直流調(diào)速系統(tǒng)

電氣傳動(dòng)：又稱電機(jī)拖動(dòng)，是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱。國際電工委會員（IEC）將電氣傳動(dòng)歸入“運(yùn)動(dòng)控制”范疇。主要特點(diǎn)：功率范圍極大，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦；調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，在無變速機(jī)構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達(dá)1：10000；適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。緒論電氣傳動(dòng)與國民經(jīng)濟(jì)，人民生活有著密切聯(lián)系并起著重要的作用，廣泛用于礦山，冶金，機(jī)械，輕工，港口，石化，航空航天等各個(gè)行業(yè)以及日常生活之中。大型調(diào)速系統(tǒng)：礦井提升、礦山機(jī)械、軋鋼機(jī)、起重機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、精密機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)等；小容量調(diào)速系統(tǒng)：空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的用電量占我國總發(fā)電量的60%以上，據(jù)預(yù)測，至2010年，我國電氣傳動(dòng)產(chǎn)品市場需求年增長率為20%以上，市場前景廣闊。隨著對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，越來越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。二、電氣傳動(dòng)的分類

電氣傳動(dòng)可分為不調(diào)速和調(diào)速兩大類。按照電動(dòng)機(jī)的類型不同，電氣傳動(dòng)又分為直流和交流傳動(dòng)兩大類。直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生，但當(dāng)時(shí)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是不調(diào)速系統(tǒng)。

二、電氣傳動(dòng)的分類

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。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。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)。三、電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)、電源裝置、和控制裝置系統(tǒng)三部分組成，它們各自有多種設(shè)備或電路可供選擇，不同的組合構(gòu)成了電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性。（一）電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)比較直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：需要定期更換電刷和換向器、維護(hù)保養(yǎng)困難、壽命較短；由于直流電動(dòng)機(jī)存在換向火花，難以應(yīng)用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、工作可靠、易于維護(hù)保養(yǎng)；不存在換向火花，可以用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；容易制造出大容量、高轉(zhuǎn)速和高電壓的電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的啟、制動(dòng)性能；易于在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速；（二）電源裝置電動(dòng)機(jī)的電源裝置分母線供電裝置、機(jī)組變流裝置和電力電子變流裝置三大類。2.電力電子變流裝置按使用的器件可分為：

（1）汞弧整流器，在20世紀(jì)60～70年代以前盛行，現(xiàn)已淘汰；（2）普通晶閘管；（3）新型自關(guān)斷器件，如門極關(guān)斷（GTO）晶閘管、IGCT、IEGT等適用于中壓幾百千瓦至兆瓦功率等級（GTO晶閘管已被IGCT和IEGT所取代）；電力晶體管（BJT）、IGBT適用于幾千瓦至兆瓦功率等級（BJT已被IGBT所取代）；電力場效應(yīng)晶體管（POWERMOSFET）適用幾千瓦以下功率等級；其它還有靜電感應(yīng)晶體管（SIT）和靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）等，主要用于高頻變換等。(1)超大功率晶閘管——36MVA（6KV/6KA）GTO晶閘管(SCR)自問世以來，其功率容量提高了近3000倍。8KV/4KA——許多國家穩(wěn)定生產(chǎn)8KV/4KA——日本，光觸發(fā)晶閘管（LTT）6KV/6KA——美國、歐洲，電觸發(fā)晶閘管未來：12KV/10KA近十幾年來，由于自關(guān)斷器件（晶體管、場效應(yīng)管）的飛速發(fā)展，晶閘管的應(yīng)用領(lǐng)域有所縮小，但是，由于高電壓、大電流特性的存在，仍未淘汰。（2）脈沖功率閉合開關(guān)晶閘管應(yīng)用：適用于傳送極強(qiáng)的峰值功率（數(shù)MW）、極短的持續(xù)時(shí)間（數(shù)ns）的放電閉合開關(guān)場合。例如：激光器、高強(qiáng)度照明、放電點(diǎn)火（3）新型GTO器件——集成門極換流晶閘管高功率IGBT模塊集成門極換流IGCT晶閘管（三）控制裝置系統(tǒng)1.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)按所用的器件分：（1）電器控制：又稱繼電器-接觸器控制，與母線供電裝置配合使用；（2）電機(jī)擴(kuò)大機(jī)和磁放大器控制：與機(jī)組供電裝置配合使用，在20世紀(jì)30～60年代盛行，隨電子技術(shù)發(fā)展，已逐步淘汰；（3）電子控制裝置又分為電子管控制裝置（又有分立器件，中小規(guī)模集成電路及微機(jī)和專用大規(guī)模集成電路等幾代產(chǎn)品）2.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)按工作原理分：（1）邏輯控制：通過電氣控制裝置控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)或有級變速，控制信號來自主令電器或可編程序控制器。（2）連續(xù)速度調(diào)節(jié)：與機(jī)組或電力電子交流裝置配合使用，連續(xù)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這類系統(tǒng)按控制原則分開環(huán)控制，閉環(huán)控制及負(fù)荷控制三類。（三）控制裝置系統(tǒng)3.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)按控制信號的處理方法分：（1）模擬控制。（2）數(shù)字控制。（3）模擬/數(shù)字混合控制。4.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流連續(xù)速度調(diào)節(jié)：（1）單環(huán)控制線路。（2）雙環(huán)控制線路。5.電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)交流調(diào)速常用線路：（1）電壓/頻率比控制。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制。（3）矢量控制。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制。（三）控制裝置系統(tǒng)直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展概況：1.最早的直流調(diào)速系統(tǒng)采用接點(diǎn)控制，通過開關(guān)設(shè)備切換直流電動(dòng)機(jī)電樞或磁場回路電阻實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：方法簡單易行缺點(diǎn)：不能得到較寬的調(diào)速范圍和平滑的調(diào)速特性目前已經(jīng)極少采用2.1930年以后出現(xiàn)電機(jī)放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組供電給直流機(jī)組（由交流電動(dòng)機(jī)M和直流發(fā)電機(jī)G構(gòu)成，簡稱G-M系統(tǒng)）缺點(diǎn)：需要兩臺與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，設(shè)備龐大、占地面積大、投資高、維修工作量大。3.

隨著磁放大器、電機(jī)放大機(jī)等控制元件的問世和被采用，使直流調(diào)速系統(tǒng)能在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，具有良好的調(diào)速性能指標(biāo)，從而使直流電動(dòng)機(jī)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。4.汞弧整流器（水銀整流器）；水銀整流器—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的采用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)又進(jìn)一步得到提高，特別是系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性。缺點(diǎn)：維修不太方便，特別是水銀蒸氣對維護(hù)人員會造成一定的危害。特點(diǎn)：利用直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入電壓有著簡單的比例關(guān)系的原理，通過調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電路或汞弧整流器的觸發(fā)相位來獲得可變的直流電壓供給直流電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展概況：5.1957年晶閘管問世后，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳動(dòng)中占據(jù)主要地位。優(yōu)點(diǎn)：體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等，用晶閘管變流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，不僅在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠性上有所提高，且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，其功率放大倍數(shù)在一萬倍以上，比機(jī)組高近一千倍，比水銀整流器高幾十倍?？焖夙憫?yīng)特性，機(jī)組是秒級，晶閘管是毫秒級。6.微機(jī)控制的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，寬范圍的調(diào)速控制，代表著直流調(diào)速的發(fā)展方向。直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展概況：直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)

其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

可逆調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)1-1直流調(diào)速系統(tǒng)的基本概念一、直流調(diào)速主要的調(diào)速方法

1、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)供電原理圖圖1-1直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)供電原理圖

為電源空載電壓；為電動(dòng)機(jī)電樞電壓；E為電樞電動(dòng)勢；R為電樞回路總電阻，n轉(zhuǎn)速，單位r/min；Φ為勵(lì)磁磁通；Ke為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢系數(shù)。2.直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方程式中：3、直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

(1)電樞回路串電阻調(diào)速特點(diǎn)：損耗較大、有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。(2)弱磁調(diào)速特點(diǎn)：只能弱磁，調(diào)速范圍小(3)變電樞電壓調(diào)速特點(diǎn)：機(jī)械特性上下平移、可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，但只能降壓調(diào)速。是主要的調(diào)速方式。

工程上，常將調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴(kuò)大調(diào)速范圍。

圖1-2調(diào)壓和調(diào)磁時(shí)的機(jī)械特性

二、調(diào)壓調(diào)速的關(guān)鍵裝置--可控直流電源常用的可控直流電源有以下三種：1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組2、靜止可控整流器3、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器1、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組----用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)，以獲得可調(diào)的直流電壓（G-M系統(tǒng)）。

組成：由~M拖動(dòng)=G→=G給=M供電→直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE給=G和=M勵(lì)磁。原理：調(diào)節(jié)→U改變→轉(zhuǎn)速n變化。改變方向，n轉(zhuǎn)向跟著改變。特點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝維護(hù)不便、運(yùn)行有噪聲。2、靜止可控整流器--利用靜止的可控整流器(如晶閘管可控整流器)，獲得可調(diào)的直流電壓。（V-M系統(tǒng)）晶閘管整流器可以是單相、三相或多相；電路形式可以是半波、全波、半控、全控等類型；通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，可改變整流電壓Ud，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。

優(yōu)點(diǎn):整流裝置效率高、體積小、成本低、無噪聲。缺點(diǎn):可逆難；過電壓、過電流能力差；諧波電流大。組成：原理：3、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器——用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。VT工作于開關(guān)狀態(tài)。VT通時(shí)，U加到M；VT斷時(shí)，U與M斷開，M經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。平均電壓可通過改變VT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行穩(wěn)定、效率高、靜動(dòng)態(tài)性能好；缺點(diǎn):容量不大原理：1、系統(tǒng)組成三、開環(huán)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性

2.調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)→改變移相角α→改變→改變。3.開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性晶閘管整流器可看成是一個(gè)線性的可控電壓源特性很軟，呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。電流連續(xù)時(shí)：電流斷續(xù)時(shí)：其中：為轉(zhuǎn)速降，越小，機(jī)械特性的硬度越大。取決于電樞回路電阻R及所加的負(fù)載大小。機(jī)械特性的近似處理方法：(1)在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線交點(diǎn)n0作為理想空載轉(zhuǎn)速。

(2)在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。一般可近似的只考慮連續(xù)段。

(2)在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。一般可近似的只考慮連續(xù)段。直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)一、靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)

1.靜差度S：

靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。

速度穩(wěn)定性指標(biāo)

當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即要求靜差度S小于一定數(shù)值。

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈高;

在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿足要求。

2.調(diào)速范圍D

在額定負(fù)載下，允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍。

3.調(diào)速的平滑性

調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速差來衡量的。

調(diào)速無級調(diào)速有級調(diào)速以改變直流電動(dòng)機(jī)電樞外加電壓調(diào)速為例，說明調(diào)速范圍D與靜差度S之間的關(guān)系：最高速度由系統(tǒng)中所使用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定；靜差度S和調(diào)速范圍D由生產(chǎn)機(jī)械的要求決定；當(dāng)上述三個(gè)參數(shù)確定后，則要求靜態(tài)速降是一個(gè)定值。二、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)

從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)（啟動(dòng)、制動(dòng)過程僅是特例而已），由于有電磁慣性和機(jī)械慣性，過程不能瞬時(shí)完成，而需要一段時(shí)間，即要經(jīng)過一段過渡過程，或稱動(dòng)態(tài)過程。

1.最大超調(diào)量

超調(diào)量超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太小，會使過渡過程過于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等范圍：超調(diào)量

2.過渡過程時(shí)間T

從輸入控制（或擾動(dòng)）作用于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量n進(jìn)入（0.05～0.02）n2穩(wěn)定值區(qū)間時(shí)為止（并且以后不再越出這個(gè)范圍）的一段時(shí)間，叫作過渡過程時(shí)間。

過渡過程時(shí)間

3.振蕩次數(shù)N在過渡過程時(shí)間內(nèi),被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動(dòng)的次數(shù)，

如圖所示是三種不同調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量從x1改變?yōu)閤2時(shí)的變化情況。系統(tǒng)超調(diào)量過渡過程時(shí)間T振蕩次數(shù)性能10長無不好2大長多不好3小短中好一、比例控制與比例調(diào)節(jié)器1.比例(P)調(diào)節(jié)器式中Kp——P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。Uo——輸出信號2.比例控制的特點(diǎn)作用及時(shí)、快速、控制作用強(qiáng)，而且Kp值越大，系統(tǒng)的靜特性越好、靜差越小。比例控制是指系統(tǒng)的輸出量與輸入量(即偏差量)成比例的控制，簡稱P控制。ΔUi——輸入信號二、積分控制與積分調(diào)節(jié)器1.積分(I)調(diào)節(jié)器式中KI——I調(diào)節(jié)器的積分常數(shù)；

——I調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，=1/KI。2.積分控制的特點(diǎn)可以消除輸出量的穩(wěn)態(tài)誤差，能實(shí)現(xiàn)無靜差控制，這是積分控制的最大優(yōu)點(diǎn)。積分控制是指系統(tǒng)的輸出量與輸入量對時(shí)間的積分成正比例的控制，簡稱I控制。三、比例積分控制與比例積分調(diào)節(jié)器1.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器式中

——比例控制的輸出；

——積分控制的輸出；

——比例積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，TI=KP/KI。比例積分控制是把比例控制和積分控制作用結(jié)合起來。比例積分控制簡稱為PI控制。2.比例積分控制的特點(diǎn)1)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；系統(tǒng)基本上無靜差。2)減小超調(diào)量，降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。四、比例積分微分控制與比例積分微分調(diào)節(jié)器1.

比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器比例積分微分控制是把比例、積分、微分三種控制規(guī)律結(jié)合起來。比例積分微分控制，通常簡稱為PID控制。2.

比例積分微分控制的特點(diǎn)1)不但可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)無靜差，而且具有比PI控制更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。2)PID調(diào)節(jié)器是一種較為完善的調(diào)節(jié)器，其參數(shù)主要有比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD，三者必須根據(jù)被控對象的特性正確配合，才能充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，滿足控制系統(tǒng)的要求。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)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(fù)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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；（一）轉(zhuǎn)速負(fù)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(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類：1.2轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(1)原理框圖

(a)給定環(huán)節(jié)——產(chǎn)生控制信號：由高精度直流穩(wěn)壓電源和用于改變控制信號的電位器組成。(b)比較與放大環(huán)節(jié)——信號的比較與放大；由P、I、PI運(yùn)放器組成(2)各環(huán)節(jié)介紹(d)速度檢測環(huán)節(jié)：測速機(jī)反饋線路求出(反饋系數(shù));單位(c)觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)（組合體）--功率放大GT：單結(jié)晶體管、鋸齒波、正弦波觸發(fā)器;整流裝置：單相、三相、半控、全控.

(e)直流電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的電路：一個(gè)是電樞回路，另一個(gè)是勵(lì)磁回路。

動(dòng)態(tài)關(guān)系：

穩(wěn)態(tài)關(guān)系：

（2）對負(fù)載波動(dòng)等擾動(dòng)信號的調(diào)節(jié)——穩(wěn)速過程：

n基本不受負(fù)載波動(dòng)等擾動(dòng)輸入的影響（1）對給定信號的調(diào)節(jié)——調(diào)速過程：改變,則n改變

例如：2、系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程測速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M同軸相連，即兩者的速度相同，測速發(fā)電機(jī)用來測量電動(dòng)機(jī)的速度，稱檢測元件；轉(zhuǎn)換元件：將測速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號以便與給定電壓進(jìn)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(jìn)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(dòng)機(jī)電樞的外加電壓；

直流電動(dòng)機(jī)：系統(tǒng)的控制對象。由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：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(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。

2.工作原理

當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)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?。?/p>

改變Ug的大小可改變電動(dòng)機(jī)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(fù)載變化使Uf變化)

當(dāng)負(fù)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(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。

靜特性表示出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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)的開環(huán)放大倍數(shù)。如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出電壓:由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)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(shí)，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(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)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(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動(dòng)機(jī)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(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)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。3、閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性(1)閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的定性分析

(2)閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性的定量分析

①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

②系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸入輸出關(guān)系如下：

電壓比較環(huán)節(jié)

放大器

晶閘管整流器及觸發(fā)裝置

V-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性

轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)

③單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

由系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖得到系統(tǒng)的靜特性方程為為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。式中：三、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的比較

1、開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性

斷開轉(zhuǎn)速反饋回路（令，則K=0）則得開環(huán)機(jī)械特性為：2、閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性：(1)閉環(huán)靜特性比開環(huán)機(jī)械特性硬得多。在同樣的負(fù)載下，兩者的穩(wěn)態(tài)速降分別為：關(guān)系是

(2)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開環(huán)系統(tǒng)的靜差率小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為當(dāng)

時(shí)

比較后得出結(jié)論：如果電機(jī)的最高速都是nnom，且對最低速的靜差率要求相同，

(4)閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。(3)當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可大大提高。

閉環(huán)時(shí)

所以

則開環(huán)時(shí)閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的靜特性，且閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)越大，靜特性就越硬，在保證一定靜差率要求下其調(diào)速范圍越大，但必須增設(shè)轉(zhuǎn)速檢測與反饋環(huán)節(jié)和放大器。

結(jié)論例1-1龍門刨床工作臺采用Z2-93型直流電動(dòng)機(jī)，VAr/min、kWRa=0.05ΩKs=30晶閘管整流器的內(nèi)阻Rrec=0.13Ω要求D=20，s≤5%問若采用開環(huán)V-M系統(tǒng)能否滿足要求？若采用α=0.015V·min/r轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，問放大器的放大系數(shù)為多大時(shí)才能滿足要求？問題解（1）設(shè)系統(tǒng)滿足D=20，檢驗(yàn)系統(tǒng)是否滿足s≤5%？

（2）那么同時(shí)滿足D=20，s≤5%的可見只要放大器的放大系數(shù)大于或等于46，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足要求。(在上述閉環(huán)條件下，如何判斷系統(tǒng)能否正常工作？)

（3）采用負(fù)反饋，則開環(huán)放大系數(shù)K為：得：課后作業(yè)：四、反饋控制規(guī)律改變給定，轉(zhuǎn)速n隨之變化。即被調(diào)量總是緊緊跟隨給定信號變化的。2、被調(diào)量緊緊跟隨給定量變化3、閉環(huán)系統(tǒng)對反饋環(huán)內(nèi)

主通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效抑制1、采用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)是有靜差的只有當(dāng)K=∞時(shí)→Δncl=0。而比例控制的K≠∞→Δncl≠0。閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為擾動(dòng)：當(dāng)給定不變時(shí)，把引起被調(diào)量轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的所有因素稱為擾動(dòng)。

擾動(dòng)因素：交流電源電壓波動(dòng)、電機(jī)勵(lì)磁電流的變化、放大器放大系數(shù)的飄移、溫度變化引起的主電路電阻的變化、負(fù)載變化等等，如下圖所示。結(jié)論：反饋環(huán)內(nèi)且作用在控制系統(tǒng)主通道上的各種擾動(dòng)，通過反饋控制作用可減小它們對轉(zhuǎn)速的影響。4、反饋控制系統(tǒng)對給定電源和檢測裝置的擾動(dòng)是無法抑制的

當(dāng)給定電源發(fā)生不應(yīng)有的波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速會隨之變化。因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)需要高精度的穩(wěn)壓電源。

反饋控制系統(tǒng)無法抑制由反饋檢測環(huán)節(jié)本身誤差引起的被調(diào)量的偏差。為此，高精度的系統(tǒng)還必須有高精度的反饋檢測元件作保證。五、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

例1-2直流調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，根據(jù)給定的技術(shù)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)計(jì)算。已知數(shù)據(jù)如下：4.測速發(fā)電機(jī)：永磁式直流測速發(fā)電機(jī)，Pnom=23.1W、Unom=110/V、Inom=0.21/A、nnom=1900/r/min。1.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為Pnom=10kW、Unom=220V、Inom=55A、nnom=1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω。2.晶閘管裝置：三相全控橋式整流電路，變壓器Y/Y接法，二次線電壓U2l=230V，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks=44。3.V-M系統(tǒng)：主回路總電阻R=1.0/Ω。5.生產(chǎn)機(jī)械：要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%。

解：1.為滿足D=10，s≤5%，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為2.根據(jù)Δncl，確定系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K式中測速反饋系數(shù)α包含測速發(fā)電機(jī)的電勢轉(zhuǎn)速比Cetg和電位器RP2的分壓系數(shù)α2，即根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)，

本系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源為15V，最大轉(zhuǎn)速給定為12V時(shí)，對應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，即=12V時(shí)，n=1000r/min，測速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接硬軸聯(lián)接。

3.計(jì)算測速反饋環(huán)節(jié)的參數(shù)當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，近似認(rèn)為

，則

電位器RP2的選擇方法如下：當(dāng)測速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓，且其電流約為額定值的20%時(shí)，測速發(fā)電機(jī)電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小。則此時(shí)RP2所消耗的功率為

為了使電位器不過熱，實(shí)選功率應(yīng)為消耗功率的一倍以

上，故選RP2為10W、1.5kΩ的可調(diào)電位器。

4、計(jì)算放大器的電壓放大系數(shù)

實(shí)?。薖＝20。

如果取放大器輸入電阻Ｒ0＝20/kΩ，則Ｒ１＝ＫPＲ０＝20×20/kΩ＝400/kΩ。

六、限流保護(hù)—電流截止負(fù)反饋起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)：通過自動(dòng)限流環(huán)節(jié)，使正常運(yùn)行時(shí)：限制電樞電流的環(huán)節(jié)自動(dòng)取消。

3.措施的實(shí)現(xiàn)

(一)為使,可采用電流負(fù)反饋。

1.問題的提出2.解決措施全壓起動(dòng)：會產(chǎn)生很大的沖擊電流，對于M和KP不利。生產(chǎn)機(jī)械的堵轉(zhuǎn)，電流很大。②限流原理

①系統(tǒng)原理圖：

③結(jié)構(gòu)圖

從靜特性方程知：正常運(yùn)行時(shí)，電流負(fù)反饋的存在將使系統(tǒng)的靜差大大增加。

④靜特性方程

存在的問題：(二)為在正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)取消電流負(fù)反饋限流環(huán)節(jié)，可采用電流截止負(fù)反饋。

①帶電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)原理圖

圖中電流反饋信號取自小電阻Rs兩端，IdRs正比于電樞電流，設(shè)Idcr為臨界截止電流，Ucom

=IdcrRs為比較電壓。

當(dāng)IdRs>Ucom（即Id>Idcr）時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為，系統(tǒng)靜特性較軟。

當(dāng)IdRs≤Ucom（即Id≤Idcr）時(shí)，二極管截止，電流負(fù)反饋被切斷，此時(shí)系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其靜特性很硬。

調(diào)節(jié)Ucom的大小，即可改變臨界截止電流Idcr的大小。其限流原理為：②系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)電流截止負(fù)反饋的特性和結(jié)構(gòu)圖可推出系統(tǒng)的靜特性方程：當(dāng)IdRs≤Ucom時(shí)，電流截止負(fù)反饋不起作用。③系統(tǒng)的靜特性方程：對應(yīng)于圖1-17的n0′-A段當(dāng)IdRs>Ucom時(shí)，即電流截止負(fù)反饋起作用。圖1-17對應(yīng)于圖1-17的A-B段兩段相比有如下特性：

(1)>>n0，因?yàn)閁com與作用一致，因而提高了。-A段因電流負(fù)反饋被截止而不存在。

(2)Δn′>>Δn，因?yàn)殡娏髫?fù)反饋起作用時(shí)，相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsRs，因此穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。這樣的兩段式靜特性通常稱為“挖土機(jī)特性”。

當(dāng)系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0，則

一般KpKsRs>>R，所以

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于n0-A段，希望有足夠?qū)挼倪\(yùn)行范圍。一般取Idcr≥1.2Inom，即

式中λ為電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)，一般為1.5~2。由上二式可得

上述關(guān)系可作為設(shè)計(jì)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。電流截止環(huán)節(jié)的其他電路：利用穩(wěn)壓管VST產(chǎn)生比較電壓的原理見圖（a）；采用封鎖運(yùn)算放大器的原理見圖（b）

ab第三節(jié)其它反饋形式在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋須有測速發(fā)電機(jī)。從

可知：如果忽略電樞壓降，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n近似正比于電樞兩端電壓?？刹捎秒妷贺?fù)反饋代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，維持轉(zhuǎn)速n基本不變。由圖可見，反饋檢測元件是起分壓作用的電位器RP2。電壓反饋信號Uu=γUd，γ為電壓反饋系數(shù)。為了分析方便，把電樞總電阻分成兩部分，即R=Rn+Ra，Rn為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平波電抗器電阻），Ra為電樞電阻。由此可得其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式為

式中K=γKpKs由方程知，電壓負(fù)反饋把反饋環(huán)包圍的整流裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降減小到1/（1+K）。擾動(dòng)量IdRa不包圍在反饋環(huán)內(nèi)，由它引起的穩(wěn)態(tài)速降得不到抑制。為此引入電流正反饋，以補(bǔ)償電樞電阻引起的穩(wěn)態(tài)速降。二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

二、電壓負(fù)反饋帶電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)

原理圖Q1問題的提出Q2積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律Q3比例積分控制規(guī)律1.5比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)采用P放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，Kp

越大，系統(tǒng)精度越高；但Kp

過大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。分析靜差產(chǎn)生的原因：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（比例調(diào)節(jié)器）的輸出為Uc=Kp

UnUc

0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即

Un

0；Uc

=0，電動(dòng)機(jī)停止。因此，在采用比例調(diào)節(jié)器控制的自動(dòng)系統(tǒng)中，輸入偏差是維系系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，必然要產(chǎn)生靜差，因此是有靜差系統(tǒng)。如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其他控制方法，比如：采用積分（Integration）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器來代替比例放大器。圖1-43積分調(diào)節(jié)器a)原理圖++CUexRbalUinR0+Aii1.積分調(diào)節(jié)器方程兩邊取積分，得

(1-63)

式中

=R0C—積分時(shí)間常數(shù)。積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為

(1-65)

b)階躍輸入時(shí)的輸出特性

UexUinUexmtUinUexOΦ(ω)ωL/dBOL(ω)-20dB1/

ωΦO-π/2c)Bode圖圖1-43積分調(diào)節(jié)器當(dāng)初始值為零時(shí)，在階躍輸入作用下，對上式進(jìn)行積分運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出(1-64)

如果采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓Uc是轉(zhuǎn)速偏差電壓

Un的積分，按照式（1-63），應(yīng)有

若初值不是零，還應(yīng)加上初始電壓Uc0

，則積分式變成

圖1-45積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程a)階躍輸入b)一般輸入輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程

Un是階躍函數(shù)，Uc

按線性規(guī)律增長。每一時(shí)刻Uc

的大小和

Un

與橫軸所包圍的面積成正比。

Un

是負(fù)載變化時(shí)的偏差電壓波形，按照

Un與橫軸所包圍面積的正比關(guān)系，可得相應(yīng)的Uc

曲線，圖中

Un的最大值對應(yīng)于Uc

的拐點(diǎn)。在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng)

Un

變化時(shí)，只要其極性不變，即只要仍是Un*Un

，積分調(diào)節(jié)器的輸出Uc

便一直增長；只有達(dá)到Un*=Un

，

Un

=0時(shí)，Uc

才停止上升；不到

Un

變負(fù)，Uc

不會下降。值得特別強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)

Un

=0時(shí)，Uc并不是零，而是一個(gè)終值Ucf

；如果

Un

不再變化，此終值便保持恒定不變，這是積分控制的特點(diǎn)。（與比例控制相對比）分析結(jié)果采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。圖1-44有靜差調(diào)速系統(tǒng)圖1-46積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1

突增到TL2

時(shí)突加負(fù)載過程比較分析結(jié)果比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。

(穩(wěn)態(tài)精度)上一小節(jié)從無靜差的角度突出地表明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，(動(dòng)態(tài)響應(yīng))但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。τ

UexUinUexmtUinUexOb)I調(diào)節(jié)器a)P調(diào)節(jié)器UexUintUinUexO如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。

PI調(diào)節(jié)器Uex++C1RbalUinR0+AR1圖1-38

比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

i0i1

(1-60)PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。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)微分項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)用一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)來表示，PI調(diào)節(jié)器輸出時(shí)間特性

UexUinUexmtUinUexOKpiUin圖1-39

PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時(shí)間特性在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時(shí)間特性示于圖1-39，從這個(gè)特性上可以看出比例積分作用的物理意義。因此，PI調(diào)節(jié)器輸出是由比例和積分兩部分相加而成的。Uex++C1RbalUinR0+AR1i0i1(圖1-39)階躍輸入情況分析結(jié)果除此以外，比例積分調(diào)節(jié)器還是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的校正裝置，因此，它在調(diào)速系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

由此可見，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。

1.系統(tǒng)組成及工作原理++-+-M

TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT

VSUiTAIdR1C1UnUd圖1-48無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)示例

-+MTG+++-UPE～·采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無靜差采用電流截止負(fù)反饋來限制動(dòng)態(tài)過程的沖擊電流。TA為檢測電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號。當(dāng)電流超過截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VBT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。2.穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性

當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PI調(diào)節(jié)器的方框中無法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。

圖1-49無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（Id

<

Idcr

）

Ks

1/CeU*nUc?UnIdREnUd0Un++--

當(dāng)Id

<

Idcr

時(shí)，系統(tǒng)無靜差，靜特性是不同轉(zhuǎn)速時(shí)的一族水平線。

當(dāng)Id

>

Idcr

時(shí)，電流截止負(fù)反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個(gè)靜特性近似呈矩形。

OIdIdcrn1n2nmaxn圖1-50帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖所示。

必須指出

嚴(yán)格地說，“無靜差”只是理論上的，實(shí)際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，PI調(diào)節(jié)器積分電容兩端電壓不變，相當(dāng)于運(yùn)算放大器的反饋回路開路，其放大系數(shù)等于運(yùn)算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值最大，但并不是無窮大。因此其輸入端仍存在很小的

Un

，而不是零。這就是說，實(shí)際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而已。

3、電流檢測電路

電流截止反饋信號Ui也可以由交流側(cè)的電流互感器測得，再經(jīng)橋式整流后輸出的直流信號。

第3章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

電流截止負(fù)反饋只能在整個(gè)啟動(dòng)過程中限制最大電流，而不能維持最大電流，影響啟動(dòng)快速性（即啟動(dòng)時(shí)間ts較長）。

一、問題的提出二、解決問題的措施——實(shí)現(xiàn)理想的啟動(dòng)1、理想啟動(dòng)過程理想啟動(dòng)波形如下圖示，整個(gè)啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速以直線規(guī)律上升；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。2、實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)過程的方法采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。（1）啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；三、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。（一）系統(tǒng)的組成ASR輸出限幅值為U*im，它決定了主回路中的最大允許電流Idm。1、設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。2、ACR和電流檢測-反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)（副環(huán)）；ASR和轉(zhuǎn)速檢測-反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成了轉(zhuǎn)速環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)（又稱主環(huán)）。ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，其輸入輸出設(shè)有限幅電路。ACR輸出限幅值為Uctm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓Udm的最大值。（二）系統(tǒng)的工作原理雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

1、以ACR為核心的電流環(huán)——作用是穩(wěn)定電流穩(wěn)態(tài)時(shí)，ΔUi=-U*i+Ui=

-U*i+βId=0，即Id=U*i/β。其中β為電流反饋系數(shù)。當(dāng)U*i一定時(shí)，由于電流負(fù)反饋的作用，使輸出電流保持在U*i/β數(shù)值上。當(dāng)Id>U*i/β時(shí)，調(diào)節(jié)過程如下：

最終保持電流穩(wěn)定。當(dāng)電流下降時(shí)，也有類似的調(diào)節(jié)過程。

2.以ASR為核心的轉(zhuǎn)速環(huán)——作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。穩(wěn)態(tài)時(shí)，ΔUn=U*n-αn=0，即n=U*n/α。其中α為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。當(dāng)U*n一定時(shí)，轉(zhuǎn)速n將穩(wěn)定在U*n/α數(shù)值上。當(dāng)n<U*n/α?xí)r，其自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如下：最終保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，也有類似的調(diào)節(jié)過程。雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性具有近似理想的“挖土機(jī)特性”（見圖中實(shí)線）四、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

啟動(dòng)時(shí)，突加階躍U*n，ASR飽和，輸出限幅值U*im且不變，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)。電流負(fù)反饋起恒流調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速線性上升，獲得極好的下垂特性，如圖中的AB段虛線。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值且略有超調(diào)時(shí)，ASR退飽和，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起調(diào)節(jié)作用，使轉(zhuǎn)速保持恒定，即n=U*n/α保持不變。見圖中n0-A段虛線。2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

當(dāng)ASR和ACR都不飽和且系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，各變量間的關(guān)系為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

電流反饋系數(shù)

其中U*nm和

U*

im是最大轉(zhuǎn)速給定電壓及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓。（二）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)特性啟動(dòng)特性如圖所示。動(dòng)態(tài)響應(yīng)分為三個(gè)階段。

1、啟動(dòng)過程的第一階段（電流上升）原因：啟動(dòng)時(shí)，最大，ASR的輸出很快達(dá)到限幅值。此時(shí)，作為電流環(huán)的給定電壓，其輸出電流迅速上升，當(dāng)時(shí)，開始上升，由于ACR的調(diào)節(jié)作用，很快使。標(biāo)志電流上升過程結(jié)束。狀態(tài)：ASR達(dá)到飽和狀態(tài)，不再起調(diào)節(jié)作用。因，Ui比Un增長快，ACR不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用。特征關(guān)系：為電流閉環(huán)的整定依據(jù)關(guān)鍵位置：A：

時(shí)，n開始升速；時(shí)，快速啟動(dòng)。

B:

2、啟動(dòng)過程的第二階段（恒流升速）

原因：隨著轉(zhuǎn)速上升，電流將從Idm回落。但由于ACR的無靜差調(diào)節(jié)作用，使，即電流保持最大值Idm。轉(zhuǎn)速線性上升，接近理想的啟動(dòng)過程。狀態(tài)：ASR保持飽和，ACR保持線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。

特征關(guān)系：

，Uct線性上升。

關(guān)鍵位置：C:

狀態(tài)：ASR退出飽和，速度環(huán)開始調(diào)節(jié)，n跟隨變化；ACR保持在不飽和狀態(tài)，Id緊密跟隨變化3、啟動(dòng)過程的第三階段（轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定）

原因：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到時(shí)，。但此時(shí)電樞電流仍保持最大值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，從而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)轉(zhuǎn)速n大于時(shí)，，ASR退出飽和。經(jīng)ASR的調(diào)節(jié)，最終使n保持在n*的數(shù)值上。而ACR調(diào)節(jié)使dLdII=特征關(guān)系：穩(wěn)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器輸入/輸出電壓：

關(guān)鍵位置：D：n為峰值；E：

穩(wěn)態(tài)。

可以看出：ASR在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程的第一階段由不飽和到飽和、第二階段處于飽和狀態(tài)、第三階段從退飽和到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)；而ACR始終處于線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。

五、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用（一）ACR的作用：1、起電流調(diào)節(jié)作用。（1）啟動(dòng)時(shí)，在ASR的飽和作用下，經(jīng)ACR調(diào)節(jié)，使電樞電流保持允許的最大值Idm，加快過渡過程，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)。（2）通過設(shè)置ASR的飽和限幅值，依靠ACR的調(diào)節(jié)作用，可限制最大電樞電流，2、當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，通過ACR的調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)電壓的波動(dòng)幾乎不對轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。3、在電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，一方面限制過大的電流，起到快速保護(hù)作用；另一方面，使轉(zhuǎn)速迅速下降，實(shí)現(xiàn)了“挖土機(jī)”特性。（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1、起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用。（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化。（2）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。使轉(zhuǎn)速保持在的數(shù)值上，無靜差。2、在負(fù)載變化（或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動(dòng)）而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時(shí)，靠ASR的調(diào)節(jié)作用來消除轉(zhuǎn)速偏差，保持轉(zhuǎn)速恒定。3、ASR的輸出限幅值決定了系統(tǒng)允許的最大電流，作用于ACR，以獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。六、雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的改進(jìn)——轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速超調(diào)，且抗擾性能也有限制。在ASR上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，可抑制超調(diào)、降低動(dòng)態(tài)速降，提高抗擾性能。電路上增加了電容Cdn和電阻Rdn，在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上疊加上一個(gè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。只要有轉(zhuǎn)速超調(diào)和動(dòng)態(tài)速降的趨勢，微分負(fù)反饋就開始進(jìn)行調(diào)節(jié)。第四章可逆調(diào)速系統(tǒng)一、可逆運(yùn)行及可逆電路

可逆運(yùn)行→電磁轉(zhuǎn)矩可逆→電磁轉(zhuǎn)矩可逆，而轉(zhuǎn)矩方向由磁場方向和電樞電壓的極性共同決定。

（1）電樞可逆調(diào)速系統(tǒng)：勵(lì)磁磁場方向不變，改變電樞電壓極性實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行；

（2）磁場可逆調(diào)速系統(tǒng)：電樞電壓極性不變，改變勵(lì)磁電流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行。與此對應(yīng)，V-M系統(tǒng)的可逆電路有兩種方式：

（1）電樞反接可逆電路；（2）勵(lì)磁反接可逆電路。（一）電樞反接可逆電路

1、兩組晶閘管裝置供電的可逆電路

1）當(dāng)正組晶閘管裝置VF向電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，提供正向電樞電流Id

，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；

2）當(dāng)反組晶閘管裝置VR向電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，提供反向電樞電流-

Id

，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

圖1-38電樞反接兩套晶閘管反并聯(lián)可逆線路2、兩組晶閘管裝置供電的可逆線路的兩種形式：1）反并聯(lián)：兩組晶閘管由同一個(gè)交流電源供電，且要有四個(gè)限制環(huán)流的電抗器；（a）反并聯(lián)可逆線路（2）交叉連接：兩組晶閘管由兩個(gè)獨(dú)立的交流電源供電，只要兩個(gè)限制環(huán)流的電抗器（兩臺整流變壓器或一臺整流變壓器的兩個(gè)二次繞組）。

（b）交叉連接可逆線路電樞可逆線路的特點(diǎn)是：切換速度快、控制靈活。是可逆系統(tǒng)的主要型式。在要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的可逆系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。（二）勵(lì)磁反接可逆電路

電樞用一組晶閘管供電并調(diào)速，而勵(lì)磁繞組由兩組晶閘管反并聯(lián)供電，可采用反并聯(lián)或交叉連接來改變勵(lì)磁電流的方向。特點(diǎn)是：勵(lì)磁反接所需的晶閘管容量小，但勵(lì)磁反向過程慢。主要適用于對快速性要求不高，正、反轉(zhuǎn)不太頻繁的大容量可逆系統(tǒng)，例如卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車等。

（a）電樞電路（b）勵(lì)磁反接可逆線路圖1-40兩組晶閘管供電的勵(lì)磁反接可逆線路三、可逆調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流分析（一）環(huán)流的利弊及其種類

環(huán)流的定義：指不流過負(fù)載，而只在兩組晶閘管間流通的短路電流。如圖所示的Ic

。圖1-43反并聯(lián)可逆線路中的環(huán)流Id

—負(fù)載電流Ic—環(huán)流

Rrec—整流裝置內(nèi)阻

2.環(huán)流的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適度的環(huán)流能使V-M系統(tǒng)保持電流連續(xù)，避免電流斷續(xù)對系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響；可逆系統(tǒng)中的少量環(huán)流，可保證電流無換向死區(qū)加快過渡過程。缺點(diǎn)：加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)；太大時(shí)會損壞晶閘管。3.環(huán)流的種類環(huán)流可以分為兩大類：（1）靜態(tài)環(huán)流。當(dāng)晶閘管裝置在一定的控制角下穩(wěn)定工作時(shí)，可逆線路中出現(xiàn)的環(huán)流叫靜態(tài)環(huán)流。靜態(tài)環(huán)流又可分為：①直流平均環(huán)流：由于兩組晶閘管裝置間存在正向直流電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流稱為直流平均環(huán)流。

②瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流：由于整流電壓和逆變電壓瞬時(shí)值不相等而產(chǎn)生的環(huán)流稱為瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)不存在，而只在系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流，叫做動(dòng)態(tài)環(huán)流。（二）直流平均環(huán)流與配合控制1.直流平均環(huán)流（1）直流平均環(huán)流產(chǎn)生的原因在圖1-43中，若VF和VR都處于整流狀態(tài)，且Udof和Udor正負(fù)相連，將造成直流電源短路，此短路電流即為直流平均環(huán)流。（2）消除直流平均環(huán)流的措施

辦法：當(dāng)VF整流，輸出時(shí)，VR處于逆變，輸出，把頂住。設(shè)：VF組處于整流狀態(tài)，即<900，當(dāng)VR組處于逆變狀態(tài)，即<900，則此時(shí)和極性相反。但數(shù)值又有如下三種情況：第一種：若，則。由于兩組晶閘管裝置的內(nèi)阻很小，此時(shí)不大的直流電壓差也會導(dǎo)致很大的直流環(huán)流。第二種：若，則。由于主回路無直流電壓差，所以無直流環(huán)流。第三種：若，則。兩組晶閘管間為反向直流電壓差，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不產(chǎn)生直流環(huán)流。同理，若VF處于逆變狀態(tài)，VR處于整流狀態(tài)。同樣可以分析出時(shí)，有直流環(huán)流；當(dāng)時(shí)，無直流環(huán)流。綜上所述，可以得出：當(dāng)時(shí)，有直流環(huán)流；當(dāng)時(shí)，無直流環(huán)流。所以，消除直流環(huán)流的方法是使。即整流組的觸發(fā)角大于或等于逆變組的逆變角。2.

工作制的配合控制消除直流環(huán)流的實(shí)現(xiàn)方法（1）實(shí)現(xiàn)方法將兩組觸發(fā)脈沖的零位都整定在900，并且使兩組觸發(fā)裝置的移相控制電壓大小相等極性相反即可。

觸發(fā)脈沖的零位，指控制電壓時(shí)，使觸發(fā)脈沖的初始相位確定在

，此時(shí)兩組晶閘管的整流和逆變電壓均為0。

觸發(fā)控制電路于圖1-44，它用同一個(gè)控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝置，即正組觸發(fā)裝置GTF由直接控制，而反組觸發(fā)裝置GTR由控制，是經(jīng)過反號器AR后得到的。GTF—正組觸發(fā)裝置GTR—反組觸發(fā)裝置AR—反相器圖1-44α=β工作制配合控制的可逆線路

（2）移相控制特性

（a）每組特性（b）兩組特性圖1-45觸發(fā)裝置的移相控制特性①當(dāng)時(shí)，，觸發(fā)脈沖在900的零位；②當(dāng)時(shí)，，VF處于整流狀態(tài)，而或，VR處于逆變狀態(tài)。因?yàn)椋谝葡噙^程中，始終保持了，。③為防止逆變顛覆，須設(shè)置限制最小逆變角的保護(hù)環(huán)節(jié)。為保持的配合控制，必須使。通常取。（三）脈動(dòng)環(huán)流及其抑制

1.脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的原因在α=β配合控制使直流平均電壓相等，沒有直流平均環(huán)流。但并不表示晶閘管裝置輸出的瞬時(shí)電壓也相等，當(dāng)正組整流電壓瞬時(shí)值udof大于反組逆變電壓瞬時(shí)值udor時(shí)，便產(chǎn)生瞬時(shí)電壓差Δudo，從而產(chǎn)生瞬時(shí)環(huán)流。

控制角不同時(shí)，瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)環(huán)流也不同，時(shí)環(huán)流最大。αf=600時(shí)整流電壓Udof的波形αr=1200時(shí)逆變電壓Udor的波形

Δudo

和icp波形

二、直流平均環(huán)流與配合控制解決辦法當(dāng)正組晶閘管VF處于整流狀態(tài)時(shí)，其整流電壓Udof=+，此時(shí)讓反組處于逆變狀態(tài)，輸出一個(gè)逆變電壓把它頂住，即讓Udor=-，而且幅值與Udof相等即因?yàn)榍矣伤缘枚?、直流平均環(huán)流與配合控制解決辦法按照這樣的條件來控制兩組晶閘管，可以消除直流平均環(huán)流。這叫做α=β工作制配合控制當(dāng)然，如果αf>βr，則cosαf<cosβr，更能消除直流平均環(huán)流。因此消除直流平均環(huán)流的條件是：瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制α=β工作制配合控制，沒有直流平均環(huán)流。晶閘管裝置輸出的電壓是脈動(dòng)的，Ud0f和Ud0r的瞬時(shí)值并不相等ud0f>ud0r時(shí)，產(chǎn)生正向瞬時(shí)值電壓差，從而產(chǎn)生瞬時(shí)環(huán)流抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的辦法是在環(huán)流中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器或稱均衡電抗器瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制辦法是在環(huán)流回路中串入均衡電抗器。通常一條環(huán)流通路需設(shè)二個(gè)電抗器。則1）三相零式反并聯(lián)可逆線路只有1條環(huán)流通路，設(shè)2個(gè)環(huán)流電抗器；

2）三相橋式反并聯(lián)可逆線路有2條環(huán)流通路，應(yīng)設(shè)4個(gè)環(huán)流電抗器；

3）交叉連接的可逆線路，只有1條環(huán)流通路，應(yīng)設(shè)2個(gè)環(huán)流電抗器；四、有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)一、α=β配合控制的有環(huán)流？可逆調(diào)速系統(tǒng)（一）系統(tǒng)的組成特點(diǎn)

指什么環(huán)流？

圖中：（1）主電路：反并聯(lián)的三相橋式線路，設(shè)置了4個(gè)均衡電抗器LC1、LC2、LC3、LC4和一個(gè)平波電抗器Ld；（2）控制線路：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)，ASR和ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅，以限制最大動(dòng)態(tài)電流和最小控制角與最小逆變角；（3）采用了α=β的配合控制；（4）根據(jù)可逆需要，給定電壓有正負(fù)極性；（5）為保證轉(zhuǎn)速和電流的負(fù)反饋，必須使反饋信號也能反映出相應(yīng)的極性。測速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的反饋電壓極性隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向而改變。電流反饋采用能反映電流反饋極性的霍爾電流變換器來檢測直流電流的方法。α=β工作制配合控制的可逆線路增大控制電壓Uct移相時(shí)，只要使兩觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反就可以了。（二）系統(tǒng)的工作原理（1）停車狀態(tài)給定電壓，ASR的輸出，ACR的輸出，反向器的輸出，則，兩組晶閘管的整流和逆變電壓均為0，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)n=0。（2）正向啟動(dòng)和運(yùn)行KF接通，為正，為正，GTF輸出的，VF整流，電機(jī)正向運(yùn)行。經(jīng)AR后，使GTR的為負(fù)，反組觸發(fā)器的控制角或，且，VR處于待逆變狀態(tài)。（即逆變組除環(huán)流外并不流過負(fù)載電流，也沒有電能回饋電網(wǎng)）。（a）正向運(yùn)行，正組整流二、制動(dòng)過程的分析正向制動(dòng)過程按電流方向的不同分成兩個(gè)主要階段：第1階段—本組逆變階段。電流Id由正向負(fù)載電流+IdL下降到零，其方向未變，仍通過VF流通，這時(shí)VF處于逆變狀態(tài)。第2階段—它組制動(dòng)階段。電流Id的方向變負(fù)，由零變到負(fù)向最大電流-Idm，維持一段時(shí)間后再衰減到負(fù)向負(fù)載電流-IdL，這時(shí)電流流過VR。

（一）本組逆變階段（1）系統(tǒng)正向運(yùn)行時(shí)各主要部位的電位極性示于圖1-48（a）發(fā)出停車（或反向）指令后各主要部位的電位極性示于圖1-48（b）。（b）本組逆變階段I：正組逆變，反組待整流（a）正向運(yùn)行，正組整流

當(dāng)，Un極性仍為負(fù)，ΔUn為負(fù)且很大，ASR飽和，輸出躍變到正限幅值。此時(shí)電樞電流方向未變，Ui

的極性仍為正，ACR在的作用下，躍變成負(fù)限幅值-，使VF由整流很快變成βf=βmin的逆變狀態(tài)，同時(shí)VR由待逆變狀態(tài)變成待整流狀態(tài)。在負(fù)載電流回路中，由于Udof的極性變反，E的極性未變，迫使Id迅速下降，在L兩端感應(yīng)出很大的電壓，這時(shí)

由電感L釋放的磁場能量維持正向電流，大部分能量通過VF回饋電網(wǎng)，而反組VR并不能真正輸出整流電流。

（2）發(fā)出停車指令后，主要點(diǎn)的輸出值和電位極性：逆變電流急劇減小的原因是：正向運(yùn)行時(shí)為正；而正向制動(dòng)時(shí)為負(fù)，它與E共同作用，使電流急劇減小；當(dāng)電流急劇減小時(shí)，很大，使得所以VR無整流電流。由于電流的迅速下降，這一階段時(shí)間很短，轉(zhuǎn)速來不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖繪右圖，圖中本組逆變階段標(biāo)作Ⅰ。1.它組建流子階段（Ⅱ1）（二）它組制動(dòng)階段

當(dāng)Id過零時(shí)，本組逆變終止，轉(zhuǎn)到反組VR工作。從這時(shí)起直到制動(dòng)結(jié)束，稱為它組制動(dòng)階段。能量流向可分成三個(gè)子階段，在波形圖中標(biāo)以Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3。（c）它組建流子階段Ⅱ1：反組整流，正組待逆變，電機(jī)反接制動(dòng)

在這一階段，當(dāng)Id下降到零附近時(shí)，由于略減，電流Id反向，但ASR和ACR仍然飽和：這一過程直至Id

=-Idm時(shí)結(jié)束。

2.它組逆變子階段（Ⅱ2）這階段各處電位極性和能量流向繪于圖中。在這一階段，當(dāng)∣Id∣>∣Idm∣后。

這一過程直到n下降到0為止。

（d）它組逆變子階段Ⅱ2：反組逆變，正組待整流，電機(jī)回饋制動(dòng)

3.反向減流子階段（Ⅱ3）當(dāng)轉(zhuǎn)速降到0，電樞電流仍維持-Idm，大于負(fù)載電流，此時(shí)電機(jī)反向啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速變負(fù)，使ASR退飽和，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。由于

=0，經(jīng)過ASR調(diào)節(jié)，使n=0，Id經(jīng)ACR調(diào)節(jié)，最終下降為0。波形圖中用虛線表示。三、有環(huán)流可逆系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)和起動(dòng)過程完全銜接，沒有任何間斷或死區(qū)。適用于快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)；2.缺點(diǎn)：（1）需要添置環(huán)流電抗器；（2）晶閘管等元件負(fù)擔(dān)加重（負(fù)載電流加上環(huán)流）。因此只適用于中、小容量的系統(tǒng)。五、邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)：當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯控制電路封鎖另一組晶閘管的觸