【正文】 3 如果 ， 忽略粘性磨擦及彈性轉(zhuǎn)矩 ， 電機(jī)軸上的 動(dòng)力學(xué)方程 為 tnGDTTdd3752Le ?? 額定勵(lì)磁下的 電磁轉(zhuǎn)矩 和 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 分別為 dme ICT ?nCE e?144 式中 — 包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn) 矩， Nm； — 電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛 輪慣量， Nm2； —電機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， Nm/A； em π30 CC ?TL GD2 145 — 電樞回路 電磁時(shí)間常數(shù) ， s； — 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)電時(shí)間常數(shù) ， s。 RLTl ?me2m 3 75 CCRGDT ?定義下列 時(shí)間常數(shù) 146 )dd( dd0d tITIREUl???tERTIIddmdLd ??mLdL CTI ?式中 為負(fù)載電流。 (2) 微分方程 147 在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換， 11)()()(0dd??? sTRsEsUsIl整理得電壓與電流間的傳遞函數(shù) (3) 傳遞函數(shù) )1)(()()(0 sTsRIsEsU ldd ???148 在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換， sTRsIsIsEmdLd )()()( ??md d L( ) ( ) ( )TI s I s s E sR??整理得電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù) 149 (4) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 Id (s) IdL(s) + E (s) R Tms E(s) Ud0 + 1/R Tl s+1 Id (s) + 圖 112 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 150 n(s) c. 整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)圖 1/Ce Ud0 IdL (s) E Id (s) Un + + 1/R Tl s+1 R Tms 151 由上圖 c可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有 兩個(gè)輸入量 ， 一個(gè)是施加在電樞上的理想空載電壓 ， 另一個(gè)是負(fù)載電流 。前者是控制輸入量 ，后者是 擾動(dòng)輸入量 。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得下圖 a。如果是理想空載，則 IdL = 0，結(jié)構(gòu)圖即簡(jiǎn)化成下圖 b。 152 n(s) Ud0 (s) + 1/Ce TmTl s2+Tms+1 IdL (s) R (Tl s+1) (5) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡(jiǎn)化 a. IdL≠ 0 153 n(s) 1/Ce TmTl s2+Tms+1 Ud0 (s) (5) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡(jiǎn)化（續(xù)） b. IdL= 0 154 3. 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù) 在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè) 純滯后環(huán)節(jié) ，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的 失控時(shí)間 引起的。眾所周知，晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前就不再起作用，直到下一相觸發(fā)脈沖來(lái)到時(shí)才能使輸出整流電壓發(fā)生變化， 這就造成整流電壓滯后于控制電壓的狀況 。 155 u 2 u d Uc t t ?1 0 Uc1 Uc2 ?1 t t 0 0 0 ?2 ?2 Ud01 Ud02 Ts OOO O （ 1）晶閘管觸發(fā)與整流失控時(shí)間分析 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間 156 顯然，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變， 最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間 ，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定 （ 2）最大失控時(shí)間計(jì)算 式中 — 交流電源頻率； — 一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。 f mmfT 1m a xs ?157 （ 3） Ts 值的選取 整流電路形式 最大失控時(shí)間 T s m a x（ ms ） 平均失控時(shí)間 T s （ ms ） 單相半波 單相橋式（全波） 三相半波 三相橋式、六相半波 20 10 10 5 相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來(lái)說(shuō)， Ts 是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts = Tsmax /2， 并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)重的情況考慮，取Ts = Tsmax 。表 12列出了不同整流電路的失控時(shí)間。 表 12 各種整流電路的失控時(shí)間（ f =50Hz） 158 用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入 輸出關(guān)系為 按拉氏變換的位移定理， 晶閘管裝置的傳遞函數(shù) 為 （ 124） （ 4）傳遞函數(shù)的求取 )(1 scs0d TtUKU ???sTKsUsUsWse)()()(sc0ds???159 由于式（ 124）中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為 非最小相位系統(tǒng) ，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則式（ 124）變成 （ 125） ???????? ?33s22ssssss!31!211ee)( sssTsTsTKKKsWsTsT160 （ 5）近似傳遞函數(shù) 考慮到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成 一階慣性環(huán)節(jié) 。 （ 126） sTKsWsss 1)( ??161 （ 6）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) sTs seK ?Uc(s) Ud0(s) 1?sTKssUc(s) Ud0(s) (a) 準(zhǔn)確的 （ b） 近似的 圖 114 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 s s s s 162 知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)后，把它們按在系統(tǒng)中的相互關(guān)系組合起來(lái)，就可以畫(huà)出閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖所示。由圖可見(jiàn)，將電力電子變換器按一階慣性環(huán)節(jié)處理后，帶比例放大器的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以看作是一個(gè) 三階線性系統(tǒng) 。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 163 圖 115 單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 n(s) U*n (s) IdL (s) Uct (s) Un (s) + Ks Tss+1 KP 1/Ce TmTl s2+Tms+1 ? + R (Tl s+1) Ud0 (s) 164 由圖可見(jiàn) ， 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是 )1)(1()(m2ms ????sTsTTsTKsWl式中 K = Kp Ks? / Ce （ 127） 165 2. 調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 設(shè) Idl=0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 111)(1)1()1)(1(/)1)(1(/1)1)(1(/)(sm2sm3smespm2msespm2msespm2msespc???????????????????????sKTTsKTTTsKTTTKCKKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsWllllll?（ 128） 166 單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 由式（ 128）可知，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 特征方程 為 0111 )(1 sm2sm3sm ??? ??? ??? sK TTsK TTTsKTTT ll（ 129） 它的一般表達(dá)式為 0322130 ???? asasasa167 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯 古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 00000 30213210 ?????? aaaaaaaa ，， 式（ 129）的各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只有 0111 )( smsmsm ??????? ? KTTTKTTK TTT ll ssms )1())(( TTKTTTT ll ????168 整理后得 s2ssm )(TTTTTTKll ???（ 130） 式（ 130）右邊稱作系統(tǒng)的 臨界放大系數(shù) Kcr, 當(dāng) K ≥ Kcr 時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。 169 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 例題 15 在例題 12中，已知 R = ? ， Ks = 30， Ce = min/r，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量 GD2 = m2。 根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) D =10， s ≤ ，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有 K ≥ ，試判別這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 170 解 首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù)。 對(duì)于 VM系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)設(shè)置平波電抗器。 例題 12給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流時(shí)電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用下式計(jì)算電樞回路總電感量，即 m ind26 IUL ?171 現(xiàn)在 則 取 = = 。 2 133 VU ?1330 . 6 9 3 8 . 2 3 m H1 1 2 1 0 %L ? ? ??172 計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)： (1)電磁時(shí)間常數(shù) (2)機(jī)電時(shí)間常數(shù) 0 .0 0 8 5 0 .0 1 7 s0 .5lLTR? ? ?2mem 8 s30375 375 28 28GD RTCC??? ? ?? ? ?173 (3)對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為 Ts = s 174 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足式（ 130）的穩(wěn)定條件 按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求 K ≥ ，因此，閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的 。 2 2m s ss() 0 . 0 8 ( 0 . 0 1 7 0 . 0 0 1 6 7 ) 0 . 0 0 1 6 7 5 2 . 70 . 0 1 7 0 . 0 0 1 6 7llT T T TKTT?? ? ? ?? ? ??返回目錄 175 比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 前節(jié)主要討論，采用比例（ P）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng) 。 本節(jié)將討論，采用積分（ I）調(diào)節(jié)器或比例積分（