱磁的配合控制非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)弱磁過程的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計2.6.1調(diào)壓與弱磁的配合控制概述

他勵直流電動機(jī)調(diào)壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速nN）向下調(diào)速。如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速方法，通過降低勵磁電流，以減弱磁通來提高轉(zhuǎn)速。1.兩種調(diào)速方式A

（1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式按照電力拖動原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運(yùn)行時，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩Te

=Km

I

，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。

（2）恒功率調(diào)速方式在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。1.兩種調(diào)速方式B可見，所謂“恒轉(zhuǎn)矩”和“恒功率”調(diào)速方式，是指在不同運(yùn)行條件下，當(dāng)電樞電流達(dá)到其額定值IN時，所容許的轉(zhuǎn)矩或功率不變，是電機(jī)能長期承受的限度。實際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟有多少，還要由其具體的負(fù)載來決定。1.兩種調(diào)速方式C恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而恒功率類型的負(fù)載更適合于恒功率的調(diào)速方式。但是，直流電機(jī)允許的弱磁調(diào)速范圍有限，一般電機(jī)不超過1:2，專用的“調(diào)速電機(jī)”也不過是1:3或1:4。1.兩種調(diào)速方式D當(dāng)負(fù)載要求的調(diào)速范圍更大時，就不得不采用調(diào)壓和弱磁配合控制的辦法，即在基速以下保持磁通為額定值不變，只調(diào)節(jié)電樞電壓，而在基速以上則把電壓保持為額定值，減弱磁通升速。2.調(diào)壓和弱磁配合控制3.電樞電壓與勵磁配合控制特性TeNnNnmax調(diào)電壓調(diào)速弱磁調(diào)速UNUPPTeUnO調(diào)壓與弱磁配合控制特性2.6.2非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)1.

系統(tǒng)設(shè)計要點：在基速以下調(diào)壓調(diào)速時，保持磁通為額定值不變；在基速以上弱磁升速時，保持電壓為額定值不變；弱磁升速時，由于轉(zhuǎn)速升高，使轉(zhuǎn)速反饋電壓也隨著升高Un，因此必須同時提高轉(zhuǎn)速給定電壓Un*，否則轉(zhuǎn)速不能上升。2.獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-AFR+GTFCUif-VFCU*ifRP2MTGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE+TGMRP2---給定電位器；AFR---勵磁電流調(diào)節(jié)器VFC---勵磁電流可控整流裝置3.工作原理在基速以下調(diào)壓調(diào)速時，RP2不變，保持磁通為額定值，用RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用；在基速以上弱磁升速時，通過RP2減少勵磁電流給定電壓，從而減少勵磁磁通，以提高轉(zhuǎn)速；為保持電樞電壓為額定值不變，同時需要調(diào)節(jié)RP1，以提高電壓；由于需要分別調(diào)節(jié)RP1和RP2，因此稱為獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)。3.非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)A

在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行弱磁控制，調(diào)壓與調(diào)磁的給定裝置不應(yīng)該完全獨立，而是要互相關(guān)聯(lián)的。從上圖可以看出，在基速以下，應(yīng)該在滿磁的條件下調(diào)節(jié)電壓，在基速以上，應(yīng)該在額定電壓下調(diào)節(jié)勵磁，因此存在恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)壓調(diào)速和恒功率的弱磁調(diào)速兩個不同的區(qū)段。

實際運(yùn)行中，需要選擇一種合適的控制方法，可以在這兩個區(qū)段中交替工作，也應(yīng)該能從一個區(qū)段平滑地過渡到另一個區(qū)段中去，下圖便是一種已在實踐中證明很方便有效的控制系統(tǒng)，稱作非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)。3.非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)B4.系統(tǒng)組成TVDAE非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)TGnASRACRU*nRPn-UnUiU*i-UcTAVM-UdIdUPE-AFR+Uif+UPEFU*if+RPeAERUi-U*eUeTAFUvTGM+Ucf～～-TVD---電壓隔離器；AE---電動勢運(yùn)算器；AER---電動勢調(diào)節(jié)器5.工作原理控制的基本思想根據(jù)E=Ken原理，若能保持電動勢E不變，則減少電動機(jī)的勵磁磁通，可以達(dá)到提高轉(zhuǎn)速的目的。

為此，在勵磁控制系統(tǒng)中引入電動勢調(diào)節(jié)器AER，利用電動勢反饋，使勵磁系統(tǒng)在弱磁調(diào)速過程中保持電動勢E基本不變。6.

電動勢的檢測

由于直接檢測電動勢比較困難，因此，采用間接檢測的方法。通過檢測電壓Ud

和電流Id，根據(jù)E=Ud–RId+LdId/dt，由電動勢運(yùn)算器AE，算出電動勢E的反饋信號Ue。電動勢的給定由RP2提供基速時電動勢的給定電壓Ue*

，并使Ue*

=

95%UN。7.控制過程在基速以下調(diào)壓調(diào)速設(shè)置n<95%UN

，則，E<95%UN；此時，Ue*

>Ue

，

AER飽和，相當(dāng)于電勢環(huán)開環(huán)。AER的輸出限幅值設(shè)置為滿磁給定，加到勵磁電流調(diào)節(jié)器AFR，由AFR調(diào)節(jié)保持磁通為額定值。用RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用。7.控制過程（續(xù)）在基速以上弱磁升速:調(diào)節(jié)RP1提高轉(zhuǎn)速給定電壓，使轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)n>95%UN

時，E>95%UN，使Ue*

<Ue，AER開始退飽和，減少