23转速、电流双闭环直流调速系统.ppt

第23单元 转速、电流双闭环直流调速系统 培训中心 陈礼明 内容提要 1转速、电流双闭环调速系统的组成及工作原理 2转速、电流双闭环调速系统的静态性能分析 3转速、电流双闭环调速系统的动态性能分析 4转速、电流双闭环调速系统中的调节器 比较：开环特性与闭环特性 问题：如何提高启动的快速性？ 比较：理想的起动过程，带电流截止负反馈的单闭环无静差调速系统的起动过程 如何提高启动的快速性 电机轴上的动力学方程： 1转速、电流双闭环调速系统的组成及工作原理 1)系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 2)系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。 图中表出，两个调节器的输出都是带限幅作用的。 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值； 电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 3)限幅电路 限幅电路（续） 4)电流检测电路 2转速、电流双闭环调速系统的静态性能分析 2)电路原理图 3)双闭环调速系统的稳态结构框图 4)双闭环调速系统的静特性 ASR不饱和(CA段 )：双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。 ASR饱和(AB段)：当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱和输出Uim*，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。 比较：电流截止负反馈。 cf：带电流截至，转速负反馈无静差直流调速系统的静特性，Idcr和IdbL均小于Idm 5)双环系统稳态参数计算 ASR饱和时 : U*i = U*im， PI调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。稳态时： 解： （1）电流反馈系数 β=0.25V/A， 转速反馈系数 α=0.01V.min/r。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时，看稳态结构图。 3转速、电流双闭环调速系统的动态性能分析 起动过程分析 前已指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。 双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于下图。 1. 起动过程 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 第I阶段电流上升的阶段（0 ~ t1） 突加给定电压 U*n 后，Id 上升，当 Id 小于负载电流 IdL 时，电机还不能转动。 当 Id ≥ IdL 后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值 U*im，强迫电流 Id 迅速上升。 第I阶段（续） 第 I 阶段（续） 直到，Id = Idm ， Ui = U*im 电流调节器很快就压制 Id 了的增长，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。 第 II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2） 在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。 第 II 阶段（续） 第 II 阶段（续） 与此同时，电机的反电动势E 也按线性增长，对电流调节系统来说，E 是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动， Ud0和 Uc 也必须基本上按线性增长，才能保持 Id 恒定。 当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说， Id 应略低于 Idm。 第 II