(电力拖动控制系统)rev

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1、2.1.1 直流调调速系统统的类类型 1直流调速系统的调速方法 (1) 改变电枢回路电阻电枢回路串电阻调速；自控系统不用 (2) 调节电抠供电电压变压调速； 主导调速方法 (3) 减弱励磁磁通-弱磁调速。 辅助调速方法 2直流调速系统主电路可调压的直流电源 常用： (1) G-M系统 (发电机-电动机系统) (2) V-M系统 (可控整流器 -电动机系统) (3) 直流脉宽调制（PWM）系统 (斩波器 -电动机系统) 3直流调速系统的控制方式 l 主电路构成不同，控制方法不同 ：移相控制、PWM控制等l 闭环控制方式开环控制闭环控制单闭环 速度环 双闭环 速度环和电流环 多环控制 加位置环等电

2、机调速系统 中通常为：4工作象限 a）单象限运行 b)电压可反向的二象限运行 c) 电流可反向的二象限运行第2章 直流电动机V-M不可逆调速系统 2.1 直流调速系统概述 2.1.2 G-M系统统 2.1.3 V-M系统统 l 系统构成 l 控制思路l 制动时的能量传递关系l 控制原理l 工作象限l 优点：静止装置、经济、可靠l 触发装置GT l 缺点：功率因数低、对电网谐波污染 V-M系统统l 是7090年代直流调速系统的主要形式 2.1.4 直流脉宽调宽调 制（PWM）系统统 a）原理电路图 b）斩波器输出电压波形 l原理电路图 l制动时的能量传递关系l工作象限l优缺点a)单管电路 b)双

3、管电路 c)双管电路 d)H型桥式电路l 控制思路l 控制原理2.2 V-M系统的机械特性 2.2.1 电电流连续时连续时 的机械特性 1可控整流装置的输出电压 mUmUd0m单相桥式 20.9U2三相半波 31.17U2三相桥式 62.34U2l 计及LC换流及内阻影响时2电压平衡方程式 等效电路 3V-M系统电流连续时的机械特性 2.2.2 电电流断续时续时 的机械特性 以三相半波整流电路为例 1理想空载转速 ：输出电压的峰值相同，有同一个实际理想空载转速 2电流断续时机械特性曲线的斜率 3电流断续区域范围 与电抗器电感量的大小有关 工程上一般取 时，随着电流减小，回路的等效电阻增大，斜率

4、增大l 电流连续时l 电流断续时：输出电压的峰值随增大 而下降，空载转速下降2.3 开环V-M调速系统及调速指标 2.3.1 开环V-M调速系统 系统原理图 稳态结构图 2.3.2 调速系统的稳态指标 调速范围D、静差率S 理解两个稳态性能指标的含义及其关系要求掌握开环系统的稳态分析方法，包括： 从系统原理图画出系统稳态结构图； 稳态结构图的含义、用途（得出系统的静特性） 能分析自动调速系统的稳态性能 开环V-M调速系统的主要问题2.3 开环V-M调速系统及调速指标 2.3.1 开环V-M调速系统1系统原理图2稳态结构图在30150范围内GTV看做一个整体，是一个线性放大环节，放大系数是1)

5、求 与 的关系l 对同步移相信号为正弦波（正弦波幅值为Um）直流电动机稳态时2) 求 与 n 的关系稳态结构图 l 对同步移相信号为锯齿波 （锯齿波起点幅值-Um，终点幅值Um，宽度为180）在30150的范围内2.3.2 调速系统的稳态指标1对调速系统的要求(1)调速 (2)稳速 (3)加、减速 2调速系统的稳态指标(1)调速范围D(2)静差率S 额定转矩下提供的最高、最低转速 当系统在某一给定转速下 运行时，负载由空载增加 到额定负载时所对应的转 速降落 与该给定转速 下理想空载转速n0之比， 称作静差率S 机械特性曲线平行时，如果低速时的静差率能满足要求，则 高速时的静差率自然就满足要求

6、了。故静差率可表示成： 静差率是用来衡量调速系统在负载变 化时的转速稳定度的。 机械特性越硬则静差率越小，转速稳定度就越高。 3调速范围与静差率的关系调速范围D、静差率S 和转速降 ，三者之间的关系式为： 显然，当系统的机械特性硬度一定，即 一定时，若对静差率要求越 高（S值越小），则允许的调速范围就越小。 l 例如，某一开环V-M调速系统，额定 转速nN =1000r/min ，额定负载下的稳态速 降 nN 50r/min，当要求静差率S=0.33 时，允许的调速范围为：如果要求S=0.1，则调速范围只有：4开环V-M调速系统的主要问题l 无法克服的缺点转速波动大、调速范围小。远远不能满足生

7、产实际的要求 。l 原因：当S与D都一定时，要满足要求的唯一途径是降低nN ，但对已制成的系统是无法减小的，对新设计的系统也很难达到能大幅度降低的要求。l 解决办法：闭环控制调速系统。 2.4 单闭环V-M调速系统及静特性2.4.1 有静差转速单闭环V-M调速系统1系统原理图2. 稳态结构图 2.4.2 闭环V-M系统的静特性静特性方程：电动机的转速与电动机的电流（或转矩）之间的关系 。1静特性 （可理解为闭环系统的机械特性?） 2与开环系统的比较 开环系统（OP）： 空载转速n0 、负载Ia 相同的情况下，有 u 闭环系统加载后的转速降只是开环系统的1/(1+K)u 只要把KP取得足够大，使

8、K很大，就可以使nCL 非常小,静差率S大大减小 u 同一静差要求下大大提高了系统的调速范围D 稳态结构图 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较闭环系统静特性和开环机械特性的关系 只有放大环节的转速闭环系统的稳态 转速降 只能减小而不能消除.为 “有静差”调速系统。 2开环系统与闭环系统的比较(续） l 闭环系统减少稳态速降决不是闭 环后电枢回路电阻能自动减小，而 是在于它的自动调节作用。稳态结构图 闭环调速系统的静特性：闭环系统电动机转 速与负载电流（或转矩）的稳态关系。实际 上是由许多机械特性上的不同运行点集合而 成的，为一条综合的特性直线，它代表闭环 调节作用的结果。名 称比例（P）积

9、分（I）比例积分（PI）积分比例（IP）2.5 单闭环V-M调速系统的动态分析l 调速系统进行动态分析方法及步骤： 1）推导出调速系统各环节的微分方程和传递函数 2）建立系统的动态数学模型，得到系统的动态结构图 3）进行稳定性分析 4）动态性能的分析 2.5.1 闭环V-M调速系统各环节的动态数学模型1几个常用环节的传递函数电路图阶跃响 应传递 函数2晶闸管触发和整流装置的传递函数 l 触发电路GT和可控整流桥V环节： 输输入量Uct 输输出量Udo l 是一个放大系数为Ks的纯滞后的放大环节l滞后是由装置的失控时间引起的。 l 触发发装置两个触发发脉冲的间间隔时间时间 是1/(mf)秒，m脉

10、波 数，f电源频率。l 设设滞后的时间时间 是Ts 秒，则则Ts是一个从0至1/(mf)之间间的一个随机值值。原因是， 取其统计平均值，有：电电 路 形 式单单相半波单单相桥桥式三相半波三相桥桥式一周内脉波数m1236 延时时间时时间 TS/ms1053.331.67l 整流装置的传递函数为 b）近似的a）准确的? 3直流电动机的传递函数 假定：1） 励磁为额定，且保持不变。 Ea = Cen，T = CTIa；2） 电动机本身的运动阻力，都归并到TL中去。 TL =CTIaL；3） 主电路电流连续。 在此假定条件下，直流电动机的电势微分方程和运动微分方程为：整理得：机电时间常数电磁时间常数上

11、式两侧进行拉氏变换得：2.5.2 单闭环V-M调速系统的动态结构图 是一个三阶线性系统 系统的开环传递函数为： 设IaL = 0，从给定输入作用上看， 该系统的闭环传递函数为：机电时间常数电磁时间常数滞后时间常数Ts是介于01/mf的一个随机值2.5.3 稳定条件l令等于零可得单闭环调速系统的特征方程！l 三阶系统用劳斯-古尔维茨判据判断系统稳定性（充分必要条件）最方便！l系统稳定的充要条件： 静特性分析中，为了减小静差、扩大调速范围，希望K值越大越好。 从动态的稳定性来看，把K值取得过大会造成系统的不稳定。 两者自矛盾的 ！l 解决办法：增加校正环节，一般把P调节器改为PI调节器或 PID调

12、节器。2.6 无静差单闭环V-M调速系统2.6.1 无静差单闭环V-M调速系统1系统原理图 2稳态结构图ASR的稳态结构图！无确切 数学关系，一般用其阶跃响 应曲线来表示。3动态结构图各个环节的传递函数按前面推导得到有静差系统无静差系统问题：ASR饱和现象没有反映出来1数学分析2.6.2 稳态抗扰分析 稳态转速偏差为 结论：1）比例积分控制的系统是无静差调速系统2）静特性是一组平行的水平直线 2调节过程以突加负载为 例分析l t1前，原稳态。l t1时，突加负载，TL1 TL2 。l t1t3，调节过程。 l t1后，转速下降，n增加， PI调节器的输出增加，如曲线3，电机电流增大、转矩增大。

13、 p 曲线3（调节器输出）曲线1（比例）曲线2（积分）l t2时，T TL2，加速度由负变零， n为最大l t3时，T TL2， n0，到达新稳态。l t2后，因n0，Uct继续增加，Ia继续增 加， T TL2，转速回升 。 稳态时，反馈电容相当于断路，记忆保持着某个相应的数值，这时的放大输入为零，输出 不为零，放大系数为无穷大，系统的稳态误差为零是可以理解的。 动态时，反馈电容则相当于短路，其放大系数不大（KPR1/R0 ），保证了系统的稳定性。 调节过程后期，积分部分起主导作用，并依靠它最终消除稳态误差。u PI调节器在系统中起的作用: 调节过程初、中期，比例部分起主导作用，保证了系统的

14、快速响应。突加负载时的调节过程2.6.3 限流截止负反馈会产生过流现象 带带有电电流截止负负反馈馈的无静差V-M调调速系统统a)系统统原理图图 b)静特 性以起动过程为例说明原因, 大幅度加减给定都可能出现会 1速度单闭环系统存在的问题最大值 ？2.6.4 电流检测电路 1用采 样电阻直 接在直流 侧采样 2用电流互感器 在交流侧采样 3用零磁通电流传感 器在直流侧采样 对对 比采样样位置大小方向电电隔离电电源价格1直流侧侧有有无无低 2交流侧侧有无有无中 3直流侧侧有有有有高3用零磁通电流传感器在直流侧采样 当时，有只要 ，2、4端就会有一 个信号输出 ，闭环调节Ia2， 使磁通为零，即永远有：优点：隔离！检测精度高，动态 响应快，能测 Ia1的大小及方向缺点：器件价格稍贵，且需要电源 2.7 双闭环直流电动机V-M调速系统2.7.1 转速电流双闭环V-M系统的构成及原理1系统构成 2.7.2 稳态结构图及静特性电流反馈系数 稳态中若电流调节器稳定在饱和态，则控制角必已经移到尽头，Udo已到达最大值而无法再调，整个系统处于不可调节“失控态” 。2静特性 两个调节器都不饱和 转速调节器饱和。这时，ASR的输出是限幅值，系统后面部分是一