【正文】 發(fā)電路 ,因此在分析系統(tǒng)時往往把它們看成一個整體 ,當(dāng)作一個環(huán)節(jié)處理。如果在一定的范圍內(nèi)將非線性特性線性化 ,就可以把它看成一個滯后時間較小的純滯后環(huán)節(jié) ,如式 13。 VI 13 式中 : Ts— 晶閘管整流裝置的失控時間 (s)。 兩者之間實行嵌套連接，且都帶有輸出限幅電路。 由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速 , 故把轉(zhuǎn)速負反饋組成的環(huán)作為外環(huán) , 以保證電動機的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓 , 把由電流負反饋組成的 環(huán)作為內(nèi)環(huán) , 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣構(gòu)成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動，消除因脈動電流引起的電機發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機械的不利影響。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)做電流調(diào)節(jié)器的輸入，在用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器。形成了轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)。 VIII 第三章 .雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 原理 圖 電動機在啟動階段 ,電動機的實際轉(zhuǎn)速 (電壓 )低于給定值 ,速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個偏差信號 ,經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值 ,速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài) ,速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流 給定值送入電流調(diào)節(jié)器 , 此時則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號 ,直流電壓迅速上升 ,電流也隨即增大直到等于最大給定值 , 電動機以最大電流恒流加速啟動。在電動機轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后 , 速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零 ,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽 和 狀態(tài) ,閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用 。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù) , 還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調(diào)節(jié) ,可以在電動機轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時 ,迅速使電流恢復(fù)到原來值 ,從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行 。 圖一 這就是說，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。 這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 圖二 在圖上標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照觸發(fā)裝置 GT的控制電壓 Ur,為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。 第四章 .晶閘管 電動機主電路的設(shè)計 主電路設(shè)計 X 晶閘管 電動機調(diào)速系統(tǒng)（ VM系統(tǒng)）主電路原理圖如圖 31 所示： 圖 31 VM系統(tǒng)主電路原理圖 圖中 VT 是晶閘管可控整流器，它由三相全控橋式整流電路組成，如圖 32所示： 圖 32 三相全控橋式整流電路 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT的控制電壓 cU 來移動脈沖的相位，即可改變平均整流電壓 dU ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。 電動勢系數(shù) rVn IRUC N NaNe m i ??????? 額定勵磁下的電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)em CC ?30? 電磁時間常數(shù) sHRLTl ???? 機 電 時 間 常 數(shù) XI 2 ???? ????mem CCRGDT s 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 33 所示： 圖 33 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由于電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。然而，在抑制交流分量的同時， 濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)設(shè)計的一般原則是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計 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 ?E≈ 0。 XII 圖 34 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（忽略反電動勢的動態(tài)影響） 忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是 13cmlTT? ?ω 式中 ω c電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 +A CRU c ( s ) Ks /R( T s s+ 1)( T l s+ 1)I d ( s )U*i ( s )? ?T 0i s+ 1 圖 35 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（等效成單位負反饋系統(tǒng)） 最后，由于 Ts 和 Toi 一般都比 Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 T∑ i = Ts + Toi 查表 1得 ，三相橋式電路的平均失控時間為 ? ， 電流濾波時間常數(shù)oiT .三相橋式電路的每個波頭的時間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1～ 2）oiT =，因此取 oiT = 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 T∑ i = Ts + Toi=。 U d0 ( s )+U i ( s )A CR1 /RT l s+ 1U * i ( s ) U c ( s ) KsT s s+ 1I d ( s )?T 0i s+ 11T 0i s+ 1 XIII +A CRU c ( s ) ? Ks /R( T l s+ 1)( T ? is+ 1)I d ( s )U * i ( s )?圖 2 2 3 c圖 圖 36 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理） 根據(jù)設(shè)計要求： 穩(wěn)態(tài)無靜差 ,超調(diào)量 5%i?? ，可按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計電路調(diào)節(jié)器。 為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇 τi=Tl 則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 37 所示的典型形式，其中 isIiKKK R??? 10L / d B? ci 2 0 d B / d ec? / s 1 4 0 d B / d ecT ∑ i∑∑∑ （ a b) 圖 37 校正成典型 I 型系統(tǒng)的電流環(huán) a) 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 b) 開環(huán)對數(shù)幅頻特性 電樞回路電磁時間常數(shù) Tl=。 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： τi=Tl=。 2） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 cilm wTT ? 1313 ???? 滿足近似條件。 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器如圖 38所示： 其中 *iU 為電流給定電壓， dI?? 為電流負反饋電壓， cU 為電力電子變換器的控制電壓。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函 XV 數(shù)。 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖39 所示。 其中 電流環(huán)等效時間常數(shù) ssTK iI ???? ? 則轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時間常數(shù) ???? onIn TKT 1+= 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化為圖 310 XVI n ( s )+A S R Ce T m sRU * n ( s )? I d ( s )? / ?T ? n s+ 1U * n ( s )+I dL ( s ) 圖 310轉(zhuǎn)速換的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡 （等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理） 按照設(shè)計要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 1nnAS Rn()() KsWs s?? ?? 式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ? n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 onI wTK ??? 滿足簡化條件。 取 0 40Rk??，則 4 2400 5 ???? onn RKR KΩ ，取 443 KΩ FFRC nnn ?? ??? ， FRTC oonon ?24 ?? ，取 2μF。應(yīng)按 ASR 退飽和的情況重新計算超調(diào)量。 啟動過程 雙閉環(huán)直流自動調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程可分為以下 3 個階段。 (2) 電流保持恒值 , (3) 轉(zhuǎn)速下降階段 見圖 41。當(dāng)負載增大時 , 自動調(diào)速過程如下 :在自動調(diào)速過程中 , 轉(zhuǎn)速環(huán)是主環(huán) , 在穩(wěn)速過程起主導(dǎo)作用 , 其主要作用是保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 , 能將轉(zhuǎn)速保持在給定值 Ug/α n 上。 電動機堵轉(zhuǎn)過程 當(dāng)電動機發(fā)生嚴重過載或機械部件被卡住時 , 轉(zhuǎn)速將迅速下降 , 且 IdIdm。 同時 , 由于 IdIdm, 使Δ Uci= Usm+β Id0, 故 LT 的輸出 Uc 迅速下降 , Ud 和 Id 隨之迅速下降 , 轉(zhuǎn)速急劇下降 , 但 LT 的調(diào)節(jié)作用將使 Id 維 持 Idm 不變 , 直到堵轉(zhuǎn)為止。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程具有以下三個特點： 一、 飽和非線性控制。 二、 轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是允許的，對于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用別的控制措施來抑制超調(diào)。在設(shè)備物理上的允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于調(diào)速系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。這是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。 第 五 章 .雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖 41，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)。由 于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I、 II、 III 三個階段。突加給定電壓 *nU 后， cU 、 0dU 、 dI 都上升，在 dI 沒有達到負載電流 dLI 以前，電機還不能轉(zhuǎn)動。直到 dmd II ? ， *imi UU ? ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 第 II 階段（ 21~tt ）是恒流升速階段 ， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，在恒值電流給定 *imU 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。當(dāng) ACR 采用 PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓 iimi UUU ??? * 必須維持一定的恒值，也就是說， dI應(yīng)略低于 dmI 。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 0* nn ? 時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減小到零，輸出維持在限幅值 *imU ，電機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。但是，只要 dI 仍大于負載電流 dLI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 43~tt 時間內(nèi)， dI dLI? ，直到穩(wěn)定。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR和 ACR 都不飽和， ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 dI 盡快地跟隨其給定值 *iU 。根據(jù)電氣圖紙，檢查主電路各部件及控制電路各部件間的連線是否正確，標(biāo)號是否符合圖紙要求，連接點是否牢固，焊接點是否有虛焊，連接導(dǎo)線規(guī)格是 否符合要求，接插件的接觸是否良好等。取下各插接板，然后通電，檢查繼電器的工 XXIII 作狀態(tài)和控制順序等，用萬用表查驗電源是否通過變壓器和控制觸頭送到了整流電路的輸入端。 （ 2）觸發(fā)脈沖檢測：插入觸發(fā)板，調(diào)節(jié)斜率值，使其為 左右。 （ 3）調(diào)節(jié)板的測試：插上調(diào)節(jié)板，將調(diào)節(jié)板處于開環(huán)位置。限幅值的依據(jù)，分別取決于 Ud =f（ UK ）和Ufi =β Id 。 ◎ ACR 輸出限幅值。負限值：給定電壓（ Ug）最小，調(diào)電位器 W4 ，使 UK =– 1V。由 ASR 的可能輸出最大值與電流反饋環(huán)節(jié)特性 Ufi =β Id 的最大值來權(quán)衡選取，應(yīng)取兩者中的較小值，本系統(tǒng)取 – 。其值也由系統(tǒng)負載決定，一般取 6V，本系統(tǒng)取 。 ◎斷開電源，將電機勵磁，電樞接好，測速發(fā)電機接好，接通電源，接通主電路，給定回路，緩慢調(diào)節(jié)給定電位器，增加給定電壓，電機從零速逐漸上升，調(diào)到某一轉(zhuǎn)速，用萬用表電壓檔測量電位器 Wfun 的中間點，看其值是否為負極性，將電壓值調(diào)為最大。將調(diào)節(jié)板 K1 跳線置于閉環(huán)位置。接通系統(tǒng)電源，緩慢增加給定電壓（ Ug），由于設(shè)計原因，電機轉(zhuǎn)速不會達到額定值。（此時 Ud =220V 即可）。 （ 3）調(diào)整電流環(huán) ACR。緩慢調(diào)節(jié) W7 電位器，使電樞電流為電機額定電流的 ～2倍，本系統(tǒng)設(shè)定為 Id =2Ied =2*=13A。若 Id 已達規(guī)定的最大值，還不能被穩(wěn)住，說明電流負反饋沒起作用，這表明電流反饋