高級(jí)電工培訓(xùn)(交直流傳動(dòng)系統(tǒng))課件

直流傳動(dòng)系統(tǒng)第1部分直流傳動(dòng)系統(tǒng)第1部分1開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖開環(huán)控制系統(tǒng)（P162）開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖開環(huán)控制系統(tǒng)（P162）2開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無(wú)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用UPE來(lái)統(tǒng)一表示可控直流電源。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無(wú)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)3機(jī)械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： 電力電子變換器 直流電動(dòng)機(jī)

開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為開環(huán)控制系統(tǒng)機(jī)械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：開環(huán)控制系統(tǒng)4開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開環(huán)控制系統(tǒng)5根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。

閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）（P163）根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被6在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)7系統(tǒng)組成采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）系統(tǒng)組成采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-8閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）9調(diào)節(jié)原理在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un

，與給定電壓U*n

相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓

Un

，經(jīng)過(guò)放大器A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc，用以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）調(diào)節(jié)原理在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中10UPE的組成圖中，UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三組（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為Uc。UcUd0u~ACDCUd0Uc閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）UPE的組成圖中，UPE是由電力電子器件11UPE的組成（續(xù)）

目前，組成UPE的電力電子器件有如下幾種選擇方案：對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P-MOSFET組成的PWM變換器；對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關(guān)器件，如GTO、IGCT等；對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸發(fā)與整流裝置。閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）UPE的組成（續(xù)）目前，組成UPE的電力12引言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)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)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。引言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能13根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程

直流調(diào)速方法（P168）nUIR

Ke式中

—轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（

）；

—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程

14

由上式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵(lì)磁磁通

；（3）改變電樞回路總電阻R。直流調(diào)速方法由上式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：直15（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁額定=N

；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過(guò)程：改變電壓UN

U；

U

n，n0

調(diào)速特性：

轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：nn0OIILUNU1U2U316（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁額定=N

；保持電壓額定U=UN

；調(diào)節(jié)過(guò)程：增加電阻Ra

R；

R

n，n0不變；調(diào)速特性：

轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：nn0OIILRaR1R2R17（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：保持電壓額定U=UN

；保持電阻R=Ra

；調(diào)節(jié)過(guò)程：減小勵(lì)磁

N

；

n，n0

調(diào)速特性：

轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：nn0OTeTLN1218三種調(diào)速方法的性能與比較對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。三種調(diào)速方法的性能與比較對(duì)于要求在一定19常用的可控直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止式可控整流器——用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源常用的可控直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和20旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）直21G-M系統(tǒng)工作原理

由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源G-M系統(tǒng)工作原理由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步22G-M系統(tǒng)特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限第III象限G-M系統(tǒng)機(jī)械特性直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源G-M系統(tǒng)特性n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n123G-M系統(tǒng)特點(diǎn)直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行缺點(diǎn)：設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，安裝需打地基，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。G-M系統(tǒng)特點(diǎn)直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)四象24晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）V-M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)）V-M系統(tǒng)25V-M系統(tǒng)工作原理

晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)），圖中VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc

來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)V-M系統(tǒng)工作原理晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)26V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)（與G-M系統(tǒng)相比較）晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能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104以上，其門極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。運(yùn)行損耗小，效率高。V-M系統(tǒng)V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)（與G-M系統(tǒng)相比較）晶閘管整流裝置不僅在27轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)（P172）

任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。

歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)（P172）281.控制要求（1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，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(dòng)盡量平穩(wěn)。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)1.控制要求（1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)292.調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即其中nmin

和nmax

一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最低和最高轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)2.調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍：其中nmin和n30

靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落

nN

，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s

，即式中

nN=n0-nN

靜差率用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定310TeNTen0an0bab?

nNa

?

nNb

nO3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。顯然轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)0TeNTen0an0bab?nNa?nNbnO3.32例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在334.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系

設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為

nN，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即于是，最低轉(zhuǎn)速為

轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)4.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系設(shè)：電機(jī)34而調(diào)速范圍為

將上面的式代入nmin，得

對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，

nN

值一定，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)而調(diào)速范圍為將上面的式代入nmin，得35結(jié)論1：

一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)結(jié)論1：轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)36例題

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為，額定速降

nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)例題某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為37解要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為若要求20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)解要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性38控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（P174）

自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括：跟隨性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)

控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（P174）自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)391、跟隨性能指標(biāo)以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程，此跟隨過(guò)程的輸出量動(dòng)態(tài)響應(yīng)稱作階躍響應(yīng)。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間。控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1、跟隨性能指標(biāo)以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)40上升時(shí)間峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間

超調(diào)量σ

上升時(shí)間峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間超調(diào)量σ411.跟隨性能指標(biāo)：在給定信號(hào)或參考輸入信號(hào)的作用下，系統(tǒng)輸出量的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)有tr

—上升時(shí)間

—超調(diào)量ts

—調(diào)節(jié)時(shí)間控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1.跟隨性能指標(biāo)：控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)422.抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力。常用的抗擾性能指標(biāo)有

Cmax

—?jiǎng)討B(tài)降落tv

—恢復(fù)時(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)2.抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)標(biāo)志著控制系統(tǒng)432．抗擾性能指標(biāo)當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量降低（或上升）的擾動(dòng)量F之后，輸出量由降低（或上升）到恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值的過(guò)渡過(guò)程就是一個(gè)抗擾過(guò)程。常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)2．抗擾性能指標(biāo)當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，突加一個(gè)使輸出量降低44突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)降落恢復(fù)時(shí)間控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)降落恢復(fù)時(shí)間控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)45系統(tǒng)組成采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（P176）系統(tǒng)組成采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-46轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：

電壓比較環(huán)節(jié)

放大器電力電子變換器調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測(cè)速反饋環(huán)節(jié)

比例調(diào)節(jié)器的電壓放大系數(shù)電力電子變換器的電壓放大系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電壓比較環(huán)節(jié)47開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系

比較一下開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。如果斷開反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為

而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成

開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系比較一48比較兩式不難得出以下的論斷：（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為和它們的關(guān)系是系統(tǒng)特性比較開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系比較兩式不難得出以下的論斷：（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系49（2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。

閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為

和當(dāng)n0op=n0cl時(shí)，開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系（2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得50（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nN，而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么：開環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)， 得

開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。開51（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。

上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即K

要足夠大，因此必須設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢52把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論：結(jié)論2：

閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。

開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論：開環(huán)機(jī)械特53開環(huán)系統(tǒng)：Id

n

例如：在圖中工作點(diǎn)從AA′

閉環(huán)系統(tǒng)：Id

n

Un

U

Uc

Ud0

n

例如：在圖中工作點(diǎn)從A

B開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系開環(huán)系統(tǒng)：Idn例如：在圖中工作點(diǎn)從AA′54由此看來(lái)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。開環(huán)機(jī)械特性和閉環(huán)靜特性的關(guān)系由此看來(lái)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在551.PI調(diào)節(jié)器

在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)（P180）i0i11.PI調(diào)節(jié)器在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)562.PI輸入輸出關(guān)系按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得式中

—PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；—PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。

由此可見(jiàn)，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)2.PI輸入輸出關(guān)系按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，573.PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性

UexUinUexmtUinUexOKpUinPI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線OtOt

UcUc?Un121+2b)PI調(diào)節(jié)器輸出動(dòng)態(tài)過(guò)程

在t=0時(shí)就有Uex(t)=KpUin，實(shí)現(xiàn)了快速控制；隨后Uex(t)按積分規(guī)律增長(zhǎng)，

在t=t1時(shí)，Uin=0，

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)3.PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性UexUinUexmtUinUe58

在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成：比例部分①和ΔUn成正比，積分部分②表示了從t=0到此時(shí)刻對(duì)ΔUn(t)的積分值，Uc是這兩部分之和。4.一般輸入情況轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成：4595.分析結(jié)果

由此可見(jiàn)，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)5.分析結(jié)果由此可見(jiàn)，比例積分控制綜合了比例60

問(wèn)題的提出：起動(dòng)的沖擊電流——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流——采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。

帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)（P181）問(wèn)題的提出：帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)（P181）61

這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。堵轉(zhuǎn)電流——有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓62

解決辦法：電樞串電阻起動(dòng)；引入電流截止負(fù)反饋；加積分給定環(huán)節(jié)。本節(jié)主要討論如何采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制起動(dòng)電流。帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)解決辦法：帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)63電流截止負(fù)反饋考慮到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減。如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡(jiǎn)稱截流反饋。帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋考慮到，限流作用只需在641.電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓M++--UdId

RsVDUi

Ucom接放大器Mb)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓

UbrM+-UdId

RsVSTUi接放大器M帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)1.電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)a）利用獨(dú)立直流652.輸入輸出特性電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性當(dāng)輸入信號(hào)IdRs-Ucom>0時(shí)，輸出Ui=IdRs-Ucom當(dāng)IdRs-Ucom≤0時(shí)，輸出Ui=0。帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)2.輸入輸出特性電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)當(dāng)輸入信號(hào)IdRs-Uco66IdblIdcrn0IdOn'0AB帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

CB段:電流負(fù)反饋被截止AB段:電流負(fù)反饋起作用C帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)IdblIdcrn0IdOn'0AB帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速67無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

++-+-MTG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVTVSUiTALIdR1C1UnUd-+MTG帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)++-+-MTG+-RP2nRP1U*68上圖是一個(gè)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制動(dòng)態(tài)過(guò)程的沖擊電流。TA為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)。當(dāng)電流超過(guò)截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VT導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的目的。帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)上圖是一個(gè)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例，采用69電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

（P183）被調(diào)量的負(fù)反饋是閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本反饋形式，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。然而，安裝轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置將會(huì)帶來(lái)成本和維護(hù)的麻煩。對(duì)于調(diào)速指標(biāo)要求不高的系統(tǒng)，可以采用電動(dòng)機(jī)端電壓反饋來(lái)替代測(cè)速裝置，構(gòu)成電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（P183）被調(diào)量的負(fù)反饋是閉環(huán)控制70在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，電樞電阻壓降比電樞端電壓要小的多，因此可以認(rèn)為，直流電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)與端電壓近似相等，也就是，電機(jī)轉(zhuǎn)速近似與端電壓成正比。采用電壓檢測(cè)元件檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的端電壓，以此來(lái)替代轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，從而形成電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)。電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，電樞電阻壓降比電樞端電壓要小的多，因71電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)72電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律（P184）采用電壓負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)雖然可以省去一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，但是由于它不能彌補(bǔ)電樞壓降所造成的轉(zhuǎn)速降落，調(diào)速性能不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)。采用電流正反饋進(jìn)行補(bǔ)償，提高電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的性能是一個(gè)可行的方法，可以減少系統(tǒng)的靜差。電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律（P184）采用電壓負(fù)反饋的調(diào)速系73帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖電流正反饋和補(bǔ)償控制743.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（P190）問(wèn)題的提出

第2章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)正常啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（P190）問(wèn)題的提出751.主要原因是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流值Idcr以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.主要原因是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能762.

性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值Idm

后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。

IdLntIdOIdmIdcr帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如77理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。IdLntIdOIdm理想的快速起動(dòng)過(guò)程3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.

性能比較理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)78對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中，希望始終保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高79起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程。圖3-1時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限803.解決思路

為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過(guò)程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)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(guò)程。3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3.解決思路為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快81

現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。

怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：3.1823.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)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。轉(zhuǎn)速信號(hào)是主控信號(hào)，電流信號(hào)是根據(jù)轉(zhuǎn)速的誤差進(jìn)行控制的信號(hào)，二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如下圖所示。3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成83TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UctTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖3-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的組成ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測(cè)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)3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UctTAVM84

圖3-2中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，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)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成圖3-2中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流85系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)

為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)86雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖

++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖+87兩個(gè)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；電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，二者嵌套連接；調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器均設(shè)成帶限幅的；穩(wěn)態(tài)時(shí)ΔUi＝0（電流無(wú)靜差），ΔUn＝0（轉(zhuǎn)速無(wú)靜差）。3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成兩個(gè)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)88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U*cm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成89限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD23.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD90

穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim391電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路TA——電流互感器TA3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路TA——電流互感器TA3.923.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成各種各樣的電流互感器3.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成各種各樣的電流互93圖3-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);

—電流反饋系數(shù)Ks

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

ACR-UiUPE1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（P191）圖3-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Ks1/942.限幅作用存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，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(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和——輸出未達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，正如前節(jié)中所闡明的那樣，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2.限幅作用存在兩種狀況：3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速95為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。圖3-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdNOnBCA3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和96（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和式中

，

——轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得

從而得到上圖靜特性的AB段。

(3-1)

3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和式中，——轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。97靜特性的水平特性與此同時(shí)，由于ASR不飽和，U*i

<

U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知:Id<Idm。這就是說(shuō)，AB段靜特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到Id=Idm，而Idm一般都是大于額定電流IdN

的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。

3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性靜特性的水平特性與此同時(shí)，由于ASR98（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和

這時(shí)，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(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)

式中，最大電流Idm

是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。(3-2)

3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U99靜特性的垂直特性

式（3-2）所描述的靜特性是上圖中的BC段，它是垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于n<n0

的情況，因?yàn)槿绻鹡>n0，則Un>U*n，ASR將退出飽和狀態(tài)。3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性靜特性的垂直特性式（3-2）所描述的靜特性100兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm

后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。3.1.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)101對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速。跟隨性能可以用階躍給定下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)描述。能否實(shí)現(xiàn)所期望的恒加速過(guò)程，最終以時(shí)間最優(yōu)的形式達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，是設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要的追求目標(biāo)。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析（P192）

對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速。3.1.3起動(dòng)過(guò)程1023.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖3-6。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析前已指出，103圖3-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

FLASH圖3-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形nOO104電流Id從零增長(zhǎng)到Idm，然后在一段時(shí)間內(nèi)維持其值等于Idm不變，以后又下降并經(jīng)調(diào)節(jié)后到達(dá)穩(wěn)態(tài)值IdL。轉(zhuǎn)速波形先是緩慢升速，然后以恒加速上升，產(chǎn)生超調(diào)后，到達(dá)給定值n*。起動(dòng)過(guò)程分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個(gè)階段中經(jīng)歷了不飽和、飽和以及退飽和三種情況。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

電流Id從零增長(zhǎng)到Idm，然后在一段時(shí)間內(nèi)維持其值等于Idm1051.起動(dòng)過(guò)程 設(shè)系統(tǒng)起動(dòng)前處于停車狀態(tài)：Un*=0，Ui=0，Uct=0，n=0，Ui*=0，＝900，Ud0=0，當(dāng)輸入一階躍信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入起動(dòng)過(guò)程。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR在起動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷的不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。

3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

1.起動(dòng)過(guò)程 設(shè)系統(tǒng)起動(dòng)前處于停車狀態(tài)：Un*=0，U106第I階段：電流上升的階段（0~t1）突加給定電壓U*n后，Id上升，當(dāng)Id

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

IdL

后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，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。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第I階段：電流上升的階段（0~t1）突加給定電壓U*107直到，Id=Idm，Ui

=U*im

電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id

的增長(zhǎng)，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。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第I階段：電流上升的階段（0~t1）直到，Id=Idm，Ui=U*im電流調(diào)節(jié)器很108突加Un*→

ΔUn很大→ASR迅速飽和→Ui*＝Uim*→Uct、Ud0、Id迅速上升→n上升→Id↑≈Idm時(shí)，Ui＝Uim*。本階段：ASR由不飽和迅速飽和（Un增長(zhǎng)慢）。ACR不飽和（Ui增長(zhǎng)快）。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第I階段：電流上升的階段（0~t1）突加Un*→ΔUn很大→ASR迅速飽和→3.1.3109IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4t3t2t1tt3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

電流從0到達(dá)最大允許值IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3110第II階段：恒流升速階段（t1~t2）

在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im給定下的電流調(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(zhǎng)。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第II階段：恒流升速階段（t1~t2）在這個(gè)階段中111與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，Ud0和Uc

也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持Id

恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，系統(tǒng)做不到無(wú)靜差，而是Id略低于Idm。

3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第II階段：恒流升速階段（t1~t2）

與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)112ASR飽和→Ui*≈

Uim*→

Id≈Idm（最佳過(guò)渡過(guò)程概念）→電機(jī)以恒加速度上升（n線性上升至n*）

n↑→E↑→

Id↓→Ui↓→ΔUi↑

→Uc↑→Ud0↑→

Id↑（Id維持Idm不變）3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第II階段：恒流升速階段（t1~t2）

ASR飽和→Ui*≈Uim*→Id≈Idm（最佳過(guò)渡113n

IdL

Id

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

Id基本保持在Idm，電動(dòng)機(jī)加速到了給定值n*。nIdLIdn*IdmOOIIIIIIt4t3114

恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第II階段：恒流升速階段（t1~t2）

恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。3.1.3115第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻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。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定116直到Id

=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)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(huì)有一些振蕩過(guò)程。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

直到Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=117ΔUn＝0

(n＝

n*)→ASR仍飽和→Ui≈

Uim*→Id≈Idm＞IdL→n↑>n*→ΔUn<0

→ASR退飽和→Ui*↓<Uim*→Id↓→Id<

IdL→n↓→n∞（轉(zhuǎn)速可能會(huì)經(jīng)過(guò)幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)）3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

ΔUn＝0(n＝n*)→ASR仍飽和→Ui≈Uim*118IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3119

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(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)：ASR和ACR同時(shí)參與調(diào)節(jié)；ACR的調(diào)節(jié)受ASR輸出的支配。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

第Ⅲ階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)120結(jié)論

起動(dòng)過(guò)程中，ASR飽和后，系統(tǒng)成為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)；ASR退飽和后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)為一轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析

結(jié)論3.1.3起動(dòng)過(guò)程分析1213.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析（P94）

一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。3.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析（P94）122

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId±?IdL（1）抗負(fù)載擾動(dòng)3.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析

由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1123（2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)±?UdU*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E3.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。（2）抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)±?UdU*n-IdLUn+-ASR124抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)（續(xù)）-IdL±?Ud

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E3.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善?？闺娋W(wǎng)電壓擾動(dòng)（續(xù)）-IdL±?Ud1/CeU*nnUd125分析結(jié)果：

因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。3.1.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析分析結(jié)果：因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電1263.1.5兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

（P194）

綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：

3.1.5兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用（P194）1271.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用

（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。（2）對(duì)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。3.1.5兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主1282.電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。3.1.5兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

2.電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)1293.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

概述有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)概述130

系統(tǒng)分類

按照實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流控制原理的不同，無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)又有兩大類：

邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)；錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（P195）

系統(tǒng)分類3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（P195）131邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)

當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系132

本節(jié)將著重討論邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制原理和電路設(shè)計(jì)。

（1）系統(tǒng)的組成

邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)133VRVFMLd--3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

VRVFMLd--3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)134TAVRVFGTR2ACRMGTF1ACRUiUctfUctrU*i+UiLd--U*i3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

TAVRVFGTR2MGTF1UiUctfUctrU*i+U135

ASR-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUctrU*i+UiLdAR----+3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

ASR-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*nUn136

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblrUblfUctrU*i+UiLdAR----+3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*137

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblfUblrUctrU*i+UiU*iUi0LdAR----+3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*138

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒(méi)有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器Ld

，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來(lái)控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；3.1.1391ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào)，因此電流反饋信號(hào)的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測(cè)方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動(dòng)切換，其輸出信號(hào)Ublf

用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr用來(lái)控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào)，因此電140DLC的任務(wù)在正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組脈沖；在反組晶閘管VR工作時(shí)，封鎖正組脈沖。0表示封鎖；1表示開放。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

DLC的任務(wù)在正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組脈沖；3.1.6141

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblfUblrUctrU*iUiU*iUi0LdAR（2）工作原理正向運(yùn)行：+-++-01-++----3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*142

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*iUiU*iUi0LdAR反向運(yùn)行---0++-1++----3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*1432．無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)（1）邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求?轉(zhuǎn)矩極性（必要條件）

分析V-M系統(tǒng)四象限運(yùn)行的特性，有如下共同特征：正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檎措娏鳛檎?；反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向?yàn)樨?fù)，即電流為負(fù)。因此，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)矩信號(hào)作為DLC的輸入信號(hào)。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

2．無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)（1）邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求3.1.6144

由于ASR的輸出信號(hào)正好代表了轉(zhuǎn)矩方向（U*i的極性與系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的極性相反），即有：正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)，U*i為負(fù)；反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)，U*i為正。

DLC應(yīng)先鑒別電流給定信號(hào)U*i的極性：當(dāng)U*i由負(fù)變正時(shí)，先封鎖正組，后開放反組；當(dāng)U*i由正變負(fù)時(shí)，先封鎖反組，后開放正組；U*i極性的變化是邏輯切換的必要條件。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

由于ASR的輸出信號(hào)正好代表了轉(zhuǎn)矩方向（U*i145?零電流檢測(cè)（充分條件）又因?yàn)閁*i

極性的變化只表明系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩反向的意圖，轉(zhuǎn)矩極性的真正變換還要滯后一段時(shí)間。只有在實(shí)際電流過(guò)零時(shí)，才開始反向，因此，需要檢測(cè)零電流信號(hào)作為DLC的另一個(gè)輸入信號(hào)。即只有在實(shí)際電流降到0的時(shí)候，才能給DLC發(fā)出指令。需要一個(gè)零電流檢測(cè)信號(hào)Ui0。零電流檢測(cè)信號(hào)是邏輯切換的充分條件。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

?零電流檢測(cè)（充分條件）又因?yàn)閁*i極性的變化只表明146

DLC的輸出要求

正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；

反向制動(dòng)：VF逆變，開放VF，封鎖VR；

反向運(yùn)行：VR整流，開放VR，封鎖VF；

正向制動(dòng)：VR逆變，開放VR，封鎖VF；因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：

VF開放—Ublf

=1，VF封鎖—Ublf=0；

VR開放—Ublr=1，VR封鎖—Ublr=0。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

DLC的輸出要求正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；147

DLC的內(nèi)部邏輯要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量；根據(jù)輸入信號(hào)，做出正確的邏輯判斷；為保證兩組晶閘管裝置可靠切換，需要有兩個(gè)延時(shí)時(shí)間：(1)t1延時(shí)——關(guān)斷等待時(shí)間（封鎖延時(shí)），以確認(rèn)電流已經(jīng)過(guò)零，而非因電流脈動(dòng)引起的誤信號(hào)；(2)t2延時(shí)——觸發(fā)等待時(shí)間（開放延時(shí)），以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止其重新導(dǎo)通。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

DLC的內(nèi)部邏輯要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開148具有邏輯連鎖保護(hù)功能，以保證在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反的，決不容許兩組晶閘管同時(shí)開放脈沖，確保主電路沒(méi)有出現(xiàn)環(huán)流的可能。切換原則：先封后開3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

具有邏輯連鎖保護(hù)功能，以保證在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反149?DLC工作原理總結(jié)用電流給定信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩極性鑒定信號(hào)，根據(jù)Ui*的極性決定哪一組觸發(fā)脈沖開放，哪一組封鎖；但必須等到零電流信號(hào)后，方可發(fā)出邏輯切換指令。發(fā)出指令后，需經(jīng)過(guò)封鎖延時(shí)t1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖，再經(jīng)過(guò)開放延時(shí)t2后才能開放另一組脈沖。無(wú)論如何，兩組晶閘管絕對(duì)不允許同時(shí)加觸發(fā)脈沖，一組工作時(shí)，必須封鎖另一組的觸發(fā)脈沖。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

?DLC工作原理總結(jié)用電流給定信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩極性鑒定信號(hào)，150

（2）電路總體結(jié)構(gòu)

這樣，根據(jù)上述分析DLC電路應(yīng)具有如下結(jié)構(gòu)：電平檢測(cè)邏輯判斷延時(shí)電路連鎖保護(hù)Ui0U*iUblfUblr3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

（2）電路總體結(jié)構(gòu)這樣，根據(jù)上述分析DLC電151給定電流極性鑒別

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

給定電流極性鑒別3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)152零電流檢測(cè)

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

零電流檢測(cè)3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)1533.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)1543.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)155電流波形3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

電流波形3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)156轉(zhuǎn)速波形3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)速波形3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)157（5）無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)的其他實(shí)現(xiàn)

無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)是邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是：當(dāng)需要切換到正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組觸發(fā)脈沖而開放正組脈沖；當(dāng)需要切換到反組VR工作時(shí)，封鎖正組而開放反組。通常都用數(shù)字控制，如數(shù)字邏輯電路、微機(jī)軟件、PLC等，用以實(shí)現(xiàn)同樣的邏輯控制關(guān)系。3.1.6邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

（5）無(wú)環(huán)流邏輯控