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1、第五章 直流電動(dòng)機(jī) 調(diào)速控制系統(tǒng),提綱,直流調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí),反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng),無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),直流可逆調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介,第一節(jié) 直流調(diào)速的基礎(chǔ)知識(shí),直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)： 轉(zhuǎn)矩易于控制，具有良好的起制動(dòng)性能，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，一直在高性能調(diào)速領(lǐng)域占有絕對(duì)的統(tǒng)治地位。此外，直流調(diào)速技術(shù)方面的理論相對(duì)成熟，其研究方法和許多基本結(jié)論很容易在其它調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)推廣，所以直流調(diào)速一直是研究調(diào)速技術(shù)的主流。,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，本章將對(duì)直流調(diào)速的基本理論做較詳細(xì)的介紹。,一.直流調(diào)速的基礎(chǔ)

2、知識(shí),,,,（5-1）,,在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其它參量的關(guān)系 ：,,由（5-1）式可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：,1. 改變電樞回路電阻R,2. 改變勵(lì)磁磁通,3. 改變電樞外加電壓U,對(duì)于要求大范圍無(wú)級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，改變電樞回路總電阻的方案難以實(shí)現(xiàn),改變電動(dòng)機(jī)磁通的方案雖然可以平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不可能很大,調(diào)電樞端電壓U的方法調(diào)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)磁通應(yīng)為最大值(額定值)且保持不變，以求得充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力。而在額定轉(zhuǎn)速(基速)以上時(shí)，因電樞端電壓U已不允許再增加，可采用減弱磁通的方法使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍,,一. 可控變流裝置,,圖5-

3、1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）,工作原理：,1.旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組,交流電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)，工作時(shí)轉(zhuǎn)速基本恒定，由它拖動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)M的電樞供電。GE為一臺(tái)小型直流發(fā)電機(jī)，可與交流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)同軸相連，也可另設(shè)一臺(tái)小型交流電動(dòng)機(jī)對(duì)其拖動(dòng)，它提供一小容量的直流電源供直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁用，所以又稱(chēng)GE為勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)可簡(jiǎn)稱(chēng)為G-M系統(tǒng)。改變G的勵(lì)磁電流If的大小時(shí)，也就改變了G的輸出電壓U，進(jìn)而改變了直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速 。,結(jié)構(gòu)如圖,,如果改變If的方向，則U的極性和n的方向都跟著改變，實(shí)現(xiàn)G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行。 由于能夠?qū)崿F(xiàn)

4、回饋制動(dòng)，G-M系統(tǒng)在允許的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)可以四象限運(yùn)行，其完整的機(jī)械特性如圖5-2 。,圖5-2 G-M系統(tǒng)的機(jī)械特性,,圖5-3 晶閘管整流裝置供電的直流調(diào)速,GT為晶閘管觸發(fā)裝置，V為晶閘管整流器，合起來(lái)為一可控直流電源?？煽刂绷麟娫唇o直流電動(dòng)機(jī)電樞供電組成直流調(diào)速系統(tǒng)。這類(lèi)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng),工作原理：,改變GT的輸入信號(hào)大小，就可改變GT輸出脈沖的相位，晶閘管在不同的相位 處開(kāi)始導(dǎo)通，使整流器輸出的電壓平均值Ud大小變化，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。和傳統(tǒng)的G-M系統(tǒng)相比，晶閘管可控直流電源的功率放大倍數(shù)高出旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)，而系統(tǒng)反應(yīng)速度也要高出二個(gè)數(shù)量級(jí)以上。,2. 晶閘

5、管整流,,3. 直流斬波器,圖5-4 斬波器 -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖,工作原理：,圖5-49a中，當(dāng)VT被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Us加到電動(dòng)機(jī)電樞上；當(dāng)VT在控制信號(hào)作用下，通過(guò)強(qiáng)迫關(guān)斷電路關(guān)斷時(shí)，電源與電動(dòng)機(jī)電樞斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管VD續(xù)流，此時(shí)，圖中A、B兩點(diǎn)間電壓接近零。若使晶閘管反復(fù)通斷，就得到A、B間電壓波形如圖b。常用的是周期T不變，改變導(dǎo)通時(shí)間ton,進(jìn)而改變輸出直流電壓平均值，最終完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，這種方式稱(chēng)脈沖寬度調(diào)制，此時(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng) PWM調(diào)速系統(tǒng)。目前，由于全控型電力電子器件的發(fā)展，作為開(kāi)關(guān)用的VT（半控型）已被取代，線路被優(yōu)化，性能更優(yōu)越。,,二. 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)

6、速指標(biāo),調(diào)速范圍,生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)所提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速 范圍。常用字母D來(lái)表示。,,（5-2）,,這里 、 通常指電動(dòng)機(jī)帶上額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速值。,2.靜差率,系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的變化主要由負(fù)載變化引起，反映負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速影響的一個(gè)指標(biāo) 被定義為靜差率。其定義為：調(diào)速系統(tǒng)在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速 之比。靜差率用字母S表示：,,（5-3）,調(diào)速 穩(wěn)速 速度變化率,,靜差率百分?jǐn)?shù)表示：,,,對(duì)一般系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，S越小時(shí)說(shuō)明系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好。而對(duì)同一系統(tǒng) 而言，靜差率不是定值，電動(dòng)機(jī)工作速度降低時(shí)，靜差率就會(huì)變大。請(qǐng)看圖5-5。,圖5-5 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率

7、,,,,結(jié)論：調(diào)速系統(tǒng)只要在調(diào)速范圍的最低 工作轉(zhuǎn)速時(shí)滿足靜差率要求，則其在整個(gè)調(diào) 速范圍內(nèi)都會(huì)滿足靜差率要求。,給出了系統(tǒng)兩條穩(wěn)定工作特性，對(duì)應(yīng)于電樞上兩個(gè)不同的外加電壓。對(duì)于調(diào)壓調(diào)速來(lái)說(shuō)，兩條特性是平行的，即在負(fù)載相同時(shí)，兩種情況下轉(zhuǎn)速降落值應(yīng)是相同的，若是額定負(fù)載，兩者的速降均為 。而根據(jù)靜差率S的定義，因 ，顯然有S1

8、一. 反饋控制的基本概念,系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率、額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落之間有確定的關(guān)系式：,其中，調(diào)速范圍D、靜差率S取決于生產(chǎn)加工工藝要求，是無(wú)法變更的。為使 上式成立，只能設(shè)法減少額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落。,無(wú)反饋控制的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落值為：,,其中，R是電樞回路總電阻，為系統(tǒng)固有參數(shù)， Idnom是對(duì)應(yīng)額定負(fù)載時(shí)的電流， 也是固定的。所以，一般開(kāi)環(huán)系統(tǒng)無(wú)法滿足一定調(diào)速范圍和靜差率性能指標(biāo)要求。,,如果在負(fù)載增加的同時(shí)設(shè)法增大系統(tǒng)的給定電壓 Un，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓Ud增大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)升高。若Un增加量大小適度，就可以使因負(fù)載增加而產(chǎn)生的 n被Ud升高而產(chǎn)生的速

9、升所彌補(bǔ)，結(jié)果會(huì)使轉(zhuǎn)速n接近保持在負(fù)載增加前的值上。,,這樣，既能使系統(tǒng)有調(diào)速能力，又能減少穩(wěn)態(tài)速降，使系統(tǒng)具有滿足要求的調(diào) 速范圍和靜差率。,圖5-6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),我們可以在與調(diào)速電動(dòng)機(jī)同軸接一測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，這樣就可以將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的大小轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓信號(hào)Un，把Un與Un相比較后，去控制晶閘管整流裝置以控制電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓Ud就可以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的目的。,系統(tǒng)組成如圖,,轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速原理：,Un反映了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并被反回到輸入端參與了控制，故稱(chēng)做轉(zhuǎn)速反饋。又 因?yàn)閁n極性與給定信號(hào)Un 相反，所以進(jìn)一步稱(chēng)為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速n下降

10、，Un 下降，而Un 沒(méi)變，Un=Un_ Un 增大，晶 閘管整流器輸出電壓Ud增高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回升，使轉(zhuǎn)速接近原來(lái)值；而在負(fù)載減少， 轉(zhuǎn)速 n上升時(shí)，Un 則會(huì)增大，Un 會(huì)下降，Ud也會(huì)相應(yīng)降低，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 下降到接 近原來(lái)轉(zhuǎn)速。,這種系統(tǒng)是把反映輸出轉(zhuǎn)速 n的電壓信號(hào)Un 反饋到系統(tǒng)輸入端，與給定電壓 Un 比較，形成了一個(gè)閉環(huán)。由于反饋?zhàn)饔?，系統(tǒng)可以自行調(diào)整轉(zhuǎn)速，通常把這種系統(tǒng)稱(chēng) 作閉環(huán)控制系統(tǒng)。又由于是反饋信號(hào)作用，達(dá)到自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速的目的，所以常把這種 控制方式稱(chēng)做反饋控制。,,二. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng),1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理,圖5-7 采用比例放大器的轉(zhuǎn)速

11、負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),與上圖不同的是加了電壓放大器。其作用一是為了解決因反饋信號(hào)作用，正常工作為得到足夠的觸發(fā)器控制電壓使所需給定電源電壓過(guò)高的問(wèn)題，二是提高閉環(huán)調(diào)整精度的需要。,工作原理：,系統(tǒng)中，由給定電位器給出一個(gè) 控制電壓Un，與反饋回來(lái)的速度反 饋電壓Un一起加到放大器輸入端上， 其差值信號(hào) Un=Un- Un被放大Kp倍 后，得Uct做為觸發(fā)器的控制信號(hào)，觸 發(fā)器產(chǎn)生相應(yīng)相位的脈沖去觸發(fā)整流 器中的晶閘管。整流輸出的直流電壓 Ud加在了電樞兩端，產(chǎn)生電流Id，使 電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。,,我們知道測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)Etg為：,（5-6）,由于Ketg、 是不變的常量，測(cè)速機(jī)與

12、電動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)接是同一個(gè)轉(zhuǎn)速 n，所 以測(cè)速機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì) Etg 反映了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。測(cè)速機(jī)電動(dòng)勢(shì) Etg與其電樞端 電壓Utg 相差無(wú)幾，在這個(gè)意義上我們說(shuō)，測(cè)速機(jī)電樞兩端的電壓Utg 反映了電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。,,調(diào)速過(guò)程：,在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，假如電動(dòng)機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電流Id增大，電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 下降，測(cè)速發(fā)電機(jī) Utg減小，Un按分壓關(guān)系成比例減小，由于速度給定 電壓Un沒(méi)有改變，所以Un 增大，放大器輸出Uct增大，它使晶閘管整流器控制角 減?。▽?dǎo)通角增大），使晶閘管整流電壓Ud增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回升到接近原來(lái)的額 定轉(zhuǎn)速值。過(guò)程：,負(fù)載nUtgUnUnUctUdn,同理當(dāng)負(fù)載

13、下降時(shí)轉(zhuǎn)速 n上升，其調(diào)整過(guò)程可示意為：,負(fù)載nUtgUnUnUctUdn,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)有兩個(gè)主要特點(diǎn)：,（1）利用被調(diào)量的負(fù)反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，也就是利用給定量與反饋量之差即誤差進(jìn)行控 制，使之維持被調(diào)量接近不變。 （2）為了盡可能維持被調(diào)量不變，減小穩(wěn)態(tài)誤差，這樣就得使誤差量Un變得很小。 這種系統(tǒng)是靠給定與反饋之差調(diào)整的，從原理上說(shuō)，是不能做到被調(diào)量在負(fù)載的變化 下完全不變的，總是有一定的誤差，因此這類(lèi)系統(tǒng)叫做“有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)”。,,2. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)靜特性分析,靜特性通常是指閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與負(fù)載電流I（或轉(zhuǎn)矩M） 的關(guān)系。即：,（5-7）,研究系統(tǒng)的靜特性，

14、就是要找出減小穩(wěn)態(tài)速降，擴(kuò)大調(diào)速范圍的途徑，改善系 統(tǒng)的調(diào)速性能。以帶有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的VM系統(tǒng)為例，給出求系統(tǒng)靜特性的一般方 法和步驟 。常用方法有：,一種是在得到各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系以后，聯(lián)立各環(huán)節(jié)的表達(dá)式，消去中間 變量求取靜特性方程。 第二種方法是在求得各環(huán)節(jié)輸入輸出關(guān)系后畫(huà)出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，然后運(yùn)用 結(jié)構(gòu)圖的變換規(guī)則及線性系統(tǒng)分析的疊加原理來(lái)求取系統(tǒng)的靜特性方程。,,圖5-8 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,電壓比較環(huán)節(jié)： Un=UnUn,放大器： Uct=KpUn,晶閘管觸發(fā)與整流裝置： Udo=KsUct,,V-M系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性,,速度檢測(cè)環(huán)節(jié)：,其中： Kp放大器的電壓放

15、大系數(shù) Ks晶閘管觸發(fā)與整流裝置的電壓放大系數(shù) 測(cè)速反饋系數(shù)，單位為Vmin/r,方法一：,,在第一種方法中，聯(lián)立上述五個(gè)關(guān)系式并消去中間變量，整理后,即得轉(zhuǎn)速負(fù) 反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式：,,（5-8）,,方法二：,采用疊加原理，即將給定作用Un*和擾動(dòng)作用IdR看成兩個(gè)獨(dú)立的輸入量， 先按它們分別作用下的系統(tǒng)（圖5-9a和b）求出各自的輸出與輸入關(guān)系方程式， 然后把二者疊加起來(lái)，即得系統(tǒng)靜特性方程式，與式（5-8）相同。,圖5-9 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的分解,,開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性的比較：,開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性方程為：,,閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性可寫(xiě)成：,,（5-

16、9）,（5-10）,其中： n0op與n0cl分別表示開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速； nop與ncl則分別表示開(kāi)環(huán)與閉環(huán)時(shí)的穩(wěn)態(tài)速度降落,,（1）若設(shè)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)帶有相同的負(fù)載，兩者的轉(zhuǎn)速降分別為：,,；,,（2）開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)整為相同值，即n0op=n0cl ，則靜差率：,,；,,考慮到 ，且,,得出：,,（3）當(dāng)系統(tǒng)給出明確的靜差率要求，設(shè)DB為閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍；DK為開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 調(diào)速范圍 ：,,,,,（5-12）,式中：nnom為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，也是調(diào)壓調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速值。,,圖5-10 閉環(huán)靜特性與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的比較,概括以上分析比較，得：,,a.

17、當(dāng)負(fù)載相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降ncl減為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降落nop 的 。,b. 電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速相同，而對(duì)靜差率要求也相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速 范圍DB是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍DK的（1+K）倍。即閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬得多的特性，從而可在保證一定靜差率要求下，大大提高調(diào) 速范圍 。,圖中給出了取相同n0值的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性與開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。比較可見(jiàn)，在相同負(fù)載下，轉(zhuǎn)速降落有明顯不同，閉環(huán)速降比開(kāi)環(huán)速降小得多。,,3. 靜特性計(jì)算舉例,例：某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用V-M轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。已知數(shù)據(jù)如下： 電動(dòng)機(jī)：Z293型，Pnom=60KW、Unom=220V、

18、Idnom=305A、nnom=1000 r min、 電樞電阻Ra=0.066; 三相全控橋式晶閘管整流電路，觸發(fā)器-晶閘管整流裝置的等效電壓放大倍數(shù)Ks=30； 電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻：R=0.18 ；速度反饋系數(shù)： =0.015V (r/min) ； 要求調(diào)速范圍： D=20,靜差率：S5 。,解:,如果采用開(kāi)環(huán)控制：,,額定轉(zhuǎn)速的靜差率：,,額定轉(zhuǎn)速時(shí)靜差率已遠(yuǎn)超出了要求的5%，如果根據(jù)調(diào)速要求再降速運(yùn)轉(zhuǎn)，那 就更滿足不了要求 。,,采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng) ，如果滿足D=20，S=5%，則額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 降落為：,,,,,故，采用閉環(huán)控制后，只要使放大器的放大倍數(shù)大于或等于4

19、6，就能滿足所提的 調(diào)速指標(biāo)要求。,,三. 電壓負(fù)反饋和電流正反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng),電壓負(fù)反饋,圖5-11 電壓負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖,反饋信號(hào)從接在電樞兩端的電位器RP上取出,反饋到放大器的輸入端與給定電壓進(jìn)行比較，而且兩者極性相反。因此這種反饋稱(chēng)電壓負(fù)反饋。,在給定電壓Un*下，加在放大器輸入端的控制信號(hào)為給定和反饋電壓差值U= Un*-Un, 經(jīng)放大器放大，使晶閘管整流器輸出一定電壓，使電動(dòng)機(jī)工作于某一轉(zhuǎn)速。 當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，即Id增大，整流器等效內(nèi)阻及平波電抗器電阻上壓降也相應(yīng)增大， 從而引起電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓降低，這會(huì)使與其成正比的反饋電壓減少(Un=Ud)。加在 放大器輸入端的電壓U

20、增加，使整流器輸出電壓增加，調(diào)整的結(jié)果是電樞兩端的電壓 接近恢復(fù)到負(fù)載增加前的值上。由于電樞兩端的電壓幾乎不變，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì) 不受負(fù)載變化的影響而接近不變。,電壓負(fù)反饋在負(fù)載變化時(shí)的調(diào)整過(guò)程：,,電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程：,（5-13）,圖5-12 幾種系統(tǒng)的特性比較的系統(tǒng),由于電壓負(fù)反饋本質(zhì)上是一個(gè)恒壓調(diào)整系 統(tǒng)，它只盡可能維持電樞兩端的電壓Ud不變。 由于電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電樞電阻引起的轉(zhuǎn) 速降落無(wú)法補(bǔ)償，所以該系統(tǒng)的調(diào)整效果遠(yuǎn)不 如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，但比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)要好一 些。,1、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性 2、電壓負(fù)反饋系統(tǒng)靜特性 3、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng),,2. 電壓負(fù)反饋加

21、電流正反饋調(diào)速系統(tǒng),圖5-13 帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖,在主電路中串入取樣電阻Rs，由IdRs取得電流正反饋信號(hào)。接線時(shí)應(yīng)保證IdRs信號(hào)的極性與Un*的極性一致，而與電壓反饋信號(hào)Uu=Ud的極性相反。,,運(yùn)算放大器的輸入端通常給定和電壓反饋的輸入回路電阻都取R0，而為獲得合適的電流補(bǔ)償強(qiáng)度，電流正反饋輸入回路的電阻R2應(yīng)根據(jù)需要選取。電流補(bǔ)償強(qiáng)度可由電流反饋系數(shù)來(lái)反映，其定義為: （5-14）,,帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程如下：,,（5-15）,,表示電流正反饋?zhàn)饔玫囊豁?xiàng) 能夠適當(dāng)補(bǔ)償另兩項(xiàng)

22、穩(wěn)態(tài)速降， 這樣,總的轉(zhuǎn)速降落要比只有電壓負(fù)反饋時(shí)小了許多，系統(tǒng)的靜特性改善了很多， 從而擴(kuò)大了調(diào)速范圍。,應(yīng)該指出：,（1）正反饋的補(bǔ)償控制本質(zhì)上與負(fù)反饋控制不同。正反饋只是靠參數(shù)的配合 關(guān)系有針對(duì)性的對(duì)某一干擾量造成的偏差進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。而負(fù)反饋控制，它 能對(duì)負(fù)反饋所包圍的系統(tǒng)前向通道上出現(xiàn)的所有擾動(dòng)都有抑制作用。,,（2）在系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，電流正反饋的補(bǔ)償強(qiáng)度不應(yīng)太大，當(dāng)參數(shù)配合關(guān)系出現(xiàn) 的情況時(shí)系統(tǒng)根本無(wú)法穩(wěn)定工作。,,當(dāng)系統(tǒng)的工作環(huán)境比較穩(wěn)定時(shí)，若選擇參數(shù)使其滿足：,,（5-16）,則電壓負(fù)反饋加電流正反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程將變?yōu)椋?,（5-17）,在形式上，此時(shí)的靜特性

23、方程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的靜特性方程(式（5-8）)完全 一樣。此時(shí)電壓負(fù)反饋加電流正反饋的合成反饋信號(hào)與電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)成正比，所 以又稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)反饋。但是，系統(tǒng)的本質(zhì)并未改變。,圖5-14 電動(dòng)機(jī)換向極繞組兩端取電流反饋信號(hào),在電機(jī)容量較大時(shí)，電流反饋信號(hào)在這 一附加電阻Rs上的電能損耗相當(dāng)大，因此當(dāng) 電動(dòng)機(jī)容量較大，一般超過(guò)10KW時(shí)，電流 反饋信號(hào)可以從電動(dòng)機(jī)換向極繞組兩端取出。 該信號(hào)必須進(jìn)行濾波后才能反饋到放大器輸 入端，以克服換向極繞組中的諧波電勢(shì)對(duì) 系統(tǒng)工作的影響。 見(jiàn)圖5-14。,,四. 具有電流截止負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng),電流截止負(fù)反饋的作用,閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)，在起動(dòng)開(kāi)始的一段時(shí)

24、間內(nèi)，由于轉(zhuǎn)速還沒(méi)來(lái)得及建立 或轉(zhuǎn)速很低，所以速度反饋信號(hào)很小，放大器入口電壓會(huì)很大，所以整流器幾乎在 瞬間達(dá)到最高輸出電壓，造成電樞電流在很短的時(shí)間內(nèi)急劇上升到一個(gè)相當(dāng)大的值。 在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，如機(jī)械故障等原因，可使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，電樞電流也 會(huì)急劇上升到一個(gè)相當(dāng)大的值上。 在上述諸情況下，電動(dòng)機(jī)電樞電流往往超過(guò)最大允許電流值。過(guò)大的電流沖擊對(duì) 直流電動(dòng)機(jī)的換向十分不利，尤其對(duì)于過(guò)載能力差的晶閘管來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。 因此，必須對(duì)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)電流加以限制。,另一方面，許多生產(chǎn)機(jī)械出于提高生產(chǎn)效率的考慮，在起制動(dòng)過(guò)程中，設(shè)法使電 動(dòng)機(jī)工作于短時(shí)允許的最大電流值上，會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率盡

25、可能大一些。那么， 如何做到在起動(dòng)的過(guò)程中使電動(dòng)機(jī)電樞回路電流盡可能大而又不超過(guò)最大允許電流呢？ 采用所謂電流截止負(fù)反饋。 這樣，正常運(yùn)行時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)態(tài)調(diào)整精度；在電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流負(fù)反饋起主要的調(diào)節(jié)作用，使電樞電流受到有效的限制，使其不 超過(guò)最大允許值。帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就基本上能夠達(dá)到這 樣的控制效果。,,2. 帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng),電流負(fù)反饋信號(hào)是從電樞回路中附加的電阻Rs上取出，其值Ui=IdRs，顯然Ui與Id成正比。,,利用獨(dú)立的直流電源通過(guò)電位器RP得到比較電壓Ucom。調(diào)節(jié)電位器就可改變Ucom，相

26、當(dāng)于改變臨界截止電流Idcr，在IdRs與Ucom之間串接一個(gè)二極管VD，利用其單向?qū)щ娦裕?dāng)IdRsUcom時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反饋信號(hào)Ui即可加到放大器上去；當(dāng)IdRs

27、程為：,,,（5-19）,n0-A段,A-B段,,直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，當(dāng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流為Idb1， 此電流稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)電流。,,在式（5-19）中，令n=0 得，,,一般 ，因此,,（5-20）,為保證系統(tǒng)有盡可能寬的正常運(yùn)行段，取臨界截止電流略大于電動(dòng)機(jī)的額定電 流，通常取Idcr=(1.01.2)Inom；而堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的最大允許電流，通常取 Idb1=(1.52)Inom。,需要說(shuō)明的是，電流截止負(fù)反饋，不僅在電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)起作用，而且在 起、制動(dòng)過(guò)程中也能起限制起、制動(dòng)電流的作用。當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程將近結(jié)束時(shí)通過(guò)電流 反饋環(huán)節(jié)調(diào)整電流下降至Idcr，使得電動(dòng)機(jī)過(guò)渡到n0-A段

28、工作。,,圖5-17 用穩(wěn)壓管作比較電路的電流截止負(fù)反饋,比較電壓Unom的選?。?圖5-15電流截止負(fù)反饋中，比較電壓Ucom 是由比較電源取出，如圖5-17采用穩(wěn)壓管獲取 比較電壓的線路更為簡(jiǎn)單，而且更容易辦到 。,穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Udw相當(dāng)于比較電壓，當(dāng)反饋信號(hào)IdRs低于穩(wěn)壓值Udw時(shí)，反饋回路只能通過(guò)極小的漏電流，電流負(fù)反饋被截止，當(dāng)IdRs大于Udw時(shí)，穩(wěn)壓管被反向擊穿，反饋回路有反饋電流通過(guò)，得到下垂特性。,缺點(diǎn)：用該線路省掉了比較電源，但臨界截止電流的調(diào)整不夠方便，且因穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓值的分散性，選取合適穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管也常有一些困難。,第三節(jié) 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng),有靜差系統(tǒng),無(wú)靜差系

29、統(tǒng),采用一般按比例放大的放大器的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，盡管放大倍數(shù)很大，但畢竟為有限值，所以在負(fù)載改變后，它不可能維持被調(diào)量完全不變，這種系統(tǒng)稱(chēng)為有靜差系統(tǒng),就是系統(tǒng)的被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)時(shí)完全等于系統(tǒng)的給定量，其偏差為零，這就是說(shuō)，在無(wú)靜差系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)與負(fù)載無(wú)關(guān)，只取決于給定量。,系統(tǒng)正是靠誤差進(jìn)行調(diào)節(jié) ，系統(tǒng)的正常工作是依靠偏差來(lái)維持 。,要想使偏差為零，系統(tǒng)又能正常工作，必須使用有積分作用的調(diào)節(jié)器。,一.比例（P）、積分（I）、比例積分（PI）調(diào)節(jié)器,1. 比例調(diào)節(jié)器P,圖5-18 比例調(diào)節(jié)器線路,如圖5-18所示的比例調(diào)節(jié)器有兩個(gè)輸入信號(hào)，它們采用電壓并聯(lián)，在放大器輸入端電流相減的方式完

30、成運(yùn)算。A點(diǎn)為虛地點(diǎn),當(dāng)我們對(duì)A點(diǎn)列寫(xiě)電流運(yùn)算式時(shí)，可有下 列結(jié)果：,,集成運(yùn)算放大器具有開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)高、輸入電阻大、輸出電阻小、漂移小、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，所以它在模擬量控制系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)器的基本元件得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)算放大器配以適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)就可組成比例、積分、比例積分等調(diào)節(jié)器，可得到不同的調(diào)節(jié)規(guī)律，滿足控制系統(tǒng)的要求。,,,由 可得,,,,,令 ，可得,（5-21）,在此式中，沒(méi)有考慮運(yùn)算放大器輸入與輸出間的反相關(guān)系，實(shí)際上，這里的kp可看成是輸出與輸入之間的絕對(duì)值之比。,在采用比例調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出是觸發(fā)裝置的控制電壓Uct，且Uct=kp（Un*-Un）=kp

31、Un。只要電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，Uct就不能為零，也就是調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓Un不能為零，這是此類(lèi)調(diào)速系統(tǒng)有靜差的根本原因。,,,2. 積分調(diào)節(jié)器I,積分調(diào)節(jié)器又稱(chēng)I調(diào)節(jié)器。,圖5-19 積分調(diào)節(jié)器線路圖,由虛地點(diǎn)A的假設(shè)可以很容易得到：,,,（5-22）,式中： 積分時(shí)間常數(shù),由上式（5-22）可見(jiàn)，積分調(diào)節(jié)器輸出電壓Usc與輸入電壓Uin的積分成正比。當(dāng)然，這里暫也不考慮輸入與輸出兩者的反極性關(guān)系。,,當(dāng)Usc的初始值為零時(shí)，在階躍輸入下，對(duì)式（5-22）進(jìn)行積分運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出時(shí)間特性（見(jiàn)圖5-20a）：,(5-23),,圖5-20 積分調(diào)節(jié)器輸入輸出特性 (a)積分調(diào)節(jié)器階躍

32、輸入時(shí)的輸出特性 (b)積分調(diào)節(jié)器的輸出保持特性,,當(dāng)Uin突加的初瞬，由于電容尚未充電以及其兩端電壓不能突變，相當(dāng)于電容短路，使放大器輸出全部電壓都反饋到輸入端，由于這是強(qiáng)烈的負(fù)反饋，在其作用下，使Usc開(kāi)始時(shí)為零，然后電容充電，電容兩端電壓Uc升高，負(fù)反饋逐漸減弱，Usc開(kāi)始增長(zhǎng)。因?yàn)殡娙莩潆婋娏鹘咏鼮楹愣ㄖ担訳c及Usc都接近線性增長(zhǎng)。其上升斜率決定于Uin/。積分時(shí)間常數(shù)越大，Usc增長(zhǎng)越慢。顯然，調(diào)速系統(tǒng)中加入積分調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的反應(yīng)速度會(huì)變慢。,如果采用積分調(diào)節(jié)器時(shí)，因其輸出積分的保持作用（圖5-20b），則在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，盡管調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 ,而其輸出

33、Uct仍可是不為零的某一電壓，而這一電壓正是維持該運(yùn)行狀態(tài)所必要的電壓值。積分的保持作用是系統(tǒng)無(wú)靜差的根本原因。,工作原理：,圖5-19 積分調(diào)節(jié)器線路圖,,3. 比例積分調(diào)節(jié)器PI,圖5-21 比例積分調(diào)節(jié)器線路圖,把比例和積分兩種控制規(guī)律結(jié)合起來(lái) ，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度高，又有足夠快的反 應(yīng)速度。,在不計(jì)輸入和輸出的反相關(guān)系 利用A點(diǎn)的虛地：,，,（5-24）,式中， R0C1 PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)； PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)。,,,,,,,,由式（5-24）可知，在輸入電壓Uin（階躍函數(shù)）的初瞬，輸出電壓有一躍變，以后隨時(shí)間的延續(xù)線性增長(zhǎng)，變化規(guī)律如圖5-22所示

34、：,圖5-22 比例積分調(diào)節(jié)器的輸入輸出特性,輸出電壓Usc由兩部分組成：,第一部分為輸入U(xiǎn)in的比例放大部分,在輸入電壓加上的初瞬，電容C1相當(dāng)于短路，此時(shí)只相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，輸出電壓Usc=KpUin，輸出電壓毫不遲延地跳到KpUin值，因而調(diào)節(jié)速度快。,第二部分是積分部分 隨著C1被充電，Usc不斷上升，上升快慢取決于,比例積分調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：,1） 有比例調(diào)節(jié)功能，就有了較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，良好的快速性，彌補(bǔ)了積分調(diào)節(jié)的延緩作用；,2） 有積分調(diào)節(jié)功能，只要輸入端有微小的信號(hào)，積分就進(jìn)行，積累過(guò)程，如圖5-22。在積分過(guò)程中，如果輸入信號(hào)變?yōu)榱悖漭敵鲇斜３诌^(guò)程，如圖5-20b所

35、示。這種積累、保持特性，能在控制系統(tǒng)中能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。,,二. 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng),定義：,在一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入了比例積分調(diào)節(jié)器組成的反饋控制系統(tǒng)能夠消除誤差， 維持被調(diào)量不變，這樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)為無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,圖5-23 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),系統(tǒng)的被調(diào)量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這里比例積分調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的作用，因此也叫做速度調(diào)節(jié)器。,,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值n 通過(guò)測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的反饋電壓Un反映出來(lái)，把Un反饋到系統(tǒng)的輸入端與速度給定信號(hào)Un* 相比較，把差值Un=Un*-Un 作為速度調(diào)節(jié)器的輸入。,,當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，接通速度給定電壓Un* （相對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n

36、1），開(kāi)始時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，即Un=0, 速度調(diào)節(jié)器輸入電壓Un=Un*是很大的。此時(shí)，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，則電動(dòng)機(jī)電樞電流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)升高到一個(gè)很大的值上，為避免起動(dòng)電流的沖擊，系統(tǒng)仍需加電流負(fù)反饋來(lái)做限流保護(hù)。在電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)的作用下，電樞電流達(dá)到某一最大值后不再升高。隨著起動(dòng)過(guò)程的延續(xù)，轉(zhuǎn)速迅速上升，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速n1 時(shí)，速度反饋電壓Un正好與給定Un*相等。也就是此時(shí)速度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)Un=0。,,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的工作過(guò)程：,負(fù)載突變時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程：,假定系統(tǒng)已在穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流為I1，在某一時(shí)刻突然將負(fù)載加大到I2，由于電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩突然失去平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

37、開(kāi)始下降產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速偏差n，如圖 5-24所示，這時(shí)速度反饋電壓Un相應(yīng)減少，因給定量未變，從而使調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓Un=(Un*-Un)0。,,圖5-24 負(fù)載變化時(shí)調(diào)解過(guò)程曲線,（1）比例輸出的調(diào)節(jié)作用 比例輸出是沒(méi)有慣性的，由于產(chǎn)生偏差n(Un)使晶閘管整流輸出電壓增加了Ud01，如圖5-24c曲線1所示。這個(gè)電壓增量使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快回升，速度偏差愈大，比例調(diào)節(jié)的作用愈強(qiáng)，Ud01就愈大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回升也愈快。當(dāng)轉(zhuǎn)速回到原來(lái)轉(zhuǎn)速n1 以后，Ud01也相應(yīng)減少到零。,（2）積分調(diào)節(jié)的作用： 當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，調(diào)節(jié)器輸入出現(xiàn)偏差電壓Un，積分作用下，晶閘管整流器輸出電壓

38、也要升高。積分作用產(chǎn)生的電壓增量Ud02對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器對(duì)輸入偏差電壓Un的積分。偏差愈大，電壓Ud02增長(zhǎng)速度愈快，即偏差最大時(shí)，電壓增長(zhǎng)速度最快。開(kāi)始時(shí) Un 很小，Ud02增長(zhǎng)很慢，在調(diào)節(jié)后期n減小了，Ud02增加的也慢了。一直到Un 等于零時(shí)Ud02才不再繼續(xù)增加，在這以后就一直保持這個(gè)值不變，如圖5-24c曲線2所示。,,（3）比例作用與積分作用的合成效果 圖5-24c曲線3為其合成效果曲線。從這里可以看出，晶閘管整流電壓增長(zhǎng)的速度與偏差Un相對(duì)應(yīng)，只要存在偏差, 電壓就要增長(zhǎng)，而且電壓增長(zhǎng)的數(shù)值是積累的。因?yàn)閁d0=Unt，所以整流電壓最后值不但取決于偏差值的大小，還取決于偏差存在

39、的時(shí)間。在調(diào)節(jié)的開(kāi)始和中間階段，比例調(diào)節(jié)起主要作用，它首先阻止n 的繼續(xù)增大，并能使轉(zhuǎn)速回升。在調(diào)節(jié)的后期轉(zhuǎn)速偏差 n很小了，比例調(diào)節(jié)的作用不顯著了，而積分調(diào)節(jié)作用上升到主導(dǎo)地位，最后依靠它來(lái)完全消滅偏差n。因此不論負(fù)載怎樣變化，積分調(diào)節(jié)的作用是一定要把負(fù)載變化的影響完全補(bǔ)償?shù)?，使轉(zhuǎn)速回到原來(lái)的轉(zhuǎn)速為止。這就是無(wú)差調(diào)節(jié)的基本道理。,（4）調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又回升到給定轉(zhuǎn)速n1。速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓Un=0。但速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uct，由于積分的保持作用，穩(wěn)定在一個(gè)大于負(fù)載增大前的Uct1的新值上。晶閘管整流輸出電壓Ud0等于調(diào)節(jié)過(guò)程前的數(shù)值Ud01加上比例和積分兩部分的增量Ud0

40、1和Ud02。調(diào)節(jié)結(jié)束后晶閘管整流輸出電壓Ud0穩(wěn)定在Ud02上，如圖5-24d所示。,,三. 帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),在單閉環(huán)系統(tǒng)中，為了限制電樞電流不超過(guò)最大允許電流可以采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。但電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只是在超過(guò)臨界電流Idcr值以后，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。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖5-25所示。,圖 5-25 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速,由圖可見(jiàn)，在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，電樞電流只在一點(diǎn)達(dá)到了最大允許電流Idm，而在其余的時(shí)間里，電樞電流均小于Idm，這使得電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)加速轉(zhuǎn)矩?zé)o法保持

41、在最大值上，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。,,1. 最佳過(guò)渡過(guò)程的概念,電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩有一個(gè)極限值，充分利用電動(dòng)機(jī)這個(gè)極限值，使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間最短，獲得最高生產(chǎn)率的過(guò)渡過(guò)程叫做限制極值轉(zhuǎn)矩的最佳過(guò)渡過(guò)程。,,即,電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù),盡量保持最大轉(zhuǎn)矩不變，對(duì)于調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也就是保持電動(dòng)機(jī)工作于最大允許電流Idm上。在Idm不變的情況下，電動(dòng)機(jī)是怎樣加速的呢？,,于是,,（5-25）,,式中 電動(dòng)機(jī)加速度 Mdm電動(dòng)機(jī)最大電磁轉(zhuǎn)矩 J2 電動(dòng)機(jī)飛輪慣量 Idm 電動(dòng)機(jī)最大允許電流 Ie 電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流 TM 機(jī)電時(shí)間常數(shù) R 電樞回路總電阻 CM=

42、KM電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù) Ce=Ke電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù),,積分得,,（5-26）,速度變化規(guī)律：,即n按線性增長(zhǎng)，當(dāng)速度n上升到穩(wěn)定值時(shí)，加速度應(yīng)為零，即dn/dt=0, 此時(shí)電動(dòng)機(jī)電流Id應(yīng)等于負(fù)載電流Ie，即動(dòng)態(tài)加速電流為零。,由,,當(dāng)電動(dòng)機(jī)以最大恒加速升速時(shí)，晶閘管整流器輸出的整流電壓平均值Udo變化規(guī)律：,,但實(shí)際系統(tǒng)，由于電樞回路電感的存在電樞電流不可能立即從零上升到最大值Idm，在起動(dòng)過(guò)程結(jié)束，轉(zhuǎn)速升到給定轉(zhuǎn)速時(shí)電樞電流同樣不可能由最大電流Idm一下子降到穩(wěn)態(tài)電流Ie上。實(shí)際過(guò)渡過(guò)程中各量變化關(guān)系圖5-27所示。,圖5-26 最佳條件下各量變化曲線,圖5-27 實(shí)際系統(tǒng)的最佳過(guò)渡過(guò)各

43、量,如果電樞回路電感值相對(duì)很小，在電流變化時(shí)的影響不計(jì)，上式是成立的。這就是說(shuō)IdmR為常數(shù)，Ce為常數(shù)，即Udo也應(yīng)與n一樣變化而為一線性增長(zhǎng)。最佳過(guò)渡過(guò)程中各量變化關(guān)系圖5-26。,,綜上分析，要實(shí)現(xiàn)最佳過(guò)渡過(guò)程，必須滿足下列要求：,（1）電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，電樞電流應(yīng)一直保持在最大容許電流值Idm上，而在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，要立即下降到穩(wěn)態(tài)值即負(fù)載電流值Ie上。,（2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n是按照線性上升（即恒最大加速度上升）到給定轉(zhuǎn)速n*，加速度的大小除與動(dòng)態(tài)加速電流（Idm-Ie）成正比外，還與表示電機(jī)慣性的機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM成反比。,（3）為了在起動(dòng)過(guò)程中使電樞電流Id立刻由零升到最大允許值Idm

44、，晶閘管整流器輸出的整流電壓平均值Ud0必須立即為Idm R ，以后按線性上升。在上升的過(guò)程中應(yīng)始終保持 ，以保證得到最大的dn/d t值。到轉(zhuǎn)速n達(dá)到給定穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*時(shí)，又要立刻下降到穩(wěn)態(tài)所需要的值Udo上。,,,2. 雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成及其工作原理,圖5-28 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng),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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。,圖5-29 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,圖中，速度調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均采用了帶

45、有輸出限幅環(huán)節(jié)的比例積分（PI）調(diào)節(jié)器。,,所以速度反饋系數(shù) 與電流反饋系數(shù)們 可分別計(jì)算為：,,,（5-27）,（5-28）,式中， Unm*電機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)所需的系統(tǒng)給定電壓 Uim*速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅壓，其值與電樞最大容許電流相對(duì)應(yīng)。,由圖5-29可看出，雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均不應(yīng)飽和，各量之間滿足下列關(guān)系：,,,系統(tǒng)工作過(guò)程參量圖：,（1）起動(dòng)過(guò)程,（2）負(fù)載變化過(guò)程,圖5-31 負(fù)載變化時(shí)各參量變化曲線,圖5-30 起動(dòng)過(guò)程中各參量變化曲線,,（3）靜特性,圖5-32 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,第四節(jié) 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介,一. 電樞反接可逆線路,1.

46、利用接觸器進(jìn)行切換的可逆線路,圖5-331 用接觸器切換的可逆線路,晶閘管可控整流器作為電壓可變的單方向的直流電源，電樞電流Id方向的改變則由接觸器KMF和KMR的切換來(lái)完成。當(dāng)KMF閉合，KMR打開(kāi)時(shí)，Ud的正端接圖中的A點(diǎn)，而負(fù)端接在B點(diǎn)，電樞電流Id的方向如圖中實(shí)線所示，設(shè)電動(dòng)機(jī)為正向旋轉(zhuǎn)；若當(dāng)KMF打開(kāi)，而KMR閉合時(shí)，Ud正端接到了B點(diǎn)，而負(fù)端接在了A點(diǎn)上，Id的方向就會(huì)改變?yōu)閳D中的虛線所示，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。,電樞反接就是按照控制要求改變電樞外接電源的電壓極性，常用的有幾種不同的方法 。,,2. 利用晶閘管切換的可逆線路,采用晶閘管做為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)形成的可逆線路如圖5

47、-34，這里共用了VS1-VS4四個(gè)晶閘管。當(dāng)VS1和VS4被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，Ud正端接A點(diǎn)，負(fù)端接B點(diǎn)，電樞電流Id沿實(shí)線方向流動(dòng)，電機(jī)設(shè)為正轉(zhuǎn)；而當(dāng)VS2和VS3被觸發(fā)導(dǎo)通，電源反極性接到電樞兩端，圖中A點(diǎn)為負(fù)，B點(diǎn)為正，電樞電流Id將沿虛線所示方向流動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。,圖5-34 用晶閘管切換的可逆線路,圖5-35 兩組整流器反并聯(lián)可逆線路,3. 采用兩組晶閘管整流器反并聯(lián)的可逆線路,若設(shè) I 組為正向晶閘管整流器，則 II 組即為反向晶閘管整流器，它們可分別為電樞回路提供不同方向的電流。當(dāng) I 組整流工作時(shí)，輸出的整流電壓Ud的極性如圖所示，給電樞提供的電流方向如實(shí)線所示；當(dāng) II 組整流工

48、作時(shí)，提供的電樞回路電流方向就會(huì)如虛線所示方向。,,常用的兩組晶閘管整流器反并聯(lián)可逆線路有兩種不同的接線形式,普通的反并聯(lián)線路，簡(jiǎn)稱(chēng)反并聯(lián)連結(jié) 2. 交叉反并聯(lián)連結(jié),兩種連接的主要區(qū)別在整流器交流側(cè)的電源上。在反并聯(lián)線路中，兩組晶閘管整流器共用一套交流電源，也就是說(shuō)整流變壓器二次側(cè)只設(shè)一套繞組。如圖5-36中（圖a所示）。而交叉反并聯(lián)則不同，如圖5-36中（圖b所示），整流變壓器二次側(cè)設(shè)兩套互為獨(dú)立的繞組，各自分別為 I 組和 II 組供電。反并聯(lián)電路在控制上有較嚴(yán)格的要求，一般情況下都不允許兩組整流器都工作在整流狀態(tài)，否則的話就會(huì)造成電源短路。,圖5-36 a)普通反并聯(lián)可逆線路 b)交叉

49、反并聯(lián)可逆線路,,我們重點(diǎn)介紹一下反并聯(lián)可逆線路：,在反并聯(lián)線路中，存在的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何處理環(huán)流問(wèn)題。,所謂環(huán)流就是指不流過(guò)電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。,環(huán)流的存在，加大了系統(tǒng)的損耗，降低了系統(tǒng)的效率，所以一般應(yīng)設(shè)法消除。在有環(huán)流系統(tǒng)中，大多采用交叉反并聯(lián)的連接方式，而在其它系統(tǒng)，一般采用普通反并聯(lián)連接方式。,,環(huán)流,穩(wěn)態(tài)環(huán)流：指可逆線路工作在一定 控制角的穩(wěn)定工作狀態(tài)所存在的環(huán)流 。,動(dòng)態(tài)環(huán)流：指系統(tǒng)工作于過(guò)渡過(guò)程中，也就是控制角在變化過(guò)程中所產(chǎn)生的環(huán)流，該環(huán)流在穩(wěn)態(tài)工作中并不存在。 （不做討論）,,直流平均環(huán)流：在有環(huán)流系統(tǒng)中，當(dāng)整流組輸出的整流電

50、壓平均值大于逆變組輸出的逆變電壓平均值時(shí)即產(chǎn)生該種環(huán)流。,脈動(dòng)環(huán)流：它的產(chǎn)生是由于在有環(huán)流系統(tǒng)中，整流組與逆變組輸出的電壓瞬時(shí)值不等，當(dāng)順著晶閘管的導(dǎo)通方向出現(xiàn)正的電壓差時(shí)，所產(chǎn)生的脈動(dòng)式的電流 。,二. 有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng),1、采用 配合工作制的有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng),,工作原理：,由電力電子變流理論可知，在反并聯(lián)可逆連接線路中，只要設(shè)法保證當(dāng)一組工作于整流狀態(tài)時(shí)，另一組讓其處于逆變工作壯態(tài)，且使整流組的觸發(fā)角 與逆變組的逆變角 在量值上相等（采用相同觸發(fā)器），于是整流輸出電壓與逆變輸出電壓平均值相等且極性相反，這樣直流平均環(huán)流將不會(huì)產(chǎn)生。按此原理組成的反并聯(lián)無(wú)直流平均環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)

51、見(jiàn)圖5-37。,,有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)常用的有兩種。 一種是采用 工作制的存在脈動(dòng)環(huán)流但不存在直流平均環(huán)流的系統(tǒng)； 一種是存在可以控制的直流平均環(huán)流兼有脈動(dòng)環(huán)流的所謂可控環(huán)流系統(tǒng)?，F(xiàn)分別簡(jiǎn)介如下。,,圖5-37 采用的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),主電路采用兩組三相晶閘管整流器反并聯(lián)的線路，存在兩條脈動(dòng)環(huán)流通路，每條環(huán)流通路需兩個(gè)限制環(huán)流電抗器，其中一個(gè)因流過(guò)較大的負(fù)載電流而飽和，只有另一個(gè)起限制環(huán)流的作用，這樣，共需四個(gè)限制環(huán)流電抗器Lc1Lc4。,因限制環(huán)流電抗器流過(guò)負(fù)載電流而飽和，為抑制電樞電流的脈動(dòng)及防止電流斷續(xù)，電樞中還要串入一個(gè)體積比較大的平波電抗器Ld。,AR為反號(hào)器，其作用是保證正

52、、反組觸發(fā)器得到的控制信號(hào)大小相等，極性相反，即圖中,用兩個(gè)繼電器來(lái)進(jìn)行給定電壓Un*極性的切換，給定信號(hào)極性不同時(shí)，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)方向。,,控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均需設(shè)置雙向輸出限幅，以限制最大動(dòng)態(tài)電流和最小觸發(fā)角 min 與最小逆變角 min 。在選擇合適的觸發(fā)器配合關(guān)系時(shí)，就能做到使正組的觸發(fā)角 與反組的逆變角 相等，即前面提到的 配合關(guān)系。,工作過(guò)程：,, 的配合關(guān)系只是指控制角的工作狀態(tài)。 實(shí)際上，當(dāng)正組工作于整流工作狀態(tài)時(shí)，反向組直流平均電流為零，嚴(yán)格地說(shuō)，它只是處于“待逆變狀態(tài)”。當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，因控制角的改變，使Udof和Udor同

53、時(shí)降低，一旦電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì) 時(shí)，整流組電流被截止，逆變組才能真正投入逆變狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)在能量回饋電網(wǎng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)制動(dòng)降速。 當(dāng)逆變組回饋電能時(shí)，另一組也是工作于“待整流狀態(tài)”。所以，在這種 的配合工作制下，電動(dòng)機(jī)的電流可以很方便地按正反兩個(gè)方向平滑過(guò)渡，在任何時(shí)候，實(shí)際上只有一組晶閘管裝置在工作，另一組則處于等待工作狀態(tài)。,,通過(guò)切換Un*的極性,本系統(tǒng)可以在運(yùn)行中進(jìn)行正反向的相互切換。,切換過(guò)程：,當(dāng)突然Un*從正極性變?yōu)樨?fù)極性電壓時(shí)，系統(tǒng)先是正向制動(dòng)，使轉(zhuǎn)速下降到零，然后反方向起動(dòng)，完成起動(dòng)過(guò)程后，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行于某一反方向的轉(zhuǎn)速值上。,,,制動(dòng)過(guò)程：當(dāng)發(fā)出反向指令后，Un*突

54、然變負(fù)，速度反饋信號(hào)與給定電壓極性相同了，速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出迅速改變極性且為限幅值，此時(shí)電流沒(méi)來(lái)得及變化，Ui仍為正極性電壓，在 Uim*與 Ui 同為正極性電壓的作用下，ACR的輸出 Uct 迅速反向且達(dá)負(fù)限幅值 Uctm ，在其作用下使正組VF由原來(lái)的整流狀態(tài)很快變成逆變狀態(tài)，且逆變角 f=min ，同時(shí)反組VR由原“待逆變狀態(tài)”轉(zhuǎn)為“待整流狀態(tài)”。此時(shí)在電樞回路中，VF輸出電壓改變極性，而反電勢(shì)仍為原極性，迫使 Id 迅速下降， Id 的迅速減小使電樞電路中電感 L 兩端感應(yīng)出很大的電壓 ,其極性是力圖阻止 Id 下降的。這時(shí) ，由電感L釋放的磁場(chǎng)能量維持原來(lái)的正向電流

55、，大部分能量通過(guò)VF的逆變狀態(tài)回饋電網(wǎng)，而反組VR盡管觸發(fā)信號(hào)在整流區(qū)，但并不能真正輸出整流電流。 隨著磁場(chǎng)能量的減少， Id逐漸減少到零。,通常將制動(dòng)的這個(gè)子階段稱(chēng)作本組逆變階段，有些書(shū)上稱(chēng)其為本橋逆變。理由是在這一階段中投入逆變工作的仍是原來(lái)處于整流工作的一組裝置。,它組制動(dòng)階段又可分成三個(gè)子階段： 它組建流子階段； 它組逆變子階段； 反向減流子階段。,當(dāng)主電路電流下降過(guò)零時(shí)，本組逆變終止，第 I 階段結(jié)束，轉(zhuǎn)到反組VR 工作，開(kāi)始通過(guò)反組制動(dòng)。從這時(shí)起，直到制動(dòng)過(guò)程結(jié)束，統(tǒng)稱(chēng)“它組制動(dòng)階段”。,（1）Id 過(guò)零并反向，直至到達(dá) - Idm 以前，ACR并未脫離飽和狀態(tài)，其輸出仍為 - U

56、cm 。這時(shí)，VF和 VR 輸出電壓的大小都和本組逆變階段一樣，但由于本組逆變停止，電流變化延緩， LdI/dt 的數(shù)值略減，使,反組VR由“待整流”進(jìn)入整流，向主電路提供 Id 。 由于反組整流電壓 Ud0r 和反電動(dòng)勢(shì) E 的極性相同，反向電流很快增長(zhǎng)，電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速明顯地降低，因此，又可稱(chēng)作“它組反接制動(dòng)狀態(tài)”。,（2） 當(dāng)反向電流達(dá)到 Idm 并略有超調(diào)時(shí)，ACR輸出電壓 Uc 退出飽和，其數(shù)值很快減小，又由負(fù)變正，然后再增大，使VR回到逆變狀態(tài)，而 VF 變成待整流狀態(tài)。此后，在ACR的調(diào)節(jié)作用下，力圖維持接近最大的反向電流 Idm ，因而,電機(jī)在恒減速條件下回饋制動(dòng)

57、，把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，其中大部分通過(guò) VR 逆變回饋電網(wǎng)，這一階段稱(chēng)作“它組回饋制動(dòng)階段”或“它組逆變階段”。 這個(gè)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，是制動(dòng)過(guò)程中的主要階段。 當(dāng)轉(zhuǎn)速下降得很低，無(wú)法再維持 Idm時(shí)，電流立即衰減，進(jìn)入下一階段。,（3） 在電流衰減過(guò)程中，電感 L上的感應(yīng)電壓 LdI/dt 支持著反向電流，并釋放出存儲(chǔ)的磁能，與電動(dòng)機(jī)斷續(xù)釋放出的動(dòng)能一起通過(guò)VR逆變回饋電網(wǎng)。 若給定信號(hào)為零，在Id 的作用下，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)一定大小的負(fù)值后， 隨著Id 的減小，經(jīng)幾次衰減震蕩后，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在零上； 若給定信號(hào)為一定大小的負(fù)值，則轉(zhuǎn)速變負(fù) 后，ASR仍不退飽和，在電流環(huán)的作用下維持 Id

58、m ，電動(dòng)機(jī)處于反向起動(dòng)狀態(tài)。,系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)： 切換時(shí)電流無(wú)死區(qū)，快速性好； 缺點(diǎn)： 存在脈動(dòng)環(huán)流，額外加限制脈動(dòng)環(huán)流電抗器。,,、可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng),按著負(fù)載較輕時(shí)讓系統(tǒng)存在適當(dāng)?shù)闹绷髌骄h(huán)流，隨著負(fù)載的增加而自動(dòng)減小，當(dāng)負(fù)載大到一定程度，完全取消直流平均環(huán)流的原則組成的可逆調(diào)速系統(tǒng)被稱(chēng)作可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。,圖5-38 可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖,系統(tǒng)主電路采用兩組晶閘管交叉反并聯(lián)線路?？刂凭€路仍為典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。,系統(tǒng)原理：,正、反組電流調(diào)節(jié)器1ACR,2ACR的輸入端由負(fù)電源經(jīng)分壓得 到的負(fù)極性電壓 Uc* 作為環(huán)流給定。,二極管VD、電容C、電阻R配合環(huán)流

59、給定電壓Uc*，共同構(gòu)成了環(huán)流的抑制環(huán)節(jié),,工作原理：,本系統(tǒng)除了可控環(huán)流環(huán)節(jié)以外，其它部分的工作原理與 配合工作制的有環(huán)流系統(tǒng)相仿，這里著重介紹一下可控環(huán)流環(huán)節(jié)的工作原理。,當(dāng)速度給定信號(hào)Un*=0 時(shí)，ASR輸出電壓Ui*=0 ，則1ACR、2ACR均輸出一不大的正極性電壓，兩組整流器均處于整流狀態(tài)，輸出相等的電流If=Ir=Ic*(Ic*即為最大給定環(huán)流，其值由 Uc* 決定)，在原有脈動(dòng)環(huán)流之外，又加上恒定的直流平均環(huán)流，而電動(dòng)機(jī)的電樞電流為Id=If-Ir=0。,,當(dāng)給定 Un* 為正時(shí)，Ui*為負(fù)，二極管 VD1導(dǎo)通，負(fù)的 Ui*加在正組電流調(diào)節(jié)器1ACR上，使正組控制角 f 更小

60、，輸出電壓Udof 升高，正組流過(guò)的電流If也增大,與此同時(shí)，反組的電流給定 為正電壓，二極管 VD2截止，正電壓 只有通過(guò)與 VD2 并聯(lián)的電阻 R 經(jīng)衰減后加到反組的電流調(diào)節(jié)器2ACR上， 與環(huán)流給定電壓 Uc*極性相反，故 抵消了 Uc* 的作用，抵消的程度取決于電流給定信號(hào)的大小。,采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)電流環(huán)的給定信號(hào) Ui* 與電流反饋信號(hào) Ui 是相等的，而 Ui 與電樞電流 Id （穩(wěn)態(tài)時(shí) Id=Ie ）成比例，為此，負(fù)載電流小時(shí)，正極性的Ui*不足以抵消負(fù)極性的 Uc*，所以反組還有較小的環(huán)流電流流過(guò)，電樞電流 Id=If-Ir；隨著負(fù)載加重，負(fù)載電

61、流的增大，正極性的Ui*繼續(xù)增大，抵消負(fù)極性Uc*的程度增大，當(dāng)負(fù)載電流大到一定程度時(shí)，環(huán)流就完全被遏制住了。這時(shí)正組流過(guò)負(fù)載電流，反組則無(wú)直流平均電流通過(guò)。,,三. 無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),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)：（略）,采用的無(wú)環(huán)流控制方法：當(dāng)一組整流裝置工作時(shí)，用邏輯電路封鎖另一組整流裝置的觸發(fā)脈沖，使其根本不能導(dǎo)通，這樣，無(wú)論是直流平均環(huán)流還是瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流都不存在了。,采用的仍是配合控制，工作時(shí)，兩組整流裝置均可得到觸發(fā)脈沖，但兩組裝置的觸發(fā)脈沖的相位錯(cuò)開(kāi)的比較遠(yuǎn)，這樣，當(dāng)一組工作時(shí)，另一組雖也得到觸發(fā)脈沖，但因其晶閘管承受反壓而無(wú)法導(dǎo)通，自然環(huán)流

62、也就不存在了。,,1. 邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng),邏輯控制器,邏輯控制器的作用： 根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出正反兩組觸發(fā)脈沖的封鎖和開(kāi)放信號(hào)Ubef、Uber。,邏輯控制器的輸入信號(hào)： （1）是速度調(diào)節(jié)器的輸出Ui*，其值的極性反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的給定極性。 （2）第二個(gè)信號(hào) Uio是反映電樞電流是否接近零值的，當(dāng)該信號(hào)為一個(gè)二極管管壓降時(shí)，可認(rèn)為電樞中有電流，而當(dāng)信號(hào)小于二極管管壓降時(shí)，就可認(rèn)為電樞回路是零電流，所以該信號(hào)可稱(chēng)為零電流檢測(cè)信號(hào)。,,正向運(yùn)行時(shí)，Ui*為負(fù)，DLC通過(guò)Ubef開(kāi)放正組觸發(fā)脈沖，通過(guò)Uber封鎖反組觸發(fā)脈沖，正組工作于整流狀態(tài),反組不工作。,系統(tǒng)工作

63、原理：,當(dāng) Un*為正給定時(shí)，Ui*為負(fù)，Uctf 為正，DLC通過(guò) Ubef開(kāi)放GTF的脈沖輸出，使正組整流裝置VF工作于整流狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行，同時(shí)DLC通過(guò)Uber封鎖GTR的脈沖輸出，使反組VR的晶閘管全部處于關(guān)斷狀態(tài)。 若當(dāng)Un*為負(fù)給定時(shí)，Ui*為正，則Uctr為正，DLC通過(guò)Uber開(kāi)放反組脈沖，VR工作于整流狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，而正組觸發(fā)脈沖被DLC通過(guò)Ubef封鎖。,正向制動(dòng)過(guò)程及DLC工作特點(diǎn)：,當(dāng)給定信號(hào)變?yōu)榱銜r(shí)，ASR輸出迅速反向，由原來(lái)的Ui*為負(fù)變?yōu)檎?，DLC得到了封鎖正組，開(kāi)放反組觸發(fā)脈沖的必要條件，但不是充分條件。此時(shí)系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程首先要進(jìn)行的是本組逆變。

64、,,本組逆變終止，電樞電流因接近零而斷續(xù)時(shí)DLC才應(yīng)準(zhǔn)備封鎖正組的觸發(fā)脈沖，所以電樞回路電流是否接近零值是DLC封鎖正組的另一條件，圖中的零電流檢測(cè)信號(hào)Uio正是起這種作用的。,DLC 工作條件,,1.,,,設(shè)置開(kāi)放延時(shí)時(shí)間的目的是由于已封鎖組最后被觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管應(yīng)完全關(guān)斷后才能開(kāi)放另一組的觸發(fā)脈沖，否則會(huì)造成兩組都有導(dǎo)通的晶閘管而形成環(huán)流。,判明電樞回路電流已斷續(xù)后，大約等待2-3ms后，才能真正封鎖正組觸發(fā)脈沖。這一時(shí)間稱(chēng)為封鎖等待時(shí)間。,設(shè)置封鎖等待時(shí)間的目的是為了確保電流已斷續(xù)。否則的話，電流連續(xù)時(shí)就封鎖觸發(fā)脈沖會(huì)使工作于逆變狀態(tài)的整流裝置因失去觸發(fā)脈沖而發(fā)生逆變顛覆故障。,正組觸發(fā)脈沖被封鎖的同時(shí)，還不能立即開(kāi)放反組的觸發(fā)脈沖，需要5-7ms的延時(shí)時(shí)間才能開(kāi)放反組的觸發(fā)脈沖，這一時(shí)間常稱(chēng)為開(kāi)放延時(shí)時(shí)間。,反組開(kāi)放后，余下的過(guò)程與前述的有環(huán)流系統(tǒng)相同,邏輯無(wú)環(huán)流的控制策略也是構(gòu)成全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)裝置的基礎(chǔ)，得到廣泛應(yīng)用！,