【文章內容簡介】 N um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 9 M a r 2021 S he e t of F i l e : E : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ M y D e s i gn3\ M y D e s i r a w n B y :001122U2AND+R1R E S 2R2R E S 2R3R E S 2R4R E S 2D1D I O D ED2D I O D ER5R E S I S T O R T A P P E DR6R E S I S T O R T A P P E D+U s cU s r 圖 23 在組成雙閉環(huán)系統(tǒng)時必須解決另一個問題，就是調節(jié)器的限幅的整定問題。轉速調節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓決定了電流調節(jié)器 ACR 給定電流的最大值，它完全取決于電動機的過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要；電流調節(jié)器 ACR 的正限幅則表示對觸發(fā)器裝置的最小移相 α的限制或對晶閘管裝置輸出電壓最大 值的限制。采用運算放大器做調節(jié)器的時候，輸出限幅可以采用上面圖 23 電路。 實驗調試 實驗之初根據(jù)串級系統(tǒng)的主電路圖（圖 21）、雙閉環(huán) 原理框架結構圖 （圖 22）和 MCL 實驗臺指導書的資料，設計出的 初期 電路圖（如圖 24） 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 11 圖 24 實驗連線完畢后，系統(tǒng)整定調試完畢，出發(fā)脈沖調試完畢，給電運行，發(fā)現(xiàn)轉子電壓低于二極管電壓，無法實現(xiàn)整流 ，后來分別在轉子三條回路中串 入 三個可調電阻，目的為了增大轉子側電壓，使轉子側電壓大于 晶閘管 電壓。 實驗初期 忽略了對晶閘管的監(jiān)控，對它的允許最大電流沒有考慮，結果導致運行一段時間后晶閘管燒毀，后來為了防止通過晶閘管的電流過大，在晶閘管和電流表之間加入一個可調電阻，對通過晶閘管的電流進行控制使其一直小于 1 安 ，之后沒再發(fā)生燒毀器件的事故發(fā)生。 實驗初期 關于變壓器的選擇也出現(xiàn)了問題，理論上應該選擇 是 且為星型連接但實際運行時發(fā)現(xiàn)儀器上要求為角型連接而且導致晶閘管端電壓大于轉子端的電壓，并無法用調節(jié)電阻的辦法改善情況。最 后無奈之下采用 56V/ 的，問題才得以解決但轉速有所犧牲 （考慮到當時的溫度、各種損耗和誤差應屬合理范圍） 。 最后成功的電路圖為本文最后的電路圖 41。沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 12 分析 三相異步電動機串級調速開環(huán)工作機械特 三相異步電動機串級調速開環(huán)工作機械特性是指三相異步電動機串級調速系統(tǒng)中無 閉環(huán)負 反饋作用時電動機的轉速 n 與轉矩 Tem 之間的關系 n =f（ Tem）。三相異步電動機的轉速 n 與轉差率 s 之間存在一定關系：11n nns ?? ，所以三相異步電動機的機械特性也往往用 Tem =f（ s）的形式表示。SSSSTTmmem ?? m ax2 （實用表達式）NNN nPT 9550? NTm TT ?? )1( 2 ??? TTNm ss ?? NmmNmNSSSS TT ?? 2 將 Tm 和 mS 代入即可得到機械特性方程式。 表 31 轉速 n(r/min) 640 610 588 555 532 510 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 17 17 17 17 17 17 負載轉矩 M() 0 電源電壓 U(V) 220 220 220 220 220 220 給定電壓 (V) 3 3 3 3 3 3 圖 31 通過上述試驗數(shù)據(jù)可以看出當 觸發(fā)電路導通后， 電源電壓不變， 只改變系統(tǒng)負載沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 13 的情況下晶閘管電流也隨著變化，負載轉矩增大，晶閘管電流也隨之略有增大。 表 32 圖 32 隨著給定電壓的變化，觸發(fā)電路導通，晶閘管和轉速也發(fā)生變化。給定電壓由0V 到 3V 的過程中，轉速隨之逐漸變大，當給定電壓從 3V到 5V，轉速開始降低，同時晶閘管電流下降。 三相異步電動機單閉環(huán) ASR 系統(tǒng)靜特性 閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)是按被調量偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調量出現(xiàn)偏差，它就會通過負反饋作用來自動地糾正偏差，以抑制擾動對輸出量的影響。 有靜 差 引入轉速負反饋只能減少靜態(tài)轉速降落，使轉速盡可能維持接近恒定，而不可能轉速 n(r/min) 0 516 605 673 555 532 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 15 15 15 15 15 15 負載轉矩 M() 0 0 0 0 0 0 電源電壓 U(V) 210 210 210 210 210 210 給定電壓 (V) 0 1 2 3 4 5 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 14 完全回復到原來數(shù)值 (即有誤差 )。這種維持被調節(jié)量 (轉速 )近于恒值但又有靜差的調節(jié)系統(tǒng)，通常稱為有差恒值調節(jié)系統(tǒng)，簡稱 有靜差系統(tǒng) 。 表 33 轉速 n(r/min) 668 645 595 565 512 470 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電 壓 UG(V) 15 15 15 15 15 15 負載 轉矩 M() 0 電源 U（ V） 200 200 200 200 200 200 給定電壓 3 3 3 3 3 3 圖 33 通過上述試驗數(shù)據(jù)可以看出當觸發(fā)電路導通 后，當電動機軸上的負載轉矩加大時，負載電流增加，電樞主回路的總電阻電壓降落 Ia 便增加，因為此時晶閘管整流裝置輸出的整流電壓還沒有變化，于是電動機的反電動勢 Ea＝ Ken 便減小，電動機轉速隨之下降。電動機轉速下降后，負反饋電壓 Un 也下降到 Unl，但這時給定電壓 Un* 并沒有改變，而 U＝ Un*–Unl，偏差電壓便有所增加，它使晶閘管整流裝置的控制角 減小，整流電壓上升，電動機轉速就回升了。但是，電動機的 轉速不能回升到原來的數(shù)值。因為假如電動機的轉速已經回升到了原值，那么測速發(fā)電機的電壓也要回升到原來的數(shù)值，由于偏差電壓 Un＝ Un*–Un ，偏差電壓又將下降到原來的數(shù)值，也就是說偏差電壓 U 沒有增加， U 不增加，晶閘管整流裝置的輸出整流電壓 UdoCOS 也不能作相應的增加，以補償電樞主電路電阻所引起的電沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 15 壓降落，這樣，電動機的轉速又將重新下降到原來的數(shù)值，不能因引入轉速負反饋而得到相應的提高了。 無靜差 有靜差調速系統(tǒng)，進行給定信號和反饋信號綜合的運算器是比例放大器（稱為 P調節(jié)器），其輸出電壓就是可控整流電源的控制電壓。如果系統(tǒng)沒有靜差，給定電壓和反饋電壓相等，放大器就沒有輸出電壓，可控整流電源也就沒有輸出電壓，系統(tǒng)就不能工作，因此可以說系統(tǒng)是依靠誤差而運行的。從靜特性方程進行的推理可知，由于放大器的放大倍數(shù)不可能為無窮大，所以閉環(huán)轉速降 )1( KnnKB ????也不可能為 0，在靜態(tài)時其放大倍數(shù)接近無窮大，或靜態(tài)時其輸入電壓為 0，但仍保持有輸出電壓。 積分運算器的應用，實現(xiàn)了轉速控制的 無靜差要求，但是，由于積分時間的影響，大大減慢了系統(tǒng)自動調節(jié)的速度，使系統(tǒng)的動態(tài)響應變慢。為此無靜差轉速控制系統(tǒng)常采用比例 積分運算器（稱為 PI 調節(jié)器。） 表 34 轉速 n(r/min) 638 610 590 565 524 498 晶閘管電流 IG(A) 晶閘管電壓 UG(V) 14 14 14 14 14 14 負載 轉矩 M() 0 電源電壓 U（ V） 200 200 200 200 200 200 給定電壓 3 3 3 3 3 3 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 16 圖 34 從 上述數(shù)據(jù)可以看出，在單閉環(huán)無靜差轉速控制系統(tǒng)中當負載 轉矩 增大時，晶閘管電流有小幅波動但基本 維持恒定不變，晶閘管電壓不發(fā)生變化，而轉速有所下降。通過圖形可以看出單閉環(huán)無靜差轉速控制系統(tǒng)要比開環(huán)機械特性要硬。 雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析 表 35 轉速 n(r/min) 635 615 603 570 536 485 晶閘管電流 IG(A) 晶閘 管電壓 UG(V) 15 15 15 15 15 15 負載 轉矩 M() 0 電源電壓 U（ V） 210 210 210 210 210 210 給定電壓 2 2 2 2 2 2 沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 17 圖 35 從靜態(tài)特性上看 ， 電流負反饋有使靜特性變軟的趨 勢 ,但有 轉速 反饋環(huán)包在外面 ，電流負反饋對于速度環(huán)來說相當于一個擾動作用 ， 只要速度環(huán)的放大倍數(shù)足夠大 ， 而且沒有飽和 ， 則電流負反饋的擾動作用就能受到抑制 。 何況速度環(huán)用的是 PI 調節(jié)器 ，整個系統(tǒng)是無靜差的調速系統(tǒng) . 也就是說 ， 當速度環(huán)不飽和時 ， 電流負反饋使靜特性可能產生的速降被轉速調節(jié)器的積分作用消除 。 一旦轉速調節(jié)器飽和 ， 速度環(huán)即失去作用 ， 只剩下電流環(huán)起作用 。 這時 ， 系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調節(jié)系統(tǒng) ， 靜特性呈現(xiàn) 下降趨勢 。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)特性分析 從動態(tài)響應過程來看 ,突加給定信號 Ugn的瞬時 ， 轉速負反饋 很小 ， 近似為零 ， 速度調節(jié)器很快處于飽和狀態(tài) ， 輸出恒值限幅電壓 Ugim ,經過電流調節(jié)器 ， 使電動機很快地起動 ， 起動后 ， 雖然轉速反饋電壓 Uf n增長了 ， 但是由于速度環(huán)的積分作用 ， 只要還是 Uf n Ugn ， 速度環(huán)輸出仍維持在限幅值上不變 ,直到轉速超調 ,即 Uf n Ugn ,輸入偏差電壓 ΔU 變成負值 ,速度環(huán)退出飽和 . 因此 ,在整個升速過程中 ,速度環(huán)一直處于飽和 ,這相當于使速度環(huán)處于開環(huán)狀態(tài) ,系統(tǒng)只在電流環(huán)的恒值作用下以最大電流起動 . 直至超調后 ,速度環(huán)才真正發(fā)揮作用 ,使轉速漸趨穩(wěn)定 . 這樣 ,就巧妙地利用 了速度調節(jié)器的飽和非線性 ,在一段時間內使它的作用隔斷 ,使系統(tǒng)在起動過程中基本上表現(xiàn)為恒流調節(jié)。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)突加給定電壓 Ugn后，由靜止狀態(tài)啟動時轉速和電流的過渡過程波形如 以下的圖中所示。由于在啟動過程中轉速調節(jié)器經歷了不飽和、飽和、退出飽沈陽航空工業(yè)學院北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 18 和三個階段，因此，整個過度過程也分為三個階段如圖 36。 圖 36 第一階段是電流的上升階段，突加給定電壓后，通過兩個調節(jié)器的控制作用，是Uk、 Udo、 Id 都上升。當 IdIfz 后，轉速 N 開始增長。由于電動 機機電慣性較大，轉速和轉速反饋增長較慢，因而轉速調節(jié)器 ASR 的輸入偏差電壓 △ Un=UgnUfz 數(shù)值較大其輸出電壓很快達到了限幅值，并輸送給電流調節(jié)器 ACR，使其輸出 Uk 迅速增大，從而使觸發(fā)脈沖從 90 度初始位置快速前移，迅速地使整流電壓 Udo 增大，進而使電流 Id 迅速增大。當 Id=Idm 時， Ufi=Ugim,電流調節(jié)器的作用使 Id 不再增長，而保持動態(tài)平衡。這一階段的特點是轉速調節(jié)器 ST 由不飽和很快達到飽和，而電流調節(jié)器 LT 一般是不飽和的，以保證電流環(huán)的調