【正文】 3時(shí)）。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。第Ⅲ階段（t2以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。為了克服這個(gè)擾動(dòng)，Ud0和Uc也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保證Id恒定。在這一階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定Uim*下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓ΔUn=Un*Un的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值Uim*，強(qiáng)迫電樞電流Id迅速上升。突加給定電壓Un*后，經(jīng)過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用，Uc、Ud0、Id都跟著上升，但是在Id沒有達(dá)到負(fù)載電流Idl以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段[1][3][4]。第I階段是電流上升階段。 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程 圖 213 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Un*由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)啟動(dòng)過程如圖213所示。5．計(jì)算ASR電阻和電容取，則 取430 取 取6．校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量[1][2][9] ％當(dāng)時(shí)，％，而，因此 ％％％＜10％可見轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。（2） 要求，現(xiàn)＞。（3）。（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)[2][9] 1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為。電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為 3．選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 要求%≤5%時(shí)，應(yīng)取因此 于是 [1] (1) 要求＜,現(xiàn)＞(2) 要求,現(xiàn)＜(3) 要求,現(xiàn)=＞.可見均滿足要求。（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)。于是開關(guān)周期。 晶體管放大區(qū)的時(shí)間常數(shù)為 電流上升時(shí)間的計(jì)算公式為 式中晶體管導(dǎo)通時(shí)的過飽和驅(qū)動(dòng)系數(shù)，一般取，本例中取2，則 電流下降時(shí)間的計(jì)算公式為 式中 ——晶體管截止時(shí)的負(fù)向過驅(qū)動(dòng)系數(shù)，一般取。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。2) 對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納如下[1]：1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)試系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套（或串級(jí)）聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制脈寬調(diào)速器。所以引入電流負(fù)反饋就能保持電流基本不變，使它不超過允許值。所以系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。而且有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況，由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。直流電動(dòng)機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，如果沒有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)不利，對(duì)過載能力低的電力電子器件來說也不利。 電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)根據(jù)自動(dòng)控制原理，轉(zhuǎn)速反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。脈寬調(diào)制變換器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)，PWM在很多方面有較大優(yōu)越性[1][3]：（1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。 圖 212 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ，并對(duì)各種負(fù)載下的開關(guān)損耗進(jìn)行計(jì)算，從而得出總損耗最小的最佳開關(guān)頻率。1. 對(duì)不可逆和單極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動(dòng)與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)進(jìn)行分析，得到 (22) （23）當(dāng)ρ=，脈動(dòng)量達(dá)最大 (24) (25) 對(duì)雙極式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動(dòng)與轉(zhuǎn)速脈動(dòng)進(jìn)行分析，得到 (26) (27) (28)2. 脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)在滿足時(shí)，可近似為 (29)求出脈寬調(diào)制變換器的傳遞函數(shù)后，便可畫出雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖[8]。 PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù) 采用電力晶體管的PWM調(diào)速系統(tǒng)不同于其它直流調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題主要有：；；；，開關(guān)損耗及最佳開關(guān)頻率；。低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。電動(dòng)機(jī)停止時(shí)的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū)。但是這個(gè)交變電流使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動(dòng)機(jī)正、反向切換時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，有利于快速切換。但電樞兩端的瞬時(shí)電壓和流過電樞的瞬時(shí)電流都不為零，而是交變的。因此其平均電壓Ud計(jì)算公式為：式中a一ton/T為PWM波形的占空比；由上式可知，電樞繞組所受的平均電壓取決于占空比α的大小，當(dāng)α=0時(shí)，Ud=Us，電動(dòng)機(jī)反行，且速度最大；當(dāng)α=1時(shí)，Ud=Us，電動(dòng)機(jī)正行，且速度最大。 第2階段，在ton≤ t T期間，ub2 、 ub3為正，VT2和VT3導(dǎo)通，ubl 、ub4為負(fù)，使VTl和VT4保持截止。 (b) 反向運(yùn)行，如圖211所示 第1階段，在0≤tton期間，ub2 、ub3為負(fù)，VT2和VT3截止，VD1， VD4續(xù)流，并鉗位使VT1和VT4截止。電樞電流ia沿回路1(經(jīng)VTl和VT4)流通，電動(dòng)機(jī)兩端電壓UAB=+US。組內(nèi)兩器件VTl，VT4同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，兩組間的器件VTI， VT4和VT2，VT3則是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷，其柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)規(guī)律為ub1 =ub4，ub2=ub3=ub1。這里著重分析雙極式H型PWM變換器。（三）脈寬調(diào)制變換器[1][3][4][5][10] 可逆PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)有H型，T型等類型，本論文主要討論的是常用的H型變換器，它是由4個(gè)電力晶體管和4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。若封鎖該功能，12腳直接接地；13腳:通過抗飽和二極管接被驅(qū)動(dòng)晶體管的集電極。它經(jīng)一電阻RSD接零，從而整定退飽和保護(hù)閡值；12腳:功率晶體管集電極電流限制端。tonmax保是一重要保護(hù)。8腳:最大導(dǎo)通時(shí)間整定端。 為了使開關(guān)輔助網(wǎng)絡(luò)中的電容充分放電，邏輯處理器的輸出脈沖有一最小的寬度，這個(gè)最小導(dǎo)通時(shí)間必須至少是RCD網(wǎng)絡(luò)時(shí)間常數(shù)的四倍。它經(jīng)一電阻RT接零，從而整定tonmin，在1~12181。 圖 28 UAA4002模塊14腳：接正電源；2腳：接負(fù)電源；9腳：接零，提供參考的電位；5腳：輸入端；3腳：封鎖端，高電位時(shí)完全封鎖輸出信號(hào)，零電位時(shí)選擇電位輸入；16腳：經(jīng)一小電阻RB接被驅(qū)動(dòng)功率晶體管基極，輸出正向驅(qū)動(dòng)電流IB1；1腳：經(jīng)一小電感L接驅(qū)動(dòng)功率晶體管基極，輸出反向基極關(guān)斷電流IB2。大規(guī)模集成電路UAA4002是為一塑封16引線雙列直插式集成電路，是由法國(guó)湯姆森半導(dǎo)體公司研制和生產(chǎn)。為了確保晶體管在開通時(shí)能迅速達(dá)到飽和導(dǎo)通，關(guān)斷時(shí)能迅速截止，正確設(shè)計(jì)基極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)非常重要的。當(dāng)Uc0時(shí)，輸入端合成電壓被降低，正的寬度減小，鋸齒波過零時(shí)間后移，經(jīng)倒相，得到正半波比負(fù)半波寬的輸出信號(hào)（圖27c）。為了在Uc=0時(shí)電壓比較器的輸出端得到正、負(fù)半周期脈沖寬度相等的調(diào)制輸出電壓Upwm；另一個(gè)輸入信號(hào)端是加一負(fù)的偏移電壓Ub，其值為這時(shí)Upwm如圖27a所示。它的輸入端有三個(gè)信號(hào)，除Uc外，還有調(diào)制信號(hào)Ua（也就是圖25的Uo2）和偏移電壓Ub。 圖26 脈寬調(diào)制器圖26為脈寬調(diào)制器的原理圖，它是一個(gè)電壓脈寬變換電路，由ACR輸出的控制電壓Uc進(jìn)行控制，其輸出電壓的脈沖寬度與Uc成正比。圖25 鋸齒波發(fā)生器（二）脈寬調(diào)制器[4]這是最關(guān)鍵的部件，它是將輸入直流控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成為與之成比例的方波電壓信號(hào)，以便對(duì)電力晶體管進(jìn)行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。 圖 24 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（1） 鋸齒波發(fā)生器，如圖25，它是由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，它們形成自激震蕩，A1輸出正負(fù)對(duì)稱的方波脈沖，A2輸出鋸齒波。電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n由測(cè)速發(fā)電機(jī)TG測(cè)量，速度反饋信號(hào)Un 與速度給定電壓Um* 同時(shí)加在速度調(diào)節(jié)器ASR的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的速度外環(huán)。如果開關(guān)VT按照某固定頻率開閉而改變周期內(nèi)的接通時(shí)間時(shí)，控制脈沖寬度相應(yīng)改變，從而改變了電動(dòng)機(jī)兩端平均電壓，達(dá)到調(diào)速目的[1][2][12]。圖23是脈寬調(diào)制型調(diào)速系統(tǒng)原理圖和波形圖。調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)指標(biāo)則以跟隨性能為主。5%（或177。輸出量在動(dòng)態(tài)降落后逐漸恢復(fù)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值C∞2（C∞1 C∞2)是系統(tǒng)在該擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)降落。2%）所需的最小時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，一般將單位階躍響應(yīng)曲線衰減到與穩(wěn)態(tài)值的誤差進(jìn)入并且不再超出允許誤差帶（通常取穩(wěn)態(tài)值的177。 調(diào)節(jié)