晶閘管-電動機直流傳動控制系統(tǒng)

11.2晶閘管－電動機直流傳動控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)11.2.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；（一）轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)

1.基本組成按靜態(tài)誤差的不同：無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)：

調(diào)節(jié)速度；擴大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類：測速發(fā)電機：與直流電動機M同軸相連，即兩者的速度相同，測速發(fā)電機用來測量電動機的速度，稱檢測元件；轉(zhuǎn)換元件：將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號以便與給定電壓進行比較。給定電位器：調(diào)節(jié)Rg的位置可改變給定電壓Ug的大小。放大器：將外加電壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進行放大。觸發(fā)電路：將放大器放大后的電壓信號變?yōu)槊}沖型號去控制整流電路的輸出大小。整流電路：變交流電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信號所決定，整流電路的輸出為直流電動機電樞的外加電壓；

直流電動機：系統(tǒng)的控制對象。由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：T9-5.SWF系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象n本身;反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。

2.工作原理

當Ug、Uf不變時，電動機的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。

(2)調(diào)速（Uf不變，改變Ug的大小）

改變Ug的大小可改變電動機的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速.

(1)穩(wěn)態(tài)（Ug、Uf

不變）

(3)穩(wěn)速（Ug不變、負載變化使Uf變化)

當負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。

3.靜特性分析

目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。

靜特性表示出電動機的轉(zhuǎn)速與負載電流之間的大小關(guān)系。

(1)各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系

電動機電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內(nèi)阻；

電動機的電樞電阻。

可控硅和觸發(fā)電路

設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為K2，則：放大器電路設(shè)放大器的放大倍數(shù)為KP，則：反饋電路速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，設(shè)放大系數(shù)為Kf，則：

(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；——閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出電壓:由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性方程:

(3)分析與結(jié)論理想空載轉(zhuǎn)速

在給定電壓一定時，有:轉(zhuǎn)速降如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，調(diào)速范圍與靜差度在最大運行轉(zhuǎn)速和低速時最大允許靜差度不變的情況下，開環(huán)：

閉環(huán)：

結(jié)論：由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。采用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉(zhuǎn)速的影響。提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴大調(diào)速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放大倍數(shù)也不能過分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。（二）其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.電壓負反饋系統(tǒng)由公式可知：電動機的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反映電動機轉(zhuǎn)速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。

(1)電壓負反饋與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別反饋信號不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發(fā)電機。

(2)工作原理穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。在給定電壓Ug一定時，其調(diào)整過程如下：電壓負反饋系統(tǒng)的特點:線路簡單穩(wěn)定速度的效果并不大電動機端電壓即使由于負反饋的作用而維持不變，但是負載增加時，電動機電樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電動機速度還是要降低?；蛘哒f電壓負反饋，頂多只能補償可控整流電的等效內(nèi)阻所引起的速度降落。則Ud=U-UAK

2.電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)特點

RP為電壓反饋檢測元件，并接在電動機電樞兩端，其上的電壓大小直接反映電動機電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋；

R為電流正反饋檢測元件，串接在電動機電樞回路中，其上的電壓大小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。系統(tǒng)的總反饋電壓因為反饋電壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負反饋，反饋電壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質(zhì)。

(2)工作原理穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。在給定電壓Ug一定時，其調(diào)整過程如下：

(3)靜特性從電動機電樞回路電勢平衡關(guān)系知上式如果滿足下列條件系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。

3.電流截止負反饋系統(tǒng)

(1)電流截止負反饋的作用過載保護。

電流正反饋可以改善電動機運行特性，而電流負反饋會使隨著負載電流的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。如果電動機的速度在負載過分增大時也不會降下來，這就會使電樞過流而燒壞。本來采用過流保護繼電器也可以保護這種嚴重過載，但是過流保護繼電器，要觸頭斷開，電動機斷電方能保護，而采用電流負反饋作用為保護手段，則不必切斷電動機的電路，只是使它的速度暫降下來，一旦過負載去掉后，它的速度又會自動升起來，這樣有利于生產(chǎn)。

(2)基本思想方法IO=1.35IaNIao=(2~3)Ian當負載正常，電樞電流在一定范圍內(nèi)（如小于1.35倍的額定電流），電流截止負反饋不起作用；當負載增加使電樞電流超過一定數(shù)值（如額定電流的1.35倍）時，電流負反饋開始起作用，減小電動機電樞外加電壓，使轉(zhuǎn)速下降；當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額定電流的2~3倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將給定信號的絕大部分抵消掉，使電動機速度降到零，電動機停止運轉(zhuǎn)，從而起到保護作用。因為只有當電流大到一定程度反饋才起作用，故稱電流截止負反饋。這種特性因它常被用于挖土機上，故又稱“挖土機特性”。（3）工作原理當電流小于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓UI<Ub,二極管V截止，電流反饋不起作用；當電流大于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓UI>Ub,二極管V導(dǎo)通，電流反饋UI與Ub

比較后反饋

到輸入端一起控制電動機，使其轉(zhuǎn)速下降；當電流等于堵轉(zhuǎn)點的電流時，電流反饋UI與Ub

比較后反饋

到輸入端的電壓能夠抵消，給定電壓的大小，時電動機的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加；如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點的電流，轉(zhuǎn)速則上升；

二、無靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)

1.比例積分（PI）調(diào)節(jié)器比例器調(diào)節(jié)器其輸入輸出之間的關(guān)系如下：

積分調(diào)節(jié)器其輸入輸出之間的關(guān)系如下：比例積分調(diào)節(jié)器

PI調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分。在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時間特性如圖所示。當突加輸入信號Ui時，開始瞬間電容C1相當于短路，反饋回路中只有電阻R1，此時相當于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無延遲地起調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)速度快；隨著電容C1被充電而開始積分，U0線性增長，直到穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)時，C1相當于開路，放大器呈現(xiàn)出極大的開環(huán)放大倍數(shù)。2.采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)放大器采用具有比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。靜態(tài)時U=Ug－Uf，調(diào)節(jié)作用停止，由于積分作用，調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uk保持在某一數(shù)值上，即Ud固定，以維持電動機在給定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。由于靜態(tài)時呈現(xiàn)出無窮大的放大倍數(shù)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤差，故稱無靜差調(diào)速系統(tǒng)。11.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一、轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點采用PI調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器ST的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應(yīng)。啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負反饋的作用越來越大，使啟動轉(zhuǎn)矩越來越小，啟動過程變慢，因此轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、停止和反向的要求。用加大過渡過程中的電流即加大動態(tài)轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)快速啟動、停止和反向的要求，但電流不能超過晶閘管和電動機的允許值。為此，應(yīng)采取一種方法，使電動機在啟動過程中，動態(tài)轉(zhuǎn)矩保持不變，即電動機電樞電流不變，且為電動機電樞允許的最大電流，當啟動結(jié)束后，使電流回到額定值。二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

1）系統(tǒng)采用兩個調(diào)節(jié)器（一般采用PI調(diào)節(jié)器）分別對速度和電流兩個參量進行調(diào)節(jié)。對速度進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為速度調(diào)節(jié)器ST；對電流進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為