【文章內容簡介】 差電壓為負值，才能使ASR退出飽和。這就是說，采用PI調節(jié)器的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速動態(tài)響應必然有超調。在一般情況下，轉速略有超調對實際運行影響不大。如果工藝上不允許超調，就必須采取另外的控制措施。最后，應該指出，晶閘管整流器的輸出電流是單方向的，不可能在制動時產生負的回饋制動轉矩。因此，不可逆的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)雖然有很快的起動過程，但在制動時，當電流下降到零以后，就只好自由停車。如果必須加快制動，只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。同樣，減速時也有這種情況。類似的問題還可能在空載起動時出現。這時，在起動的第Ⅲ階段內，電流很快下降到零而不可能變負，于是造成斷續(xù)的動態(tài)電流，從而加劇了轉速的振蕩，使過渡過程拖長，這是又一種非線性因素造成的。 PI調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征一般存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向信號使調節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當于使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 速調節(jié)器不飽和這時，兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。因此由第一關系式可得：與此同時，由于ASR不飽和， ，從上述第二個關系式可知：。這就是說，段靜特性從=0 （理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)到。而一般都是大于額定電流的，這就是靜特性的運行段。 轉速調節(jié)器飽和這時，ASR輸出達到限幅值，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時最大電流是設計者選定的，取決于電機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加度所描述的靜特性是圖26中的AB段。這樣的下垂特性只適合于n的情況。因為如果 ，則，ASR將退出飽和狀態(tài)圖26 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現為轉速無靜差，這時，轉負反饋起主要調節(jié)作用。當負載電流達后，轉速調節(jié)器飽和，電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用，系統(tǒng)表現為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調節(jié)器分別形成內、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流至負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實際上運算放大器的開環(huán)放大系數并不是無窮大，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差。無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據各調節(jié)器的給定反饋值計算有關的反饋系數： 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數計算雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系 上述關系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于n和，或者說，同時取決于和。這些關系反映了PI調節(jié)器不同于P調節(jié)器的特點。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。鑒于這一點，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據各調節(jié)器的給定與反饋值計算有關的反饋系數：轉速反饋系數 電流反饋系數 兩個給定電壓的最大值和是受運算放大器的允許輸入電壓限制的。三、設計任務及要求 設計初始條件采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。電機參數：uN=220V，IN=136A，Nn=1460r/min；電動機電動勢系數晶閘管放大系數電樞回路總電阻R=；電磁時間常數TL=；電力拖動系統(tǒng)機電時間常數Tm=額定轉速時給定電壓為10V；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量σi≤5%；空載啟動到額定轉速時的過度過程時間ts≤ 要求完成的主要任務（1）PWMM可逆調速系統(tǒng)電路設計；（2）系統(tǒng)原理圖設計；（3）過程分析,參數設計計算與校驗。四、PWMM調速系統(tǒng)設計 直流PWMM調速系統(tǒng)整個系統(tǒng)上采用了轉速、電流雙閉環(huán)控制結構，如圖41所示。在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反饋結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，是內環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計；轉速調節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設計。為了獲得良好的動、靜態(tài)品質，調節(jié)器均采用PI調節(jié)器并對系統(tǒng)進行了校正。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進行檢測，轉速還則是采用了測速電機進行檢測，達到了比較理想的檢測效果。主電路部分采用了以GTR為可控開關元件、H橋電路為功率放大電路所構成的電路結構。控制PWM脈沖波形，通過調節(jié)這兩路波形的寬度來控制H電路中對電機速度的控制。 圖41雙閉環(huán)調速系統(tǒng)結構圖直流調速系統(tǒng)的結構如上圖所示，其中UPE是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鑄。對于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P一MOSFET組成的PWM變換器。對于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關器件，如GTO、IGCT等。對于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管裝置。根據自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調量出現偏差，它就會自動產生糾正偏差的作用。圖42 橋式可逆PWM變化器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個驅動電壓波形如圖3所示，它們的關系是：。在一個開關周期內，當時，電樞電流沿回路1流通；當時，驅動電壓反號，沿回路2經二極管續(xù)流。因此，在一個周期內具有正負相間的脈沖波形。為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別是轉速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制PWM調制器