【正文】 ................................141 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1．1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。 本次設(shè)計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。 摘要許多生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。但它只是在超過臨界電流值以后，強烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機械能夠?qū)崿F(xiàn)制動調(diào)速，因此我們就要對這樣的自動調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制回路主要由檢測電路，驅(qū)動電路構(gòu)成，檢測電路又包括轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測等部分。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強的優(yōu)點。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。但它只是在超過臨界電流 值以后，靠強烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的dcrI動態(tài)波形。當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。這樣的理想起動過程波形如圖1（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(a) (b)(a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程 (b)理想快速起動過程圖 1 調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值 的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物dmI理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋作用又能使它們作用在不同的階段。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。一般存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI 作用使輸入偏差電壓 在穩(wěn)太時總是為零。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 所示。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 顯露出來。2)電流調(diào)節(jié)器的作用在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 變化；*iU對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當(dāng)電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護作用。2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形突加給定電壓 U*n 時，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載 IdL 條件下起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。 第 I 階段 電流上升的階段 （0 t1） 突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當(dāng) Id 小于負(fù)載電流 IdL 時，電機還不能轉(zhuǎn)動。直到 Id = Idm ， Ui = U*im 。第 II 階段 恒流升速階段 （t1 t2） ASR 始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)為在恒值電流 U*im 給定下的電流調(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，直到 n =n* 。當(dāng)ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說， Id 應(yīng)略低于 Idm。當(dāng) n =n*時，ASR 輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 U*im ，所以電機仍在加速，使 nn*。但是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。此后，電動機在負(fù)載的阻力下減速，在一小段時間內(nèi)（ t3 ~ t4 ） ， Id IdL ，直到穩(wěn)定 Id = IdL ， n =n* 。特點：ASR 不飽和，起主要調(diào)節(jié)作用；ACR 起跟隨作用；轉(zhuǎn)速有超調(diào)。2．3. 2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗電網(wǎng)電壓擾動 擾動作用位置：電流環(huán)內(nèi)的前向通道，抗擾作用的調(diào)節(jié)器：電流調(diào)節(jié)器 ACR，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。3．2．1 參數(shù)設(shè)置供電電源電壓為：U2=（Unom+Rrec*In）/ =（220+*136）/*cos30 V=123V電機參數(shù)設(shè)置：勵磁電阻為：Rf=Uf/If=220/=,(說明：勵磁電阻在恒定磁場中可取零)電樞電阻 Ra=，電樞電感由下式估計： La=*C*Unom/2*p*Nn*In =**220/2*2*1460*136 =電樞繞組和勵磁繞組互感 Laf 為： 因為：Ce=*min/r