转速电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性

第2章双闭环直流调速系统2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性---主要内容---转速、电流双闭环调速系统组成转速、电流双闭环调速系统的稳态结构框图和静特性稳态参数计算和PI调节器的特点•知识回顾转速闭环（P）开环加电流截至负反馈转速无静差系统（PI）？特性太软堵转电流过大系统有静差启动波形不够理想比较：开环特性与闭环特性•当IdIdcr时，引入了电流负反馈，静特性:)1()()1()(edsspecom*nspKCIRKKRKCUUKKn稳态结构框图•带电流截止的负反馈闭环直流调速系统静特性比较：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问题：如何提高启动的快速性？控制转速的本质是控制转矩，而对于直流电机，就是控制电枢电流。利用电机的运动方程得出要实现电机的快速起动，必须在启动过程中保持的电枢电流。ab(IdL为负载电流；为电机额定励磁下的转矩系数(N·m/A))；电机轴上的动力学方程：：额定励磁下的电磁转矩，(Id为电枢电流);：包括电机空载转矩在内的负载转矩(N·m)，dmeICTdLmLICTemCC30dtdnGDTTLe3752GD2：电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量(N·m2).•如何提高启动的快速性转速控制与电流控制的关系dtdnCGDIImdLd3752dmdII充分利用电机过载能力：Cf.电流截止负反馈环节的作用•静特性•动态限流性能•起动快速性•抗负载扰动性能•抗电源电压波动的性能仅考虑了静态性能，没考虑动态性能，不适合对系统快速性要求较高的场合。单闭环系统，转速、电流共用一个调节器，无法保证两种调节过程同时具有良好的动态品质。•转速单闭环调速系统的局限性•解决办法：•将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器；•转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。二、转速、电流双闭环调速系统双环系统原理图、电路原理图；双闭环调速系统的稳态结构框图和静特性；稳态参数计算和PI调节器的特点。1、双环系统原理图2、电路原理图注意几点：a)调节器输出限幅b)调节器锁零c)调节器输入、输出电压极性的确定•ASR的输出电压Ui*是ACR的电流给定信号，其限幅值Uim为最大电流给定值，ASR的限幅值完全取决于电动机所允许的过载能力和系统对最大加速度的需要。•ACR的输出电压限幅值Ucm，表示对最小角的限制，也表示对晶闸管整流输出电压的限制。a)调节器输出限幅停车时：U*=Un=0，调节器锁零，无输出信号。启动时：U*≠0，Un=0，调节器锁零解除,处于正常工作状态稳态运行时：Un=U*≠0，调节器锁零解除,处于正常工作状态。制动停车时：U*=0,Un≠0，调节器锁零解除，处于正常工作状态。b）调节器锁零c)调节器输入、输出电压极性的确定Uc(+)Ui*(-)Ui(+)Un(-)ACR反号要求负反馈极性要求ASR反号要求负反馈极性要求Un*(+)系统采用锯齿波移相特性时，晶闸管变流装置工作在整流状态，电动机工作在电动状态，这时要求ACR的输出电压Uc的极性为正，且应具有一定幅值。系统中使用的调节器习惯上采用反相输入方式，因此调节器的输人与输出信号的极性应相反。当调节器ASR不饱和时，ASR、ACR均不饱和，其输入偏差电压均为零。转速不变，。满足：3、双闭环调速系统的稳态结构框图dmdII0nndmimdIUI*问题：如果nn0，ASR如何变化？0*nnUUnndiiIUU*0*nUnn对于静特性来说，有两种情况(稳态时)当调节器ASR饱和时，ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，电流不变，，。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。ASR不饱和(CA段)ASR饱和(AB段)0*nnUUnndiiIUU*0*nUnndmimdIUI*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稳态时：两个调节器均不饱和（输入偏差为零，偏差的积分使调节器有恒定的电压输出，输出没有达到饱和值）dLi*i0n*n,IUUnnUU0*nnUn5、双环系统稳态参数计算ASR饱和时:U*i=U*im，dm*imdIUImax*nmnUdm*imIU反馈系数：•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：•P调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器未饱和时，其输出量的稳态值是输入的积分，最终使PI调节器输入为零，才停止积分。diIU*ACR的输出：sdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUUASR的输出：•双环系统PI调节器的特点：SP1：双闭环调速系统中已知数据为：电动机：UN=220v，IN=20A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻R=1Ω。设Unm*=Uim*=Ucm=10V，电枢回路最大电流Idm=40A，Ks=40，ASR与ACR均采用PI调节器。试求：（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。（2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud，Ui*，Ui和Uc值。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。转速为0，ASR饱和，Ui*=Uim*=10V。E为0，Ud0-IdR=0，此时Id=Idm=40A，R=1Ω所以Ud=40V。Ks=40，Uc=1VUi=Idmβ=10V。SP2：双闭环调速系统中，转速调节器和电流调节器的输出限幅值分别应按什么要求整定？解：（1）转速调节器的输出限幅值按最大电流Idm和电流反馈系数β整定。（2）电流调节器的输出限幅值应按下式整定，并保证最小控制角的限制。sdmecKRInCUNdmimIU*Theend