第九章直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第九章 直流調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)電傳動(dòng)控制 Page 2 第九章 直流調(diào)速系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容 n 控制系統(tǒng)分類(lèi)、組成； n 調(diào)速系統(tǒng)指標(biāo)； n 調(diào)速方案的選擇； n 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的原理、組成、特點(diǎn)； n 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成、特點(diǎn)； n PWM調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成、特點(diǎn)； n 計(jì)算機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)。 Page 3 n 開(kāi)環(huán) n 閉環(huán) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 4 n 按反饋方式分：轉(zhuǎn)速、電壓、電流； n 按復(fù)雜程度分：?jiǎn)苇h(huán)和多環(huán)； n 按穩(wěn)態(tài)誤差分：有靜差和無(wú)靜差； n 按給定量的變化分：定值調(diào)節(jié)、程序調(diào)節(jié)和隨動(dòng)控制； n 按調(diào)節(jié)動(dòng)作和時(shí)間的關(guān)系：斷續(xù)控制和連續(xù)控制； n 按

2、元件特性分：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 控制系統(tǒng)分類(lèi) Page 5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 6 n 靜差度 n 調(diào)速范圍 n 調(diào)速的平滑性 n 最大超調(diào)量 n 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 n 振蕩次數(shù) 調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 7 n 靜差度 n 調(diào)速范圍 n 調(diào)速的平滑性 n 最大超調(diào)量 n 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 n 振蕩次數(shù) 調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 8 ）（ ）（ ）（ ：符合靜差率的調(diào)速范圍 調(diào)速范圍： 靜差率： 2 2max 2 2 max 02 02 max 02 max min ma

3、x min max 00 0 1 1 1 Sn Sn S n n n nn n n n n n n n n nn N S N n n N n N NN D D S 調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 9 %100 2 2max n nn M p 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 10 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 11 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 12 動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià) 系統(tǒng)系統(tǒng)超調(diào)超調(diào) 量量 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 T 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù) N 性能性能 10長(zhǎng)長(zhǎng)無(wú)無(wú)不好不好 2

4、大大中中多多不好不好 3小小短短中中好好 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 9.1 調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) Page 13 按結(jié)構(gòu)的不同：按結(jié)構(gòu)的不同： 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng) 9.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng) 單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié) 系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)； （一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 基本組成基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：按

5、靜態(tài)誤差的不同： 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 任務(wù)：任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度；調(diào)節(jié)速度； 擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。 分類(lèi)：分類(lèi)： 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 14 測(cè)速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M 同軸相連，即兩者的速度相同， 測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速 度，稱檢測(cè)元件； 轉(zhuǎn)換元件：將測(cè)速發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓 信號(hào)以便與給定電壓進(jìn) 行比較。 給定電位器： 調(diào)節(jié)Rg的位置可改 變給定電壓Ug的大 小 。 放大器：將外加電壓 和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電 壓之差進(jìn)行放大。 觸發(fā)電路：將放大器放 大后的電壓信號(hào)變

6、為脈沖型 號(hào)去控制整流電路。 整流電路：變交流電壓 為直流電壓，輸出電壓 大小由觸發(fā)電路輸出脈 沖信號(hào)決定，整流電路 的輸出為直流電動(dòng)機(jī)電 樞的外加電壓。 直流電動(dòng)機(jī)：系統(tǒng) 的控制對(duì)象。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 15 fg UUU 由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：T9-5.SWF v 系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速； v 系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象n本身本身; v 反饋電壓和給定電壓的極性相反，即反饋電壓和給定電壓的極性相反，即: 該系統(tǒng)又稱該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 9

7、.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 16 2. 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 fg UUU 不不變變 k U 不不變 變 不不變變 d U 不不變變 n 不不變變 (2) 調(diào)速（調(diào)速（Uf不變，改變不變，改變Ug的大?。┑拇笮。?g UU fg UU k U d U n nUUUUUU dkfgg 改變改變Ug的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速調(diào)速. (1) 穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變）不變） (3) 穩(wěn)速（穩(wěn)速（Ug不變、負(fù)載變化使不變、負(fù)載

8、變化使Uf變化變化 ) nUUUUUUn dkfgf 當(dāng)當(dāng)負(fù)負(fù)載載增增加加使使 nUUUUUUn dkfgf 當(dāng)當(dāng)負(fù)負(fù)載載減減小小使使 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變， 這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 17 3. 靜特性分析靜特性分析 目的：找到減小靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。目的：找到減小靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。 靜特性表示出靜特性表示出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的大小關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的大小

9、關(guān)系。 (1) 各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系 電動(dòng)機(jī)電路電動(dòng)機(jī)電路 RInCRInKU aeaed 式中式中: ax RRR 電樞回路的總電阻；電樞回路的總電阻； x R 可控整流電源的等效內(nèi)阻；可控整流電源的等效內(nèi)阻； 電動(dòng)機(jī)的電樞電阻。電動(dòng)機(jī)的電樞電阻。 a R 可控硅和觸發(fā)電路可控硅和觸發(fā)電路 設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為K2 ，則：，則： kd UKU 2 放大器電路放大器電路 設(shè)放大器的放大倍數(shù)為設(shè)放大器的放大倍數(shù)為KP ，則：，則： )( fgpPk UUKUKU 反饋電路反饋電路 速度反饋信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)速速度反饋信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)速n 成正比，

10、設(shè)放大系數(shù)為成正比，設(shè)放大系數(shù)為Kf，則：，則： nKU ff 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 18 (2) 靜特性靜特性 nKU )UU(KU UKU RInCU ff fgpk kd aed 2 RInCUK aek2 RInC)UU(KK aefgp2 RInCnKKKUKK aefpgp22 efp ap CKKK RIUgKK n 2 2 則：則：令：令： e fp pG C KKK K,KKK 2 2 fof e a e gG nn )K(C RI )K(C UK n 11 閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的的靜靜特特性性 2 KKK pG 從放大器輸入端到可從放大器輸入端到可

11、控整流電路輸出端的電壓控整流電路輸出端的電壓 放大倍數(shù)；放大倍數(shù)； 2 KK C K K p e f 閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。 如果系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即如果系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出 電壓電壓: RInCUKUKKU aegGgpd2 由此可得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性由此可得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性 方程方程: nnI C R C UK n a ee gG 0 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的的靜靜特特性性 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 19 (3)分析與結(jié)論分析與結(jié)論 fof e a e gG nn )K(C RI )K(C

12、UK n 11 閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的的靜靜特特性性 nnI C R C UK n a ee gG 0 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)的的靜靜特特性性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 在給定電壓一定時(shí)，有在給定電壓一定時(shí)，有: K n )K(C UK n e gG f 11 0 0 轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)速降 如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開(kāi)環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開(kāi)環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即00 nn f K n I )K(C R n a e f 11 調(diào)速范圍與靜差度調(diào)速范圍與靜差度 在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度不變的情況下，在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度不變的情況下， 開(kāi)環(huán)：開(kāi)環(huán)： )S(n Sn D

13、N maxe 2 2 1 閉環(huán)閉環(huán) ： D)K( )S( K n Sn )S(n Sn D N maxe Nf max f 1 1 1 1 2 2 2 2 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 20 結(jié)論：結(jié)論： 由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能，因此，上述系統(tǒng)只能 維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反 饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)

14、）。 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化 、晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。、晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。 提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。 系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放 大倍數(shù)也不能過(guò)分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。大倍數(shù)也不能過(guò)分增大，否則

15、系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 21 （二）其他反饋在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用（二）其他反饋在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 1. 電壓負(fù)反饋系統(tǒng)電壓負(fù)反饋系統(tǒng) 由公式由公式 a e a e d I K R K U n 可知：可知： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反 映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以 調(diào)整轉(zhuǎn)速。調(diào)整轉(zhuǎn)速。 (1) 電壓負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別電

16、壓負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別 反饋信號(hào)不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身反饋信號(hào)不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身 ； 檢測(cè)元件不同，前者為電位器，后者為測(cè)速發(fā)電機(jī)。檢測(cè)元件不同，前者為電位器，后者為測(cè)速發(fā)電機(jī)。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 22 (2) 工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下：一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下： 負(fù)載負(fù)載 n a I f UU k U d U UIa為為時(shí)時(shí)，晶晶閘閘管管的的輸輸出出電電壓壓設(shè)設(shè)0 電壓負(fù)

17、反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn): 線路簡(jiǎn)單線路簡(jiǎn)單 穩(wěn)定速度的效果并不大穩(wěn)定速度的效果并不大 電動(dòng)機(jī)端電壓即使由于負(fù)反饋的作用而維電動(dòng)機(jī)端電壓即使由于負(fù)反饋的作用而維 持不變，但是負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻所持不變，但是負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻所 引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電動(dòng)機(jī)速度還是引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電動(dòng)機(jī)速度還是 要降低?；蛘哒f(shuō)電壓負(fù)反饋，頂多只能補(bǔ)償可要降低。或者說(shuō)電壓負(fù)反饋，頂多只能補(bǔ)償可 控整流電的等效內(nèi)阻所引起的速度降落。控整流電的等效內(nèi)阻所引起的速度降落。 則則 Ud=U-UAK 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 23 2. 電流正反饋與電壓負(fù)反饋

18、的綜合反饋系統(tǒng)電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng) (1) 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) RP為電壓反饋檢測(cè)元件，并接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端，其上的電壓大小直為電壓反饋檢測(cè)元件，并接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端，其上的電壓大小直 接反映電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋；接反映電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋； R為電流正反饋檢測(cè)元件，串接在電動(dòng)機(jī)電樞回路中，其上的電壓大為電流正反饋檢測(cè)元件，串接在電動(dòng)機(jī)電樞回路中，其上的電壓大 小直接反映電動(dòng)機(jī)電樞電流的大小，故稱電流反饋。小直接反映電動(dòng)機(jī)電樞電流的大小，故稱電流反饋。 系統(tǒng)的總反饋電壓系統(tǒng)的總反饋電壓 IVf UUU IVgfg UUUUUU 因?yàn)榉答侂妷阂驗(yàn)?/p>

19、反饋電壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負(fù)反饋電壓負(fù)反饋，反饋電，反饋電 壓壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋電流正反饋。 要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負(fù)反饋的性質(zhì)。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負(fù)反饋的性質(zhì)。 0 IVf UUU 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 24 (2)工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下：一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下： UUdUUUUU U

20、 U nn I KIVg I V a (3) 靜特性靜特性 aoV UU o bI UU boaoobaoabf UUUUUU 21 2 RR R 令令 UUao 3 RIU abo 21 2 3 RR UR RIUUUU aboaoab 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 25 從電動(dòng)機(jī)電樞回路電勢(shì)平衡關(guān)系知從電動(dòng)機(jī)電樞回路電勢(shì)平衡關(guān)系知 )RR(IEU aa3 )RR/()EU(I aa 3 aa a ab RR ER RR UR RR UR R RR EU RR UR U 3 3 3 3 21 2 3 321 2 上式如果滿足下列條件上式如果滿足下列條件 0 3 3 21

21、2 a RR UR RR UR E RR R U R R R R RR R RR R a ab aa 3 33 1 2 3 3 21 2 nC RR R U e a ab 3 3 時(shí)，時(shí)，當(dāng)滿足條件當(dāng)滿足條件 a R R R R 3 1 2 系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 26 3. 電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋系統(tǒng) (1) 電流截止負(fù)反饋的作用電流截止負(fù)反饋的作用 過(guò)載保護(hù)。過(guò)載保護(hù)。 電流正反饋可以改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性，而電流負(fù)反饋會(huì)使電流正反饋可以改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性，而電流負(fù)反饋會(huì)使 隨著負(fù)載電流隨著負(fù)載電流 的增加而

22、減少，使電動(dòng)機(jī)的速度迅速降低。的增加而減少，使電動(dòng)機(jī)的速度迅速降低。 U 如果電動(dòng)機(jī)的速度在負(fù)載過(guò)分增大時(shí)也不會(huì)降下來(lái)，這就會(huì)使電樞過(guò)流而燒如果電動(dòng)機(jī)的速度在負(fù)載過(guò)分增大時(shí)也不會(huì)降下來(lái)，這就會(huì)使電樞過(guò)流而燒 壞。本來(lái)采用過(guò)流保護(hù)繼電器也可以保護(hù)這種嚴(yán)重過(guò)載，但是過(guò)流保護(hù)繼電器，壞。本來(lái)采用過(guò)流保護(hù)繼電器也可以保護(hù)這種嚴(yán)重過(guò)載，但是過(guò)流保護(hù)繼電器， 要觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電方能保護(hù)，而采用電流負(fù)反饋?zhàn)饔脼楸Ｗo(hù)手段，則不必要觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電方能保護(hù)，而采用電流負(fù)反饋?zhàn)饔脼楸Ｗo(hù)手段，則不必 切斷電動(dòng)機(jī)的電路，只是使它的速度暫降下來(lái)，一旦過(guò)負(fù)載去掉后，它的速度又切斷電動(dòng)機(jī)的電路，只是使它的速度暫降下

23、來(lái)，一旦過(guò)負(fù)載去掉后，它的速度又 會(huì)自動(dòng)升起來(lái)，這樣有利于生產(chǎn)。會(huì)自動(dòng)升起來(lái)，這樣有利于生產(chǎn)。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 27 IO=1.35IaN Iao=(23)Ian 當(dāng)負(fù)載正常，電樞電 流在一定范圍內(nèi)（如小于 1.35倍的額定電流），電流 截止負(fù)反饋不起作用； 當(dāng)負(fù)載增加使電樞電流超過(guò)一定數(shù)值（ 如額定電流的1.35倍）時(shí)，電流負(fù)反饋開(kāi)始 起作用，減小電動(dòng)機(jī)電樞外加電壓，使轉(zhuǎn)速 下降； 當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加使電樞電流超過(guò)一定值（大于額定電 流的23倍）時(shí)，電流負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)，它足以將給定信號(hào)的 絕大部分抵消掉，使電動(dòng)機(jī)速度降到零，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)， 從而起到保護(hù)作用。 因

24、為只有當(dāng)電流大到 一定程度反饋才起作用， 故稱電流截止負(fù)反饋。這 種特性因它常被用于挖土 機(jī)上，故又稱“挖土機(jī)特 性”。 (2) 基本思想方法基本思想方法 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 28 （3）工作原理）工作原理 當(dāng)電流小于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流時(shí)，反饋電壓當(dāng)電流小于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流時(shí)，反饋電壓UIUb ,二極管二極管V導(dǎo)通，電流反饋導(dǎo)通，電流反饋UI與與Ub 比較比較 后反饋后反饋 到輸入端一起控制電動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速下降；到輸入端一起控制電動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速下降； 當(dāng)電流等于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流時(shí)，電流反饋當(dāng)電流等于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流時(shí)，電流反饋UI與與Ub 比較后反饋比較后反饋 到輸入端的電壓能夠抵

25、消到輸入端的電壓能夠抵消 ，給定電壓的大小，時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加；，給定電壓的大小，時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加； 如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流，轉(zhuǎn)速則上升；如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流，轉(zhuǎn)速則上升； 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 29 二、無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)二、無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器 比例器調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的關(guān)系如下： i 0 1 o U R R U tU CR ti C Ud 1 d 1 i o 1o 積分調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的關(guān)系如下： 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 30 tI C

26、RIUd 1 1 1 110 0i01 / RUIItU CR U R R Ud 1 i 10 i 0 1 0 比例積分調(diào)節(jié)器 PI調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分。在零 初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時(shí)間特性如圖所示。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 31 當(dāng)突加輸入信號(hào)Ui時(shí)，開(kāi)始瞬間電容C1相當(dāng)于短路，反饋回路中只有電阻R1，此時(shí) 相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無(wú)延遲地起調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)速度快； 隨著電容C1被充電而開(kāi)始積分，U0線性增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。 在穩(wěn)態(tài)時(shí)， C1相當(dāng)于開(kāi)路，放大器呈現(xiàn)出極大的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳

27、動(dòng)控制系統(tǒng) Page 32 2. 采用PI調(diào)節(jié)器的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 放大器采用具有比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 靜態(tài)時(shí)U=UgUf，調(diào)節(jié)作用停止，由于積分作用，調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uk保持在某一 數(shù)值上，即Ud固定，以維持電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。由于靜態(tài)時(shí)呈現(xiàn)出無(wú)窮大的放大 倍數(shù)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤差，故稱無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 33 9.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)一、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 采用PI調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器ST的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能 獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

28、 啟動(dòng)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用越來(lái)越大，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越來(lái)越小，啟 動(dòng)過(guò)程變慢，因此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動(dòng)、停止和反向的要求。 用加大過(guò)渡過(guò)程中的電流即加大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn) 矩來(lái)實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、停止和反向的要求，但 電流不能超過(guò)晶閘管和電動(dòng)機(jī)的允許值。為 此，應(yīng)采取一種方法，使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程 中，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩保持不變，即電動(dòng)機(jī)電樞電流 不變，且為電動(dòng)機(jī)電樞允許的最大電流，當(dāng) 啟動(dòng)結(jié)束后，使電流回到額定值。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 34 二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1）系統(tǒng)采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器（一般采用PI調(diào)節(jié)器）分別對(duì)速度和電流兩個(gè)參量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 對(duì)速度

29、進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為速度調(diào)節(jié)器ST； 對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為電流調(diào)節(jié)器LT。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 35 2）來(lái)自速度給定電位器的信號(hào)Ugn與速度反饋信號(hào)Ufn比較的偏差送到速度調(diào)節(jié)器ST的 輸入端。速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器LT的給定信號(hào)，與電流反饋信號(hào)比較的偏差送 到電流調(diào)節(jié)器LT的輸入端，電流調(diào)節(jié)器的輸出送到觸發(fā)器以控制可控整流器，整流器為電 動(dòng)機(jī)提供直流電壓 3）從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，為 外環(huán)，二者進(jìn)行串級(jí)聯(lián)接。在控制系統(tǒng)中，常把這種系統(tǒng)稱為雙閉環(huán)系統(tǒng)。 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 36 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析 1、電流上升階段 2、恒流升速階段 3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 9.2 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) Page 37 反反向向運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電流流，使使電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)能能正正、向向直直流流電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)提提供供雙雙向向可可逆逆直直流流系