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1、转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2-1在转速、电流双闭环调速系统中,若要改变电动机的转速,应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变转速反馈系数”行不行若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数答:在转速、电流双闭环调速系统中,若要改变电动机的转速,应调节的参数有:转速给定电压U*n,因为转速反馈系统的转速输出服从给定。 改变转速调节器的放大倍数Kn,只是加快过渡过程,但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上,它引起的转速变化,系统有调节和抑制能力。因此,不能通过改变转速调节器的放大倍数Kn,来改变转速
2、 改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks,只是加快过渡过程,但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上,它引起的转速变化,系统有调节和抑制能力。因此,不能通过改变电力电子变换器的放大倍数Ks,来改变转速 改变转速反馈系数a,能改变转速。转速反馈系数a的影响不在转速负反馈环内的前向通道上,它引起的转速变化,系统没有调节和抑制能力。因此,可以通过改变转速反馈系数a来改变转速,但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。 若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有:转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数a等,因为它们都
3、在电流环之外。2-2在转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答:在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时,转速调节器退饱和,PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0,转速调节器的输出电压由于维持在U*im(n*)。在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时,电流调节器不饱和,PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0,形成一个电流随动子系统,力图使Id尽快跟随其给定U*i.电流调节器的输出电压UC又后面的环节决定。2-3在转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器,而是P调节器,对系统的静、动态性能将会产生什么影响答:在转速、电流双闭环调速系统
4、中,转速调节器采用P调节器,整个系统成为一个有静差的系统。转速调节器不饱和,一直处于主导地位;电流调节器不饱和,形成一个电流随动子系统,无法形成在最大电流下在最短时间内使速度上升/下降最快,动态响应较慢。2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统:调速系统的静态性能;动态限流性能;启动的快速性抗负载扰动的性能;抗电源波动的性能答: 调速系统的静态性能:在转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器采用PI调节器,整个系统成为一个无静差的系统。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,转速调节器采用PI调节器,整个系统成为一个无静差的系统。 动态限流性能:在转
5、速、电流双闭环调速系统中,电流调节器采用PI调节器,将电流限制在Idm内。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,将电流限制在Idcr-Idbl内。 启动的快速性:在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中,转速调节器饱和,电流调节器在最大电流Idm附近进行PI调节,时间最短,提高了启动/制动的快速性。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,在启动/制动过程中,当电流大于截止电流Idcr时,电流调节器起作用,并不是在最大电流附近进行调节,启动/制动的快速性较差。 抗负载扰动的性能:在转速、电流双闭环调速系统中,负载扰动在转速外环中,负载扰动作用在电流环之后,因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载
6、扰动的作用。在设计ASR时,应要求有较好的抗扰性能指标。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,负载扰动立即引起电流变化,当电流大于截止电流Idcr时,电流调节器起作用,可以进行调节。 抗电源波动的性能在转速、电流双闭环调速系统中,由于增设了电流内环,电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节,不必等它影响到转速以后才能反馈回来,抗电源波动的性能大有改善。在电流截止环节的转速单闭环调速系统中,电网电压扰动的作用点离被调量较远,调节作用受到多个环节的延滞,因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。2-5在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时,转速反
7、馈线突然断线,当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号5是否为零答:在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时,转速反馈线突然断线,转速调节器反馈电压突变为为0,转速调节器输入偏差突变为最大,转速调节器(PI调节器)饱和,转速开环,系统变为电流单闭环调节。转速调节器的输出突变为正极限值U*im,电流调节器的输入偏差变大,电流调节器为PI调节器作用,直至进入新的稳定状态,电流无静差。当重新进入稳定运行时,电流调节器(PI调节器)的输入偏差信号Ui为零。,系统稳定后转速反,转速调节器反馈电电流调节器输入偏差2-6在转速、电流双闭环调速系统中,给定信号U
8、*n未变,增加转速反馈系数馈电压Un是增加、减小还是不变答:在转速、电流双闭环调速系统中,给定信号U*n未变,增加转速反馈系数压增加,转速调节器输入偏差变大,转速调节器输出变大即电流调节器给定变大,变大,电流调节器输出变大即电机电流变大,进入重新调节阶段。系统稳定后,转速、电流无静差。转速调节器输入偏差为0,转速反馈电压Un等于转速给定信号U*n,不变。2-7在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。已知电动机参数为:Pn=,Un=220V,In=20A,nN=1000r/min,电枢绕组总电阻Ra=1.5,U*nm=U*m=U*cm=8V,电枢回路最大电流Idm=40A,电力
9、电子变换器的放大倍数Ks=40试求:电流反馈系数和转速反馈系数当电动机在最高转速发生堵转时的Udo、U*i、Ui、Uc值.*解:稳态运行时,转速调节器不饱和,输入偏差为0,a=工旦=5四&1500=nnN*UiU%稳态运行时,电流调节器不饱和,输入偏差为0,3=m=840=nidm当电动机在最(Wj转速发生堵转时,电枢回路最大电流Idm=40A,电流调节器反馈电压最大U*im=8V,电流调节器输入偏差最大大,电流调节器饱和,输出最大U*cm=8V,电流开环.经过电力电子变换器后的Ud0=Ks*Uc=40*8=320V.,电机转速很小;几乎为0,转速反馈电压很小,转速调节器输入偏差很大,转速调节
10、器饱和,转速开环,转速调节器输出U*im=8V.2-8在转速、电流双闭环倜速系统中,ASRACR两个倜节器均米用PI倜节器。当ASR的输出达到Uim=8V时,主电路电流达到最大电流80A,当负载电流由40A增加到70A,试问:U*i如何变化Uc如何变化Uc值.由哪些条件决定答:在转速、电流双闭环调速系统中,ASRACR两个调节器均采用PI调节器。当ASR的输出达到U*m=8V时,ASR饱和不起作用;主电路电流达到最大电流80A,电流调节器的给定电压U*i=U*im=8V最大保持不变,当负载电流由40A增加到70A,电流调节器反馈电压Ui增加,电流调节器的输入偏差电压减小,电流调节器的输出电压U
11、c减小.Uc值曲:电流调节器的输入偏差电压(电流调节器的给定电压U*i-电流调节器反馈电压卜条电流调节器的比例放大系数、电流调节器积分时间常数以及电机的运行状态等条件决定。2-9在转速、电流双闭环调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行,现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半,系统工作情况会如何变化写出Ud0、U*i、Uc、Id、n在系统重新进入稳定后的表达式。答:在转速、电流双闭环调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行,现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半,电机的电磁转矩减小为原来的一半,转速下降,转速调节器反馈电压Un减小,转速调节器的输入偏差电压增大,转速
12、调节器的输出电压即电流调节器的给定电压U*i增大.电流调节器的输出电压Uc增大,转速上升,达到新的稳定。在系统重新进入稳定后Ud0=U*i=Uc=Id=n=2-10某反馈控制系统已校正成典型I型系统。已知时间常数T=,要求阶跃响应超调量bW10%求系统的开环增益;计算过渡过程时间ts和上升时间tr画出开环对数特性。如要求上升时间tr,则K=,b=K解:典型I型系统W(S)=T=阶跃响应超调量bW10%S(TS1)系统的开当wc1/T时,的幅频特性以W0dB/dec斜率穿越零分贝线,系统有较好的稳定性。环增益K=wc截止频率KT=K=5过渡过程时间ts=a=6T=n2T上升时间(93)取一2Ta
13、rccos ) E =上升时间trT2T1s1T1skpi(1S1)“Wpi(S)=,x1=hT2一般取h=5x1=hT2=5*=1S2-14在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中,已知电动机额定参数:pn=360KW,Un=220V,In=308A,nN=1000r/min,电动势系数Ce=.min/r,主回路总电阻R=,触发整流环节的放大倍数Ks=35,电磁时间常数T尸,机电时间常数Tm=,电流反馈滤波时间常数Toi=转速反馈滤波时间常数Ton=.额定转速时给定电压U(*n)N=10V,调节器ASRACR饱和输出电压Uim=8V,Ucm=,系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超