【文章內(nèi)容簡介】 (210) 式(29)(210)中：T1=L/R：電樞回路電磁時間常數(shù) GD2電力拖動運(yùn)動系統(tǒng)部分折算到電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩，單位為Nm2Ce=30/ ：電機(jī)額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A。Tm= GD2R/375CeCm：電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)，單位為s。TL：包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Idl=TL/Cm：負(fù)載電流將上述(29)、(210)式在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換，整理后可以得到額定勵磁電流下直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖24所示。圖24直流電機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im。決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖27所示。a一轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)， 一電流反饋系數(shù)圖27雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時．兩個調(diào)節(jié)器都不飽和。ASR的調(diào)節(jié)作用使轉(zhuǎn)速跟隨轉(zhuǎn)速給定，ACR的調(diào)節(jié)作用使電流跟隨電流給定。只要調(diào)節(jié)器輸入端的反饋信號不等于給定信號，調(diào)節(jié)器的輸出就會發(fā)生變化。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達(dá)到限幅值，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出問的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。實際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況：當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和： （211）可得關(guān)系式為： 從而得到圖28靜特性的CA段。由于ASR不飽和，U*iU*im，從上述第二個關(guān)系式可知：IdIdm。這就是說，CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到Id=Idm，而Idm一般都是大于額定電流IdN的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。 當(dāng)速度調(diào)節(jié)器飽和時：這時，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時，最大電流Idm是由設(shè)計者選定的，取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。 ( 212)上式描述的靜特性是圖26中的AB段，它是垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于nn0的情況，因為如果nno，則UnU*n，ASR將退出飽和狀態(tài)。第三章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖31，它與前述的圖29不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。其中T0i — 電流反饋濾波時間常數(shù)T0n — 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) 圖31雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)設(shè)計的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”，即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。一般說來典型Ⅰ型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗憂性能差。 而典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。基于此，在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)一個重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調(diào)是設(shè)計電流環(huán)首先考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設(shè)計為Ⅰ型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計應(yīng)以此為限定條件，設(shè)計為PI調(diào)節(jié)器。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求， 所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設(shè)計為Ⅱ型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， 整流裝置滯后時間常數(shù)Ts和電流濾波時間常數(shù)Toi一般都比電樞回路電磁時間常數(shù)Tl小很多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取Ti=Ts+Toi。這樣，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設(shè)計成典型Ⅰ型系統(tǒng)，同理，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對象形式為W（s）=K/s(Ts+1)如前所述，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計成Ⅱ型系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計成PI型調(diào)節(jié)器。在設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計工作帶來麻煩。 轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是 （31）式中ωci—電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。這時，電流環(huán)如圖32（a）所示。若把給定濾波和反饋濾波同時等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上，再把給定信號改成Ui*(s)/β,則電流環(huán)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng),如下圖32（b）所示。而Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以近似為一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi （32）簡化的近似條件為 （33）則最后可將電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖小慣性環(huán)節(jié)近似處理，如下圖32（c）所示。圖32（a）電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡H / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / m圖32(b)電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡（vb）x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1圖32(c)電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = x = 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖32（c）可以看出，采用I型系統(tǒng)就夠了。從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。圖32（c）表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 （34）式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ti 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象的大時間常數(shù)極點(diǎn)對消，選擇 （35）則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖33所示的典型形式，其中 （36）校正后電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖33所示，圖33校正后電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖