【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A GT M TG + + + Utg Ud Id n + + Un ?Un U*n Uc UPE + Id d n 76 ① UPE的組成 圖中， UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三相（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為 Uc 。 Uc Ud0 u ~ AC DC d0 77 ① UPE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： a. 對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由 IGBT或 PMOSFET組成的 PWM變換器； b. 對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如 GTO、 IGCT等； c. 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。 78 2. 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。 79 3. 系統(tǒng)調(diào)速過(guò)程 值改變 → Uc值改變 → α（移相控制角） 大小改變 → Ud值改變 → 轉(zhuǎn)速 n改變。 *nU80 4. 系統(tǒng)抗擾調(diào)節(jié)過(guò)程 (1) 開(kāi)環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? 例如：在圖中工作點(diǎn)從 A ? A’ (2) 閉環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? ? Un? ? ?Un? ? n? ? Ud0? ?α↓ ? Uc? 例如：在圖中工作點(diǎn)從 A ? B 81 n 0 O Id Id1 Id3 Id2 Id4 A B C A’ D 閉環(huán)靜特性 開(kāi)環(huán)機(jī)械特性 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 82 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 。 83 下面分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性 ， 以確定它如何能夠減少轉(zhuǎn)速降落 。 為了突出主要矛盾 ， 先作如下的假定： （ 1） 忽略各種非線性因素 ， 假定系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性的 ， 或者只取其線性工作段； （ 2） 忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻 。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 84 圖 14 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) + A GT M TG + + + Utg Ud Id n + + Un ?Un U*n Uc UPE + Id d n 85 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) n*nn UUU ???放大器 npc UKU ??電力電子變換器 cs0d UKU ?調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性 ed0dCRIUn ??測(cè)速反饋環(huán)節(jié) nU ??n1. 穩(wěn)態(tài)關(guān)系 86 1. 穩(wěn)態(tài)關(guān)系（續(xù)） 以上各關(guān)系式中 — 放大器的電壓放大系數(shù)； — 電力電子變換器的電壓放大系數(shù)； — 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ， （ Vmin/r） ； — UPE的理想空載輸出電壓； — 電樞回路總電阻 。 Kp Ks R ?Ud0 87 從上述五個(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 135） )1()1()/1( ede*nspesped*nspKCRIKCUKKCKKCRIUKKn???????? 2. 靜特性方程 88 2. 靜特性方程（續(xù)） 式中 閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù) K為 它相當(dāng)于在測(cè)速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開(kāi)后， 從放大器輸入起直到測(cè)速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。 電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)放大系數(shù)為 espCKKK ??nEC ?e89 注意： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流 （ 或轉(zhuǎn)矩 ） 間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系 ， 它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相似 ，但本質(zhì)上卻有很大不同 ， 故定名為 “ 靜特性 ” ， 以示區(qū)別 。 90 Kp Ks ? 1/Ce U*n Uc ?Un E n Ud0 Un + + IdR n 3. 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖 15 a)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 91 圖中各方塊內(nèi)的符號(hào)代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。運(yùn)用結(jié)構(gòu)圖運(yùn)算法同樣可以推出式（ 19）所表示的靜特性方程式，方法如下：將給定量和擾動(dòng)量看成兩個(gè)獨(dú)立的輸入量，先按它們分別作用下的系統(tǒng)求出各自的輸出與輸入關(guān)系式 ， 92 b）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng) c）只考慮擾動(dòng)作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng) )1(e*nspKCUKKn??)1(edKCRIn???U*n Kp Ks ? 1/Ce Uc ?Un n Ud0 Un + + Kp Ks ? 1/Ce IdR n Ud0 + E 93 由于已認(rèn)為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來(lái)，即得系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 19） )1()1( ede*nspKCRIKCUKKn????94 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性 的比較 比較一下開(kāi)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(kāi)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為 opop0ede*nsped0d nnCRICUKKCRIUn ??????? (110) 而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫(xiě)成 ll nnKCRIKCUKKncc0ede*nsp)1()1( ???????(111) 95 比較式（ 110）和式（ 111）不難得出以下的論斷： （ 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。 （考查轉(zhuǎn)速降落?。? 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 Knnl ????1opc(112) edop CRIn ?? )1(edc KCRInl ???1. 系統(tǒng)特性比較 96 1. 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） （ 2）在相同的理想空載轉(zhuǎn)速和負(fù)載下，閉環(huán)系統(tǒng)比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 當(dāng) n0op =n0cl 時(shí)， （ 113） lll nnsc0cc??op0opop nns ??Kssl ?? 1opc97 （ 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 nmax；而對(duì)最低速靜差率的要求相同 ， 那么： 開(kāi)環(huán)時(shí) ， 閉環(huán)時(shí) ， 再考慮式 （ 112） ， 得 opc )1( DKD l ??)1(opNop snsnD??? )1(cNc snsnDll ???1. 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） 98 1. 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） （ 4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。 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)置放大器。 99 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(kāi)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。 100 例 12 設(shè)某轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖 16所示，已知數(shù)據(jù)如下： 直流電動(dòng)機(jī) ：額定數(shù)據(jù)為 PN=22kW， UN=220,IN=112A，Ra=， nN=1500r/min； 晶閘管裝置 ：三相橋式可控整流電路，整流變壓器為△ /Y接法，二次側(cè)相電壓有效值 U2=133V，電壓放大系 Ks=30；VM系統(tǒng)主回路總電阻 R=； 測(cè)速發(fā)電機(jī) ：永磁式，額定數(shù)據(jù)為 PNtg=， UNtg=110V，INtg=， nNtg=1900r/min； 若 生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍 D=10，靜差率 S≤5％， 試計(jì) 算調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。 KP α 101 圖 16 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 102 )1( SDSnn Ncl ??? )(10 00 ?? ?1500 ?????NaNNenRIUC ????eNop CRIn解 （ 1）為了滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求， 額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為 ≤ （ 2）求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù) =（ Vmin/r） =（ r/min） =（ r/min） 則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的額定速降為 103 1????clopnnK ????閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為 ≥ （ 3）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α的估算和電位器的選擇 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α的估算： 150010* ???NnmnU =（ Vmin/r） 電位器 RP2的選擇：當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓 Utg為 ???tgU（ V） V 104 為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與轉(zhuǎn)速間呈線性關(guān)系，以保 證轉(zhuǎn)速檢測(cè)的精確性，一般測(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流為其額 定電流的 20%左右，于是電位器的電阻 RRP2和電位器的功率 WRP2分別為 ??? N t gtgRP IUR =（ Ω ） )()(2 ????? N t gtgRP IUW =（ W） 為了使電位器不發(fā)熱，以保證檢測(cè)精確度，可選 10W、。 105 （ 4）計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)和參數(shù) 根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng) 為 K≥，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù) KP應(yīng)為 eSP CKKK/?????≥ 106 閉環(huán)系統(tǒng)的基本特征 轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下 三個(gè)基本特征 ，也就是 負(fù)反饋控制的基本規(guī)律 ，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。 107 有靜差的 從分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能可知 ， 在閉環(huán)系統(tǒng)中 設(shè)置一個(gè)比例放大器 ， 增大開(kāi)環(huán)放大系數(shù) K值 ， 對(duì)擴(kuò) 大調(diào)速范圍 、 減小靜態(tài)速降非常有利 ， K值 越大 ， 靜 態(tài)速降越小 ， 但是不可能消除 ， 這是因?yàn)殪o態(tài)速降為 只有 K = ?，才能使 ?ncl = 0，而這是不可能的。 因?yàn)?K值總是有限的，況且 K值還受系統(tǒng)穩(wěn)定性的約 束； )(edc KICRInl ???108 再者，帶有比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)是依靠偏差 電壓 ΔU進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的， 假如 ΔU=0，則移相控