【正文】 發(fā)電路 ,因此在分析系統(tǒng)時(shí)往往把它們看成一個(gè)整體 ,當(dāng)作一個(gè)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(gè)滯后時(shí)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(shí)間 (s)。 兩者之間實(shí)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(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán) , 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓 , 把由電流負(fù)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(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)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(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段 ,電動(dòng)機(jī)的實(shí)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(gè)偏差信號(hào) ,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(kāi)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(shí)則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號(hào) ,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(dòng)機(jī)以最大電流恒流加速啟動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)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(hào)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(kāi)始起作用 。另外電流調(diào)節(jié)器的小時(shí)間常數(shù) , 還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動(dòng)引起的電動(dòng)機(jī)電樞電流的變化進(jìn)行快速調(diào)節(jié) ,可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未來(lái)得及發(fā)生改變時(shí) ,迅速使電流恢復(fù)到原來(lái)值 ,從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行 。 圖一 這就是說(shuō)，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(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)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(yùn)算放大器的倒相作用。 第四章 .晶閘管 電動(dòng)機(jī)主電路的設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) X 晶閘管 電動(dòng)機(jī)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(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT的控制電壓 cU 來(lái)移動(dòng)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 電動(dòng)勢(shì)系數(shù) rVn IRUC N NaNe m i ??????? 額定勵(lì)磁下的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)em CC ?30? 電磁時(shí)間常數(shù) sHRLTl ???? 機(jī) 電 時(shí) 間 常 數(shù) XI 2 ???? ????mem CCRGDT s 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由于電流檢測(cè)信號(hào)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(shí)， 濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)等時(shí)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(jì)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(jì) 在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即 ?E≈ 0。 XII 圖 34 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響） 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是 13cmlTT? ?ω 式中 ω c電流環(huán)開(kāi)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（等效成單位負(fù)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(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)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(shí)間為 ? ， 電流濾波時(shí)間常數(shù)oiT .三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)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(shí)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（小慣性環(huán)節(jié)的近似處理） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求： 穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差 ,超調(diào)量 5%i?? ，可按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路調(diào)節(jié)器。 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 τi=Tl 則電流環(huán)的動(dòng)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 b) 開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) Tl=。 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： τi=Tl=。 2） 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)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(fù)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(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)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(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖39 所示。 其中 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) ssTK iI ???? ? 則轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時(shí)間常數(shù) ???? onIn TKT 1+= 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn) （等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理） 按照設(shè)計(jì)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(shí)間常數(shù)。 2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 onI wTK ??? 滿足簡(jiǎn)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(jì)算超調(diào)量。 啟動(dòng)過(guò)程 雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程可分為以下 3 個(gè)階段。 (2) 電流保持恒值 , (3) 轉(zhuǎn)速下降階段 見(jiàn)圖 41。當(dāng)負(fù)載增大時(shí) , 自動(dòng)調(diào)速過(guò)程如下 :在自動(dòng)調(diào)速過(guò)程中 , 轉(zhuǎn)速環(huán)是主環(huán) , 在穩(wěn)速過(guò)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(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過(guò)程 當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或機(jī)械部件被卡住時(shí) , 轉(zhuǎn)速將迅速下降 , 且 IdIdm。 同時(shí) , 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(diǎn) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程具有以下三個(gè)特點(diǎn)： 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(duì)于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用別的控制措施來(lái)抑制超調(diào)。在設(shè)備物理上的允許條件下實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間的控制稱作“時(shí)間最優(yōu)控制”，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載能力限制下的恒流起動(dòng)，就是時(shí)間最優(yōu)控制。這是一種很有實(shí)用價(jià)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(dòng)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(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。由 于在起動(dòng)過(guò)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(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的 I、 II、 III 三個(gè)階段。突加給定電壓 *nU 后， cU 、 0dU 、 dI 都上升，在 dI 沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流 dLI 以前，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。直到 dmd II ? ， *imi UU ? ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長(zhǎng)，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(kāi)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(zhǎng)。當(dāng) ACR 采用 PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓 iimi UUU ??? * 必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)， dI應(yīng)略低于 dmI 。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 0* nn ? 時(shí)，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(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。但是，只要 dI 仍大于負(fù)載電流 dLI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 43~tt 時(shí)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(hào)是否符合圖紙要求，連接點(diǎn)是否牢固，焊接點(diǎn)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(wàn)用表查驗(yàn)電源是否通過(guò)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(cè)：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(cè)試：插上調(diào)節(jié)板，將調(diào)節(jié)板處于開(kāi)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(fù)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(lái)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(fù)載決定，一般取 6V，本系統(tǒng)取 。 ◎斷開(kāi)電源，將電機(jī)勵(lì)磁，電樞接好，測(cè)速發(fā)電機(jī)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(jī)從零速逐漸上升，調(diào)到某一轉(zhuǎn)速，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量電位器 Wfun 的中間點(diǎn)，看其值是否為負(fù)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(jì)原因，電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)達(dá)到額定值。（此時(shí) 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(jī)額定電流的 ～2倍，本系統(tǒng)設(shè)定為 Id =2Ied =2*=13A。若 Id 已達(dá)規(guī)定的最大值，還不能被穩(wěn)住，說(shuō)明電流負(fù)反饋沒(méi)起作用，這表明電流反饋