【正文】 Ui|↑→ Uc↑→ Ud↑→ Id↑ 轉(zhuǎn)速 n 不斷上升， ACR 便不斷重復(fù)上述恒流調(diào)節(jié)過程，以維持電流 Id 恒定，保證轉(zhuǎn)速線性上升。在電流環(huán)實(shí)現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)的過程中，反電勢 E是一個(gè)線性漸增的擾動量。 該階段從電流上升到 Idm 開始，直至轉(zhuǎn)速升至給定值 n1 為止，是啟動過程的主要階段。 在這一階段中， ASR 由不飽和很快達(dá)到飽和，而 ACR 一般不飽和，以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，這些都是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和給予保證的。 ① 第 Ⅰ 階段（ 0t1）：強(qiáng)迫電流上升階段 突加給定電壓 Un 后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用， Uc、 Ud、 UL 都迅速上升，當(dāng) Id≥ IL 后 ,轉(zhuǎn)速 n 從零開始增長，但由于電動機(jī)機(jī)電慣性較大，轉(zhuǎn)速 n 及其反饋信號 Ufn 增長較慢，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 因輸入偏差電壓 △ Un=UnUfn 數(shù)值較大而迅速飽和，并輸出最大電流給定值 Uim，強(qiáng)迫 Id 電 流迅速上升。當(dāng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 Un 由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流隨時(shí)間變化的波形如圖 所示。兩者綜合在一起就能完整的表征一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能或稱動態(tài)品質(zhì)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 [9— 12] 根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖 ，可畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。穩(wěn)態(tài)時(shí)，雖然 ASR、 ACR 的輸入偏差電壓都為零，但是二者的積分作用使它們都有恒定的輸出電壓。這些關(guān)系反映了 PI 調(diào)節(jié)器與 P 調(diào)節(jié)器的不同之處在于： P 調(diào)節(jié)器的輸出量正比與輸入量，而 PI 調(diào)節(jié)器的輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)系，完全由它后面環(huán)節(jié)的需要決定。但是，實(shí)際上，由于運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為避免零點(diǎn)漂移而采用準(zhǔn) PI 調(diào)節(jié)器（即在 PI 調(diào)節(jié)器反饋電阻電容電路的兩端并接一個(gè)阻值為若干 MΩ 的電阻）時(shí)，靜特性的兩段都略有很小的靜差，如圖 中虛線所示。這就是采用兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。若 nn0， UfnUn,ASR 將退出飽和狀態(tài)。式（ ）所描述的靜特性如圖 中的 A— B 段。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差單閉環(huán)系統(tǒng)。由于 ASR 不飽和，因此 UiUim,由式（ ）知 IdIdm，這表明 n0— A 段靜特性從 Id=0（理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)RβαK s 1 / C eE+++U i U c U donU n U fn△ U fnU fi+I d表示限幅輸出0nUnn???n fnU U n???i fi dU U I??? 8 到 Id= Idm，而在一般情況下 IdmId，這正是靜特性的運(yùn)行段。 （ 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差都為零。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，且不在受輸入量變化的影響，除非有反向的輸入量使調(diào)節(jié)器退出飽和；當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，其比例積分控制作用總是使穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓 △ U 為零。分析其靜態(tài)性能的關(guān)鍵是掌握限幅輸出的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。 其中的轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器 ASR、 ACR 這兩個(gè)環(huán)節(jié)的輸入與輸出穩(wěn)態(tài)關(guān)系無法++鎖零控制信號 U srU scR 0R 1C 1R/ 7 用放大系數(shù)表示，而用帶限幅輸出的 PI 調(diào)節(jié)器的輸出特性表示。 確定各輸入、輸出信號極性的一般方法如下： ① 根據(jù)晶閘管觸發(fā)電路的移相特性要求確定其移相控制電壓 Uc 的極性； ② 根據(jù) 各調(diào)節(jié)器輸入端的具體接法（習(xí)慣上是采用反相輸入方式，其輸入與輸出方式相反）確定調(diào)節(jié)器給定輸入信號的極性； ③ 根據(jù)負(fù)反饋的要求確定各調(diào)節(jié)器反饋輸入信號的極性。 圖 調(diào)節(jié)器鎖零 當(dāng) Un=Ufn=0 時(shí) ， 鎖零調(diào)節(jié)電路 使 場效應(yīng)管導(dǎo)通，從而使調(diào)節(jié)器鎖零。為使鎖零電路對不可逆和可逆系統(tǒng)都具有通用性， Un=0, Ufn≠ 0 時(shí)，要求調(diào)節(jié)器不能鎖零。 制動停車時(shí)： Un=0, Ufn≠ 0， 調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。 啟動時(shí)： Un≠ 0， Ufn=0， 調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。 根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個(gè)信號來控制調(diào)節(jié)器“鎖零”與“開放”兩個(gè)狀態(tài)。并且系統(tǒng)對調(diào)節(jié)器鎖零電路有如下具體要求。由于 PI 調(diào)節(jié)器的積分作用，在調(diào)速系統(tǒng)停車期間，調(diào)節(jié)器會因輸入干擾信號的作用呈現(xiàn)出較大的輸出信號，而使電動機(jī)爬行，這在控制上是不允許的，因此對調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的調(diào)節(jié)器，在沒有給出電動機(jī)啟動指令之前，必須將它的輸出 “鎖”到零電位上，簡稱為調(diào)節(jié)器鎖零 [5,6,7]。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計(jì)算與整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試工作中很重要的一環(huán)。 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出電壓 Ui 是電流調(diào)節(jié)器 ACR 的電流給定信號，其限幅值 Uim 為最大電流給定值，因此， ASR 的限幅值完全取決于電動機(jī)所允許的 過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入、輸出限幅電路的 PI 調(diào)節(jié)器 [4]，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋環(huán)。 ASR 與 ACR 之間實(shí)現(xiàn)串級調(diào)節(jié)，即以 ASR 的輸出電壓 Ui 作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號，再用 ACR 的輸出電壓 Uc 作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。 為了獲得近似的理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好 的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量分開加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。一般而言，在這種情況下，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時(shí)具有良好的動態(tài)品質(zhì)。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還存在以下問題： （ 1） 在單閉環(huán)調(diào) 速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì) 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，具有以下具體特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律： （ 1） 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)系統(tǒng)是有靜差的； （ 2） 單閉環(huán)系統(tǒng)對于給定輸入絕對服從； （ 3） 單閉環(huán)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗擾性能。按上述工作原理在每條開環(huán)機(jī)械特性上取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，再將這些點(diǎn)集合起來 ，就是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，也就是說，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性實(shí)際上是由許多機(jī)械特性上的不同運(yùn)行點(diǎn)集合而成，可視為一條綜合的特性直線，它代表閉環(huán)調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。如圖 所示，設(shè)電動機(jī)在 Ud1 決定的特性上的點(diǎn) 1 處以轉(zhuǎn)速 n1 穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)負(fù)載電流 Id=Id1，控制電壓 Uc=Uc1,整流平均電壓 Ud=Ud1,當(dāng)電動機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL加大時(shí)有如下自動調(diào)節(jié)過程 ,整流電壓平均值的增量 △ Ud=Ud2Ud1,用 A GT MTG+ +++U n△ U nU cU t U fnU E 3 與補(bǔ)償電阻牙降增量 △ IdR=(Id2Id1)R 中的很大部分，使轉(zhuǎn)速最后 穩(wěn)定在 Ud2 決定的特性上的點(diǎn) 2 處，顯然 n2 略小于 n1。而前述轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載 引起的轉(zhuǎn)速偏差，因此閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大減小轉(zhuǎn)速降落。根據(jù)自動控制原理，反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)。用轉(zhuǎn)速檢測裝置，例如在電動機(jī)上安裝一臺測速發(fā)電機(jī)TG，檢測出輸出量或被調(diào)量 n 的大小和極性，并把它變換成與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓 Ufn，與轉(zhuǎn)速給定電壓 Un 相比較后，得到偏差電壓 △ Un，經(jīng)放大產(chǎn)生觸發(fā)裝置GT 的控制電壓 Uc，用以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。許多需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常常不允許有很大的靜 差率。 圖 晶閘管 電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM系統(tǒng)） 但是，晶閘管還存在以下問題： （ 1） 由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難； （ 2） 由于晶閘管元件的過載能力小，不僅要限制過電流和反向過電壓，而且還要限制電 壓變化率 （ du/dt） 和電流變化率 (di/dt)，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件； （ 3） 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角小，使M++ _LGTU cU d~~ 2 得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響； （ 4） 由于整流電路的脈波數(shù)比直流電動機(jī)每對極下的換向片數(shù)要小得多，因此， VM 系統(tǒng)的電流脈動很嚴(yán)重。圖中 V 是晶閘管變流裝置，可以是單相、三 相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓 Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。這種系統(tǒng)已成為 直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 晶閘管 電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 20 世紀(jì) 50 年代末，晶閘管（大功率半導(dǎo)體器件）變流裝置的出現(xiàn)，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管時(shí)代。 1 目錄 摘要 .......................................................................... II 引言 ......................................................................... III 1 直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 ...................................................... 1 晶閘管 電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 ........................................................................................... 1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 ................................................................................................................. 2 系統(tǒng)的組成 ...................................................................................................................... 2 系統(tǒng)的工作原理 .............................................................................................................. 2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì) .......................................................................................... 3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 ................................................................................................................. 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成 .................................................................................................. 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜特性 ...................................................................... 6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析 .......................................................................................... 9 2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方案確定 ...................................... 13 總體方案 .................................................................................................................................. 13 電流環(huán)設(shè)計(jì)方案 ....................................................................................................................... 14 電流調(diào)節(jié)器的工作原理 ................................................................................................ 14 電流調(diào)節(jié)器的作用 ........................................................................................................ 14 轉(zhuǎn)速環(huán) 設(shè)計(jì)方案 ...................