电流转速双闭环直流调速系统的工作原理

电流转速双闭环直流调速系统的工作原理（吴欢欢）（山东工商学院信息与电子工程学院电气122班山东省烟台264005）摘要：在工业生产中，需要高性能速度控制的电力拖动场合，直流调速系统发挥着极为重要的作用。而采用电流转速双闭环直流调速系统，就可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程。本次设计主要了解电流转速双闭环直流调速系统的工作原理、系统组成、静态几动态特性。并绘出工作原理图。关键词：双闭环控制系统、直流调速系统、ASR、直流电动机。TheworkingprincipleofcurrentandspeeddoubleclosedloopDCspeedregulatingsystemWuhuanhuan（ShandongInstituteofBusinessandTechnologyYanTai264005）ABSTRACT：Inindustrialproduction,needtoelectricdriveapplicationswherehighperformancespeedcontrol,DCspeedcontrolsystemplaysaveryimportantrole.Whilethecurrentspeeddoubleloopspeedcontrolsystem,itcanmakefulluseoftheoverloadcapacityofamotortoobtainthedynamicprocessofthefastest.Theworkingprinciple,thedesignofthemainunderstandingcurrentspeeddoubleloopDCmotorcontrolsystem,thestaticanddynamiccharacteristics.Anddrawtheoperatingsystemdiagram.KEYWORDS：Thedoubleclosedloopcontrolsystem、DCspeedregulatingsystem、ASR、continuouscurrentmotor一、引言直流电机调速，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。近代采用晶闸管供电的转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此长期以来在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。二、双闭环直流调速的原理1.电流转速双闭环反馈控制系统结构如下图在转速调节器(ASR)的基础上增加电流调节器（ACR），两级调节器采用串联结构。转速调节器的输出作为电流调节器的输入，电流调节器的输出去控制电力电子变换装置（UPE）的占空比或者相位角，从而获得与电流调节器相对应的输出电压，以期获得需要的转速。2.双闭环调速系统的具体工作方式双闭环在启动过程中，只有电流负反馈，没有转速负反馈，以获得允许的最大电磁转矩；达到稳态后，只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，以获得希望的转速。两个调节器在不同的时段分别起主导作用，以此来获得理想的性能。三、电流转速双闭环调速系统静态特性分析1.双闭环直流调速系统的静态结构如下图双闭环系统稳态运行时，电流调节器ACR永远不会达到饱和状态，只存在转速调节器ASR饱和与不饱和两种状态。当ASR不饱和时，ASR成为主导调节器，电流调节器只跟随转速调节器变化而变化。当ASR饱和时，转速调节器不起作用，电流源调节器ACR成为主导调节器。2.静态特性如图1)C—A段ASR不饱和，ACR不饱和n0为理想空载转速。此时转速n与负载电流无关，完全由给定电压所决定。电流给定有如下关系因ASR不饱和，，故。n0A这段静特性从一直延伸到。2）A—B段①ASR饱和。②ACR不饱和电流跟随，起到了过流保护作用。3）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，这时，转速负反馈起主要调节作用。在起动或堵转时，负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节器作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。双闭环系统只能抑制起动或堵转时的过电流，但当系统发生其他故障引起过电流时，系统不能保护，需另设过电流保护电路。四、电流转速双闭环调速系统动态特性分析1.电流转速双闭环调速系统结构图如下虚线部分为直流电机，WASR(S)和WACR(S)分别为转速和电流调节器，转速的反馈系数为a,电流的反馈系数为B。2.启动过程中，转速调节器ASR经过了不饱和，饱和，退饱和过程，依次把过程分为电流上升，恒流升速和转速调节三个阶段。转速和电流波形如下图所示：1）I阶段：电流上升阶段（0~t1）突加Un*→ΔUn很大→ASR迅速饱和→Ui*＝Uim*→Uct、Ud0、Id迅速上升→n上升→Id↑≈Idm时，Ui＝Uim*。在本阶段：ASR由不饱和迅速饱和（Un增长慢）。ACR不饱和（Ui增长快）。2）第II阶段：恒流升速阶段（t1~t2）ASR饱和→Ui*≈Uim*→Id≈Idm→电机以恒加速度上升（n线性上升至n*）n↑→E↑→Id↓→Ui↓→ΔUi↑→Uct↑→Ud0↑→Id↑（Id维持Idm不变）在本阶段中：（1）由于n的线性增长，使E为一个线性渐增的干扰量，ACR起调节作用，使Uct和Ud0基本上线性增长；调整过程中，Id略低于Idm，保证ΔU0,Uct线性上升。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。3）第Ⅲ阶段：转速调节阶段（t2以后）ΔUn＝0(n＝n*)→ASR仍饱和→Ui≈Uim*→Id≈IdmIL→n↑n*→ΔUn0→ASR退饱和→Ui*↓Uim*→Id↓→IdIL→n↓→n∞（转速可能会经过几次振荡，但转速环会进行调节）3.结论：双闭环调节系统启动过程中电流和转速的波形接近理想的启动过程。启动过程的三个阶段中，第二阶段是主要阶段，这一阶段主要实现了在最大电流条件下的加速启动，实现了准时间最优控制；不足之处是存在ASR退饱和过程，转速必然出现超调。五、电流转速双闭环调速系统的动态抗干扰性能分析1.抗负载扰动：抗负载扰动作用：由双闭环调速系统抗负载扰动作用的动态结构图可以看出，负载扰动作用在电流环之外，转速环之内，所以双闭环调速系统在抗负载扰动方面和单闭环调速系统只能依靠转速环来进行抗扰调节。2.抗电网电压扰动：抗电网电压扰动作用:由动态结构图知：电网电压扰动在电流环之内，电压扰动尚未影响到转速前就已经为电流环所抑制。因而双闭环系统中电网电压扰动引起的动态速降（升）比单闭环小得多。参考文献[1]黄俊.王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2008[2]贺昱曜.运动控制系统[M].西安.西安电子科技大学出版社，2009[3]陈维钧.阮毅.运动控制系统[M].北京：清华大学出版社，2007等