第1章直流电机原理及单闭环调速系统详解.ppt

　　如果取消电压负反馈， 单纯采用电流正反馈， 也可以得到静特性方程式 同样， 可得全补偿的临界电流放大系数 显然, 只用电流补偿控制就足以把静差补偿到零了。 （1-64） （1-65） 　　由被调量负反馈构成的反馈控制和由扰动量正反馈构成的补偿控制， 是性质不同的两种控制规律。 反馈控制只能使静差减小， 补偿控制却能把静差消除， 这似乎是补偿控制的优越性。 但是， 反馈控制采用自动调节的方式， 无论环境如何变化， 都能可靠地减小静差。 而补偿控制则要靠参数的配合， 当参数受温度等因素影响而发生变化时， 补偿的条件就要受到破坏， 消除静差的效果就会改变。 再进一步看， 反馈控制对一切被包在负反馈环内的前向通道上的扰动都有抑制， 而补偿控制则只能针对某一种扰动有效。 　　电流正反馈只能补偿负载扰动， 如果遇到电网电压波动这样的扰动， 它反而会起负面作用。 因此， 在实际调速系统中很少单独使用电流正反馈补偿控制， 只是在电压（或转速）负反馈系统的基础上加上电流正反馈补偿， 作为减少静差的补充措施。 此外， 决不能采用全补偿这种临界状态， 因为如果设计好全补偿后， 万一参数变化， 发生过补偿， 则不仅系统的静特性要上翘， 还会出现系统工作不稳定的情况。 1.9　单闭环调速系统电流截止负反馈 1.9.1　问题的提出 　　直流电机全电压启动时， 如果没有采取专门的限流措施， 会产生很大的冲击电流， 这不仅对电机换向不利， 对于电力电子器件来说， 更是不允许的。 采用转速负反馈的单闭环调速系统（不管是比例控制的有静差调速系统， 还是比例积分控制的无静差调速系统）， 当突然加给定电压　　时， 由于系统存在惯性， 因而电机不会立即转起来， 转速反 馈电压Un仍为零。 　　因此, 加在调节器输入端的偏差电压　　　　　， 这时放大器和触发驱动装置的惯性都很小， 使功率变换装置的输出电压迅速达到最大值Ud max， 对电动机来说相当于全电压启动， 这通常是不允许的。 对于要求快速启/制动的生产机械， 给定信号多采用突加方式。 另外， 有些生产机械的电 机可能会遇到堵转的情况， 例如挖土机、 轧钢机等， 其闭环系统特性很硬， 若无限流措施， 电流会大大超过允许值。 如果依靠过电流继电器或快速熔断器进行限流保护， 则一过载就跳闸或烧断熔断器， 系统将无法正常工作。 　　为了解决反馈控制单闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题， 系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。 根据反馈控制的基本概念， 要维持某个物理量基本不变， 只要引入该物理量的负反馈就可以了。 因此， 引入电流负反馈能够保持电流不变， 使它不超过允许值。 但是， 电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软， 不能满足一般调速系统的要求。 电流负反馈的限流作用只在启动和堵转时存在， 在正常运行时不起作用， 以使电流能自由地随着负载增减。 这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。 1.9.2　电流截止负反馈环节 　　为了实现电流截止负反馈， 必须在系统中引入电流截止负反馈环节。 　　电流截止负反馈环节的具体电路形式不同， 无论采用哪种形式， 其基本思想都是将电流信号转换成电压信号， 然后去和一个比较电压Ucom（该电压大小代表电流参与负反馈的阈值）进行比较。 电流负反馈信号可以用电阻取样， 或者用霍尔电流传感器取样。 对于小功率电机， 通常在电动机电枢回路串入一个小阻值的电阻Rs， IdRs是正比于电流的电压信号， 用它去和比较电压Ucom进行比较。 对于大功率电机, 采用霍尔电流传感器取样， 这是由于采用分流器（小电阻取样 ）所得到的电流信号信噪比小， 电枢电路和控制电路不隔离， 使电路抗干扰能力差。 　　当IdRsUcom时， 电流负反馈信号起作用; 当IdRs≤Ucom时， 电流负反馈信号被截止， 不参与反馈。 可以利用稳压管的击穿电压作为比较电压Ucom， 组成电流负反馈截止环节。 小电阻取样和霍尔电流传感器取样如图1-31（a）、 （b）所示。 图1-31（b）中Ucc和－Ucc为霍尔电流传感器电源， R为测量电阻。 图1-31　利用稳压管获得比较电压的电流截止负反馈环节 （a） 小电阻取样； （b） 霍尔电流传感器取样 1.9.3　带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统 　　图1-32给出了带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的原理框图。 图中控制器采用模拟PI调节器， 电流反馈信号来自霍尔电流传感器， 与主电路电流Ia成正比， 反馈系数为β， 临界截止电流为Idcr, 对应稳压管的击穿电压为Ucom， 于是有 　　　　　　　　　　　βIdcr=Ucom　　　　　　　　　(1-66) 图