直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)(文件)
【正文】 2. 他勵(lì)直流電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩問(wèn)題 ? ⑴ 降低電樞電壓調(diào)速按允許輸出轉(zhuǎn)矩不變 —— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 ? 調(diào)速時(shí)， Φ=ΦN不變，因此電機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩為： ? Tal=KT ΦN IN=常數(shù)，稱(chēng)恒轉(zhuǎn)矩輸出，此時(shí)允許的輸出功率為： ? ⑵ 改變勵(lì)磁磁通的弱磁調(diào)速允許輸出功率不變 —— 恒功率調(diào)速方式 ? 在弱磁調(diào)速時(shí)， U=UN、 Ia=IN。此時(shí)，直流電源向電動(dòng)機(jī)輸入電能，并轉(zhuǎn)換為機(jī)械能拖動(dòng)負(fù)載。 ? ㈠ 能耗制動(dòng) ? 制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的慣性作用，ｎ 不變，故 Ea的大小和方向不變，則： ? 電樞電流為負(fù)值，與電動(dòng)狀態(tài)的正方向相反，轉(zhuǎn)矩 T與電動(dòng)狀態(tài)相反，則 T與 n也相反，電動(dòng)機(jī)為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)， T—— 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)開(kāi)始時(shí)， n1不能突變，工作于 B點(diǎn)， T1為負(fù)值，在 T TL作用下，電動(dòng)機(jī)減速。當(dāng)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)（ T=0， n=0），在位能負(fù)載作用下，電動(dòng)機(jī)將向反方向加速，此時(shí)， n、 Ea、Ia和 T如圖所示，工作于四象限，如上頁(yè)虛線(xiàn)。 ? 串入電阻 R的瞬間，轉(zhuǎn)速不能突變，工作于 B點(diǎn)， T＜ TL ，電機(jī)減速，下降到 C點(diǎn)，n=0，這時(shí)， T任然小于 TL ，電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)矩 │ TL T │的作用下倒拉電機(jī)反轉(zhuǎn)，即電機(jī)由原來(lái)的提升重物變?yōu)橄路胖匚锏姆较?。這兩項(xiàng)電功率之和均轉(zhuǎn)換成熱能消耗在電樞回路總電阻（ R+Ra）上， R越大，穩(wěn)定下放重物速度越大。在電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動(dòng)機(jī)迅速停車(chē)。 ? 為保證反接制動(dòng)時(shí)電樞最大電流不超過(guò)2IN，應(yīng)使： ? ㈢ 回饋制動(dòng) ? 1. 正向回饋制動(dòng) ? 2. 反向回饋制動(dòng) 第五節(jié)、直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng) ? 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組：由交流電機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，實(shí)現(xiàn)變流。 ? SCR ? GTO ? GTR ? MOSFET ? IGBT ? 一、采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及分析 ? Un:直流測(cè)速發(fā)電機(jī) TG發(fā)出與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n成正比的負(fù)反饋電壓； ? Un*：轉(zhuǎn)速給定電壓； ? 觸發(fā)裝置 AT的控制電壓 Uct=K1*（ Un*Un）； ? 可控整流器的輸出電壓 Ud ? 系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)是按偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)。它在形式上與電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相同，但本質(zhì)上有很大區(qū)別。 ? Δnop和 Δncl分別表示開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。即閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬（ 1+K）倍。 ? 二、轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ? ⒈ 轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 ? ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，輸入為給定轉(zhuǎn)速電壓 Un*與測(cè)速反饋電壓 Un之差，其輸出電壓經(jīng)限幅，作為電流調(diào)節(jié)器 ACR電流給定輸入電壓 Ui*，與電流反饋信號(hào)電壓 Ui相比較進(jìn)入 ACR。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均不飽和。 ? 當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ASR飽和時(shí)， ASR輸出達(dá)到限幅 Uim，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈現(xiàn)開(kāi)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)變成只有電流內(nèi)環(huán)無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。 ? 由上圖可見(jiàn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流 IL ＜ Ilm時(shí)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差（ Δn=0）。 ? ⒊ 雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) ? 在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均未飽和，它們的輸出是無(wú)靜差的，有： ? 由靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖有： ? 由上式可看出：系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，轉(zhuǎn)速 n由給定電壓 Un*決定； ASR的輸出電壓 Ui*是由負(fù)載電流 IL決定的；而晶閘管觸發(fā)和整流裝置的控制電壓 Uct同時(shí)由 n和IL決定。 。 ? 三、弱磁控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ? 采用電樞電壓與勵(lì)磁相配合的直流閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，目前使用較多。當(dāng) IL、 Ilm到達(dá) Ilm以后， ASR飽和，此時(shí)系統(tǒng)以電流調(diào)節(jié)器起主要作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為無(wú)電流靜差（ ΔIL=0 ）。它決定于電動(dòng)機(jī)的允許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)所要求的最大加速度。一般設(shè)計(jì)成 ILm ＞ IN。 ? 電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面 —— 內(nèi)環(huán)反饋 ? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面 —— 外環(huán)反饋 ? ASR的輸出限幅電壓為 Uim*，它決定了電流調(diào)節(jié)器的給定電壓最大值； ? ACR的輸出限幅電壓為 Uctm，它限制了晶閘管整流裝置的輸出電壓最大值。 ? 當(dāng) Δn0cl=Δn0OP時(shí)，可得： ? 3）當(dāng)要求靜差度一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍大大提高。在相同的負(fù)載擾動(dòng)情況下，兩者的轉(zhuǎn)速降分別為： ? 兩者關(guān)系為： ? 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。將兩個(gè)輸入量分別作用于系統(tǒng)，可得： ? 假設(shè)系統(tǒng)是線(xiàn)性的，可將 n’和 n’’疊加起來(lái)，即可得到閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性方程。 ? 從上述關(guān)系中，消去中間變量，經(jīng)整理后得到轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程為： ? 式中， 稱(chēng)為閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。 ? 靜止可控整流裝置：采用晶閘管可控整流器，通過(guò)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流輸出電壓。特性位于第二象限，工作點(diǎn)由 B沿特性線(xiàn)下降到 C點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 ? 停機(jī)時(shí)，斷開(kāi) KM1，接通 KM2， n不能突變，工作于 B點(diǎn)，此時(shí) Ia為： ? Ia變?yōu)樨?fù)值， T也變?yōu)樨?fù)值。 ? 由于 n反方向，電樞電勢(shì) Ea也反向， Ia為： ?
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