轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)摘 要：文章闡述了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成，說明了轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的任務、工作要求和組成，對主回路、勵磁回路、控制回路的具體構(gòu)建和各單元功能做了詳細描述。結(jié)合設計要求對系統(tǒng)進行了動態(tài)校正和涉及工作過程的圖文分析。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)大量采用了集成器件，具有集成度較高，投資少，反應靈敏迅速，符合實際需要，使用安全和方便，出故障時易及時察覺和排除等多重優(yōu)點。本系統(tǒng)是以晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，文章介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速模塊的構(gòu)成和特性；還說明了直流調(diào)速的應用、器件的選擇和保護。關(guān)鍵詞：不可逆直流調(diào)速；

2、轉(zhuǎn)速環(huán)；電流環(huán)Speed and current biclosed-loop nonreversible DC adjusting system AbstractThe article expounds the make_up of Speed and current biclosed-loop nonreversible DC adjusting system ，account clearly the mission、work request and compose of SCR ，also gets some clear elaboration about main circuit、exc

3、itation loop、control loop for concretion compose construct and each cell function.In the meanwhile,the article expounds proceeded inflight correction and touch on working process both chart and character analyses, which binds the project demand.The control circuit adopts two closed loops both curren

4、t and speed governing system，which is representative.The system employs slather integrated component , so that , the system presents multiple merit,not only takes on the higher integrated level,invest fewness,the delicacy promptitude reflectiont，in need of truthfulness demand，use security and conven

5、ience，but aslo have a screw loose easyly perceive and suppression in time. The basis of thyristor DC speed regulation system , the article presents the formation and characteristics of double closed-loop DC speed regulation module ; in shows the application , choice and protection in DC speed regula

6、tion .Keywords：the nonreversible DC adjusting system；speed-loop；current-loop目 錄1緒論12設計方案的確定22.1系統(tǒng)主回路方案的初步確定42.2系統(tǒng)控制回路方案的初步確定63 系統(tǒng)主回路設計和主要參數(shù)計算及器件選擇73.1主回路的工作原理73.2主回路主要器件的選擇和參數(shù)計算8主回路中電動機的選擇83.2.2 變流變壓器額定參數(shù)的計算與選擇93.2.3 整流元件的選擇11電抗器參數(shù)計算123.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的設計與計算143.3.1 過電壓保護14晶閘管關(guān)斷過電壓保護163.3.3 過電流保護163.4主回路的原理

7、圖174系統(tǒng)控制單元論述184.1 系統(tǒng)控制回路的原理概述及組成框圖184.2 測速發(fā)電機的選擇194.3 給定環(huán)節(jié)194.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR194.5 電流調(diào)節(jié)器ACR204.6 檢測與轉(zhuǎn)換20電流檢測204.6.2 速度變換單元214.6.3 電流變換單元214.7 鎖零環(huán)節(jié)224.8 觸發(fā)電路245 系統(tǒng)的工作過程分析255.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成255.2 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性25系統(tǒng)的組成過程中應注意的兩個問題265.2.2 系統(tǒng)的靜態(tài)特性275.3 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性27雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的動態(tài)響應27雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能306 系統(tǒng)的動態(tài)校正336.1 二階及三階最佳校

8、正336.2 電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設計346.2.1 電流環(huán)的設計34轉(zhuǎn)速環(huán)的設計367總結(jié)408謝 辭429 參考文獻4310 附錄451緒論現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設備。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速快或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。直流電動機調(diào)速具有范圍寬、精度高、易控制等優(yōu)點。因此長期以來在生產(chǎn)機械中直流調(diào)速占主要地位。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其應用技術(shù)的進步，微處理器、外圍電路元件（如集成檢測元件）、專用集成件的不斷出現(xiàn)，使得直流電動機的傳動控制應用技術(shù)得到了顯著的進步，而且仍不斷地發(fā)展著。隨著高性能交流調(diào)速技術(shù)的

9、快速發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。然而，直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。因此，還是應該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。目前，在電力拖動系統(tǒng)中，已大量采用晶閘管（即可控硅）裝置向電動機供電的V-M拖動系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。在工程應用中，通常在單閉環(huán)回路之內(nèi)再增加些局部的、輔助的反饋回路，以提高系統(tǒng)抗干擾的性能，或改變對象或其他元件的動特性來改善整個系統(tǒng)的特性。為了使轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI（比例-

10、積分）調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負反饋閉環(huán)。本文將重點探討和研究轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速的構(gòu)建方案。所謂轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，就是為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋在系統(tǒng)中分別起作用，又不致互相牽制而影響系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實行串級聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管的觸發(fā)裝置。兩種調(diào)節(jié)器作用互相配合，相輔相成。2設計方案的確定設計一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，必須滿足要求，首先要考慮技術(shù)性能指標；第二是經(jīng)濟指標；第三是先進性、合理性和可行性。因此，為使一個控制系統(tǒng)設計確保技術(shù)指

11、標先進、合理，經(jīng)濟指標良好，又為今后的發(fā)展和進一步技術(shù)改造留有余地，就必須對設備的使用條件、被控制設備的工藝要求進行調(diào)研，搜集與設計有關(guān)的圖樣和技術(shù)資料，選擇參考樣機，了解國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢，然后對系統(tǒng)設計的總體方案進行必要的比較和論證，使之變成一個可以付諸實施的技術(shù)方案。對電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求 輸出一定的直流電壓和電流。 輸出電壓的脈動指標在允許范圍內(nèi)。 具有自動穩(wěn)壓功能和一定的穩(wěn)壓精度。 對調(diào)速系統(tǒng)應有靜態(tài)技術(shù)指標和動態(tài)技術(shù)指標的要求。靜態(tài)技術(shù)指標是指系統(tǒng)的調(diào)速范圍D和靜差率s。不同的生產(chǎn)機械要求也不相同，表2-1給出了幾種常見生產(chǎn)機械的靜態(tài)調(diào)速指標。表2-1 幾種常見生

12、產(chǎn)機械的靜態(tài)調(diào)整指標生產(chǎn)機械類型調(diào)速范圍D靜差率s熱連軋機冷連軋機機床主傳動造紙機龍門刨床310152432020400.010.0050.020.050.10.010.0010.05調(diào)速范圍 D=式中 nmax額定負載時電動機最高轉(zhuǎn)速，即額定轉(zhuǎn)速nN(r/min); nmin額定負載時電動機最低轉(zhuǎn)速（r/min）。額定負載下最低速時的靜差率s=式中 nN=電動機額定負載下的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降（r/min）; R電樞回路總電阻（）； Ce電動機電動勢常數(shù)； n0min電動機理想空載最低轉(zhuǎn)速（r/min）。D、s、nN是相互關(guān)聯(lián)的，它們之間滿足下列關(guān)系式D=在s<<1時，（1-s）1，則D。

13、調(diào)速系統(tǒng)在不同負載、不同轉(zhuǎn)速下的靜差率可以從圖2-1的機械特性曲線中計算出來。圖中的表示晶閘管整流裝置的延遲角。圖2-1 電動機的機械特性曲線調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標是指系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下，對階躍給定信號的跟隨性能指標和在擾動信號作用下的抗擾動性能指標，如超調(diào)量、過渡過程時間、動態(tài)轉(zhuǎn)速降及振蕩次數(shù)等。此外，在設計一個實際系統(tǒng)時，還要考慮系統(tǒng)的可靠性、使用壽命、工作環(huán)境以及盡力做到體積小、重量輕、外形美觀、使用維護方便等。綜上所述，要做到性能指標良好，我采取的措施是：先從內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）開始，根據(jù)電流控制要求，確定把電流環(huán)校正為典型系統(tǒng)，按照調(diào)節(jié)對象選擇調(diào)節(jié)器及參數(shù)。設計完電流環(huán)之后，就把電流環(huán)等效成一

14、個小慣性環(huán)節(jié)，作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個組成部分，然后用同樣的方法再完成轉(zhuǎn)速環(huán)設計。利用兩個環(huán)讓利用轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)分時起作用進行控制，即起動過程，只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋。穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負反饋，沒有電流負反饋。2.1系統(tǒng)主回路方案的初步確定直流電動機調(diào)速通常有三種方案：調(diào)壓調(diào)速、調(diào)阻調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。變壓調(diào)速的特點：機械特性較硬，負載不變時，轉(zhuǎn)速降不變；允許的輸出轉(zhuǎn)矩恒定，對于恒轉(zhuǎn)矩性負載的拖動調(diào)速能充分利用電動機容量；適合于要求快速起、制動的設備的傳動系統(tǒng)中。調(diào)阻調(diào)速的特點：結(jié)構(gòu)簡單；調(diào)速不連續(xù)，不平穩(wěn)；機械特性軟，影響調(diào)速范圍；電動機速度的改變是靠改變電樞回路串接電阻大小來實現(xiàn)的，調(diào)速范圍越大

15、，串入電阻就越大，相應地電阻上消耗的能量就越大，這是很不經(jīng)濟的。比較上述三種調(diào)速方法可以發(fā)現(xiàn)：對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。這種調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。如構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)，調(diào)速比可達50：1150：1甚至更大。而且變電壓調(diào)速的特點是在空載或負轉(zhuǎn)矩負載時也能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，能平滑調(diào)速，并能實現(xiàn)回潰制動。而改變電樞回路電阻的調(diào)速方案只能實現(xiàn)有級調(diào)速，其調(diào)速比約為2：1，且轉(zhuǎn)速變化率大，輕載下難以低速，低速時電阻損耗大。減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。調(diào)速比一般為2：13：1，特殊情

16、況下可達5：1。綜合以上分析，三種調(diào)速方案中，改變電動機電樞電壓調(diào)速方法優(yōu)點較多，應用廣泛，因此，本系統(tǒng)選用調(diào)壓調(diào)速。系統(tǒng)設計任務為直流電動機調(diào)速，供電電源為三相交流電源，需要通過必要的整流電路將交流電整流為直流電。常用整流電路主要有三種：（1）三相半波整流電路（2）三相半控橋式整流電路（3）三相全控橋式整流電路綜合來看，三相半波整流電路的輸出在每個電源周期中只有3個脈波，變壓器利用率很低。且整流變壓器中還存在著嚴重的直流磁化電流問題。三相半控橋整流電路與三相半波整流電路相比，他的各項指標較好，適用于較大功率高電壓場合。三相全橋控整流的特點是：整流輸出電壓一周期脈動6次,每次脈動的波形都一樣,

17、輸出電壓比三相半波增大一倍,在同樣的輸出電壓時,三相全控橋式電路對管子電壓要求降低一半。各項指標好，比較廣泛的用于電壓控制要求高的場合。通過以上比較，可見，本系統(tǒng)的主回路的整流電路選用以三相全控橋式整流為最佳。2.2系統(tǒng)控制回路方案的初步確定電動機的啟動、調(diào)速主要是靠控制整流電路部分晶閘管的導通角來實現(xiàn)的。按設計任務要求，本系統(tǒng)的控制回路選用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，雙閉環(huán)系統(tǒng)就是控制回路采用兩個反饋環(huán)節(jié)，由轉(zhuǎn)速負反饋作為外環(huán)，再加上電流負反饋為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速負反饋信號用速度調(diào)節(jié)器來實行控制，電流負反饋信號用電流調(diào)節(jié)器進行處理。轉(zhuǎn)速反饋的作用是維護轉(zhuǎn)速恒定，當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分形式且靜

18、態(tài)放大倍數(shù)很大時，基本上可以消除電機的靜態(tài)速降，達到無差調(diào)節(jié)，提高電機的機械特性硬度，電流負反饋的作用是限制電流最大值，使其維持在最大值下啟動和制動等，并對環(huán)內(nèi)的干擾起到抑制作用，改善系統(tǒng)的快速性和抗干擾性能，使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的具體構(gòu)建及靜、動態(tài)性能分析將在本文第5部分中做具體說明。3 系統(tǒng)主回路設計和主要參數(shù)計算及器件選擇轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的主回路由電動機和變流裝置組成。如圖3-1所示。圖3-1 系統(tǒng)主回路組成（虛線框內(nèi)部分）3.1主回路的工作原理系統(tǒng)主回路采用的是工業(yè)上廣泛采用的三相橋式全控整流電路。三相橋式全控整流的原理圖如圖3-2所示，習慣將其中陰極連接在一起的3個晶

19、閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。此外，晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與U、V、W三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1,VT3,VT5,共陽極組中與U、V、W三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。按此編號，晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。但為了穩(wěn)定運行時的波形連續(xù)，仍保留平波電抗器Ld。圖3-2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的工作原理：對于共陰極組的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通。而對于共陽極組的3個晶閘

20、管，則是陰極所接交流電壓值最低（或者說負得最多）的一個導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導通狀態(tài)，施加于負載上的電壓為某一線電壓。電路帶阻感負載=30°時的波形如圖3-3所示：圖3-3 三相橋式全控整流電路帶阻感負載=30°時的波形3.2主回路主要器件的選擇和參數(shù)計算系統(tǒng)主電路為三相橋式全控電路，按被控電機額定電壓與電源電壓等級一致的要求，被控電機額定電壓應為220V，現(xiàn)對主回路中電動機、整流變壓器、晶閘管及平波電抗器等有關(guān)構(gòu)成元件參數(shù)選擇做簡要說明。主回路中電動機的選擇系統(tǒng)負載是最大輸出功率為500W的直流發(fā)電機，則拖動其運轉(zhuǎn)的直流電動機功率不應小

21、于500W，按電動機選擇的要求和工程估算方法，所選電動機功率應為（1.11.6）倍負載功率，則電動機額定功率可選PN1.6×500800W額定電壓與電源電壓等級相同，選UN220V 查閱電機選型手冊，可選電動機Z2-32，勵磁方式為他勵，其他參數(shù)為：電樞電阻Ra0.02額定電流IN4.95A額定轉(zhuǎn)速nN1000r/min折合到電動機轉(zhuǎn)軸上的飛輪力矩GD20.213kg.m2 過載倍數(shù)1.5 變流變壓器額定參數(shù)的計算與選擇在平均整流電壓Ud和主電路形式一定的條件下，晶閘管交流側(cè)的電源相電壓有效值U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化。如果電壓U2選擇過高，則晶閘管裝置運行的控制角過大造成功率因

22、數(shù)變壞，無功功率增大。并在電源回路的電感上產(chǎn)生很大的電壓降，但若電壓U2過低，則有可能在晶閘管控制角=0時仍達不到負載要求的電壓額定值因而達不到負載要求的功率。在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致，另外，為了盡可能減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求能夠隔離，所以系統(tǒng)按通常情況考慮配用變流變壓器，變流變壓器的一次相電壓U1就是電網(wǎng)相電壓，根據(jù)本系統(tǒng)要求的整流電壓Ud=220V，及整流電流Id=IN=4.95A，在下面對變流變壓器的額定參數(shù)，二次相電壓U2、二次相電流I2、一次相電流I1、二次容量S2、一次容量S1和平均容量S進行一些必要的計算。（1） 二次相電壓U2

23、的計算當控制角0°<<90°時，Ud波形連續(xù)。但當>60°時，由于電感L的作用，Ud波形會出現(xiàn)負的部分。圖3-4給出了=90°時的波形。若電感L值足夠大，Ud中正負面積基本相等，Ud平均值近似為零。U2是一個重要參數(shù)，選擇過低，無法保證輸出額定電壓。選擇過高，又會造成延遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。工程上一般按下式計算，即U2=式中Udmax整流電路輸出電壓最大值；nUT主電路電流回路n個晶閘管正向壓降；C線路接線方式系數(shù)；Ush變壓器的短路比，對10100kV.A變壓器，Ush=0.050.1;變壓器二

24、次實際工作電流與額定電流之比，應取最大值。在要求不高的場合或近似估算時，用下式計算則更加方便，即U2=（11.2）=(11.2)× 127V式中：A理想情況下，=0°時整流電壓Udo與二次電壓U2之比，即A=,見附表3-1，（A=2.34）；B延遲角為時，輸出電壓Ud與Udo之比，即B=,見附表3-1(B=)；電網(wǎng)波動系數(shù)，考慮各種因素的安全系數(shù)，通常取=0.9;11.2 （2）二次相電流I2和一次相電流I1 k= =1.732I1=2.33AI2=0.816×4.95=4.04A式中 、由表3-1選??；K變壓器一次與二次匝數(shù)比?？紤]變壓器的勵磁電流時，I1應乘以

25、1.05左右的系數(shù)。（3）變壓器的容量計算S1=m1U1I1= 3×220×2.33 VA=1538VAS2=m2U2I2= 3×127×4.04 VA=1540VAS=1539VA式中m1、m2一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)，對不同接線方式可由附表3-1查得；在已知整流功率Pd=UdId的情況下，也可應用附表3-1中的容量比值對變壓器進行計算。 整流元件的選擇晶閘管和整流管的選擇主要指合理地選擇器件的額定電壓和電流。（1）晶閘管的額定電壓在已知U2的條件下，由附表3-2查得晶閘管實際承受的最大峰值電壓UTm,乘以（23）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確

26、定晶閘管的額定電壓UTN。即UTN=（23）UTm=(23)×U2778V（2）晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值ITN大于實際流過管子電流最大有效值IT，即ITN=1.57 IT (AV)IT或 IT (AV) =KId考慮（1.52.0）倍的裕量IT (AV) = (1.52.0)KId=1.8×0.367×4.95 = 3.27 AITN=1.57 IT (AV)=1.57×3.27 =5.13A式中K=電流計算系數(shù)，可由附表3-2查得。由附表3-2選擇K值時應注意負載的性質(zhì)，除恒流負載應按來選擇外；其它均

27、以來選擇。電抗器參數(shù)計算為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。（1）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L1對于電動機負載的晶閘管可控整流電路，當負載電流小到一定程度，會出現(xiàn)輸出電流斷續(xù)的現(xiàn)象，這將使直流電動機的機械特性變軟。為了使輸出電流在最小負載電流Idmin時仍能連續(xù)，所需的臨界電感量L1可用下式計算，單位為mH。=178mH式中 K1與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由附表3-3中查得；Idmin最小負載電流，常取電動機額定電流的5%10%計算。（2）限制輸出電流

28、脈動的電感量L2由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常負載需要的只是直流分量，對電動機負載來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗器的臨界電感量L2（單位為mH）可用下式計算L2=K2=1.045×=536mH式中 K2系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，可查表3-3；Si電流最大允許脈動系數(shù)，通常單相電路Si20,三相電路Si（510）。（3）電動機電感量LD和變壓器漏電感量LT電動機電感量LD（單位為mH）可按下式計算L

29、D=66.7mH式中 UD、ID、n直流電動機電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；p電動機的磁極對數(shù)（p=2）;KD計算系數(shù)。一般無補償電動機取812，快速無補償電動機取68，有補償電動機取56。變壓器漏電感量LT（單位為mH）可按下式計算LT= = 3.9××5mH式中 KT計算系數(shù)，由表3-3查出(KT=3.9)；Ush變壓器的短路比，一般取510, 對于100KVA以下的變壓器Ush=5。（4）實際串入電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時的實際電感量Ld1=L1-(LD+NLT) =178(66.7+2×5)101.3 mHN在三相橋式電路中取2，其余電路取1?？?/p>

30、慮限制電流脈動時的實際電感量Ld2=L2-(LD+NLT)=536-(66.7+2×5)=459.3mH如上述條件均滿足時，應取Ld1和Ld2中較大者作為串入平波電抗器的電感量。3.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的設計與計算晶閘管雖然具備多種優(yōu)點，但是它承受過電流和過電壓的能力較差。為了使器件能長期的運行，必須采用適當?shù)谋Ｗo裝置。本系統(tǒng)根據(jù)需要，為防止過電壓和電網(wǎng)的浪涌電流對晶閘管的危害，在交流側(cè)采用阻容吸收和壓敏電阻保護；為防止直流側(cè)的過電壓，在直流側(cè)加阻容保護。為防止晶閘管的關(guān)斷過電壓，在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護。為防止晶閘管在過流時不瘦損壞，在每個晶閘管回路中都串聯(lián)了快速熔斷器，以下進行一些具

31、體的說明和計算。 過電壓保護凡超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓Um的都算過電壓，其中一種為操作過電壓是由晶閘管裝置的拉閘合閘和器件關(guān)斷等電磁過程引起的過電壓，這些操作過程經(jīng)常發(fā)生是不可避免的，另一種過電壓是由于雷擊等原因為從電網(wǎng)侵入的偶然性浪涌電壓，它可能比操作過電壓更高，采取過電壓保護措施后，應使經(jīng)常發(fā)生的操作過電壓限制在額定電壓UTN以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復峰值電壓Udsm和Ursm以下。（1）交流側(cè)過電壓保護措施 阻容保護即在變壓器二次并聯(lián)電阻R和電容C，構(gòu)成阻容保護電路。計算單相變壓器交流側(cè)過電壓保護電容C和電阻R的公式： ，R式中： S變壓器每

32、相平均計算容量;U2變壓器二次相電壓有效值;i0%變壓器激磁電流百分數(shù)，100KVA以下i0%=7;US變壓器的短路比，100KVA以下US=5。由以上的公式計算可得:C=3.74FR=21.8阻容保護的原理圖如下：圖3-5 交流測晶閘管阻容保護示意圖 壓敏電阻保護保護裝置只能把操作過電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，因此在采用阻容保護的同時，應該設置非線性的壓敏電阻。壓敏電阻性能接近于穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓抑制在允許范圍之內(nèi)。壓敏電阻可按下式選取它的額定電壓Ue：Ue/(8-9)×（壓敏電阻承受的額定電壓峰值）圖3-6 晶閘管壓敏電阻保護示意圖（2）直流側(cè)過電壓保護直流側(cè)也有發(fā)生過電

33、壓的可能，例如在快熔斷時，平波電抗器所貯能量釋放，可以造成過電壓，或是在雷擊時，過電壓到直流側(cè)。因此，在直流側(cè)也搭接了壓敏電阻保護。晶閘管關(guān)斷過電壓保護晶閘管在開關(guān)過程中瞬時電壓的分配決定于晶管的結(jié)電容、導通時間和關(guān)斷時間等等的差別。為了使開關(guān)過程中的電壓分配均勻，應對晶閘管并聯(lián)電容C。為了防止晶閘管導通瞬間，電容C對晶閘管放電造成過大的di/dt，還應在電容支路中串聯(lián)電阻R。這樣就采用RC回路來進行抑制。電容值C=(25)×103×IT=4×103×4.92=25.24F電阻值R=(13) =2×=28.15式中：IT器件的額定電流LT變壓器

34、每相的漏感圖3-7 晶閘管關(guān)斷保護RC回路 過電流保護由于過載短路，晶閘管正向誤導通和反向擊穿，以及在逆變時換流失敗等原因，都會產(chǎn)生過電流。過電流的保護措施有數(shù)種，我們這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。其原理圖如下：圖3-8 晶閘管過電流保護回路3.4主回路的原理圖根據(jù)3.3節(jié)中進行的相關(guān)設計計算，可得出主回路的原理圖如下：4系統(tǒng)控制單元論述轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制回路由給定環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)運算、觸發(fā)電路和保護環(huán)節(jié)等組成。給定環(huán)節(jié)是利用給定積分器把階躍或快速給定的輸入電壓變換為按一定變化率隨時間而增減到給定值的輸出電壓。輸出電壓變化率可調(diào)，本單元具有加速度限制或電流變化率限制功能，原理電

35、路見圖4-2；調(diào)節(jié)運算單元由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器組成，速度調(diào)節(jié)器在速度調(diào)節(jié)中對速度反饋信號進行PI運算，并提供一定的實際速度微分信號，以抑制超調(diào)。輸出作為電流（轉(zhuǎn)矩）給定，接至電流調(diào)節(jié)單元；電流調(diào)節(jié)器的輸出用來控制晶閘管；觸發(fā)電路用來控制晶閘管的開斷；保護環(huán)節(jié)用來防止器件因過壓或過流而損壞。4.1 系統(tǒng)控制回路的原理概述及組成框圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制回路就是讓轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接，如圖4-1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器。圖4-1 系統(tǒng)控制回路組成（虛線框內(nèi)部分）4.2 測速發(fā)電機的選擇

36、 55CYH型直流永磁測速發(fā)電機為環(huán)型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可與各種規(guī)格直流伺服電動機同軸安裝作為速度檢測元件，為系統(tǒng)提供相應的反饋信號，實現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，使直流伺服電動機具有很寬的無級調(diào)速比。而且其磁場可以開路，定、轉(zhuǎn)子可以隨便脫開，便于安裝和維修。其技術(shù)數(shù)據(jù)見附表4-1。4.3 給定環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)中給定環(huán)節(jié)是通過給定積分器來完成的，調(diào)速系統(tǒng)中，階躍信號是一種容易實現(xiàn)的施令信號。啟動時，在階躍給定信號的作用下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器往往立即飽和，從而使電樞電流立即達到整定最大值。負載一定時系統(tǒng)在過載能力允許的條件下，以最大的加速度啟動，具有啟動時間最短的最佳動態(tài)響應。但是，按電動機最大過載能力來加速，也可能

37、引起過大的沖擊以致引起設備事故，因此本系統(tǒng)就要采用給定積分器使給定的階躍信號變?yōu)榘匆欢ㄐ甭噬仙陆档倪B續(xù)信號，經(jīng)過一段時間才穩(wěn)定下來，這樣就可以避免由于階躍響應而造成的強大沖擊給設備的損傷。圖4-2 給定環(huán)節(jié)電路4.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR的輸入信號來自給定環(huán)節(jié)的輸出Ugd和測速發(fā)電機TG的輸出Ufn。為了滿足系統(tǒng)動、靜態(tài)品質(zhì)的要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分放大器。其輸出信號作為電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓信號。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設有正負限幅，限幅值UgimIdmax在反饋電壓輸入端和給定電壓輸入端均設有無源T型濾波環(huán)節(jié)，濾去高次諧波干擾信號。場效應管FET，保證系統(tǒng)停車時，本調(diào)節(jié)器鎖零。4.5 電流

38、調(diào)節(jié)器ACR設置電流調(diào)節(jié)器是為了充分的利用電機允許的過載能力，在系統(tǒng)暫態(tài)過程中，始終保持電流為允許的最大值，使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，制動，縮短調(diào)節(jié)時間，保證系統(tǒng)具有良好的快速響應的性能。當?shù)竭_穩(wěn)態(tài)時，又讓電流立即降低下來。本系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，這是因為PI調(diào)節(jié)器的比例部分可以提高系統(tǒng)的快速性，積分部分可以消除電流靜差，使系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)品質(zhì)。電流調(diào)節(jié)器處于雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)中，此內(nèi)環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，電流調(diào)節(jié)器的給定值隨著轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值改變而改變。由于運放的飽和原因，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值不能無限制的增長，所以當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，就可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

39、的輸出限幅值來限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全的保護作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動恢復正常。此外電流環(huán)對電網(wǎng)電壓起及時抗擾作用。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的設計和參數(shù)選擇將在6.2節(jié)中重點闡述。4.6 檢測與轉(zhuǎn)換在調(diào)速系統(tǒng)中為了得到電流反饋信號或零電流信號，必須對主電路電流進行檢測。速度變換是把轉(zhuǎn)速信號變成電信號，然后作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入。電流檢測電流檢測單元應具有線性轉(zhuǎn)換特性，響應快，與主電路無直接的電的聯(lián)系，簡單、可靠等特點。常用的電流檢測元部件有交流電流互感器、直流電流互感器、霍爾電流變換器、光電耦合電流檢測器等。本系統(tǒng)選用交流電流互感器。 速度變換單元速度變換單元采用測速發(fā)電機來

40、檢測轉(zhuǎn)速的大小，根據(jù)測速發(fā)電機輸出特性可以把轉(zhuǎn)速信號變成電信號來處理。測速發(fā)電機有交流、直流兩種，交流測速發(fā)電機有CK及AT型，它結(jié)構(gòu)簡單、價廉、無碳刷接觸。易維護且無碳刷壓降造成的誤差等優(yōu)點，但用于直流調(diào)速系統(tǒng)時需要進行整流變換，影響反饋信號的準確性，因此本系統(tǒng)選用直流測速發(fā)電機來檢測轉(zhuǎn)速，為保證使用時勵磁電流保持不變，防止因磁性減弱造成檢測數(shù)據(jù)不準，本系統(tǒng)選用通用的他勵式55CYH型直流測速發(fā)電機，詳見圖4-3所示。 圖4-3 速度變換單元電路 電流變換單元1、作用：將主回路交流側(cè)大電流變換成與之成比例的直流電壓，作為電流反饋信號和過流保護信號。2、原理說明：通過主回路交流側(cè)的電流互感器的

41、藕合關(guān)系，可以檢測電樞回路的電流大小，交流側(cè)電流大小與直流側(cè)電流大小成比例的關(guān)系，然后經(jīng)過三相整流橋的整流，輸出正比于電樞回路電流的直流電壓信號。該直流信號較小，可以作為控制回路的輸入信號。這樣，既達到了檢測直流回路的目的，又實現(xiàn)了主回路與控制回路的隔離。電流變換電壓輸出信號分兩路：一路經(jīng)過電阻和電位器分壓后送電流調(diào)節(jié)器；第二路信號直接從整流橋輸出，作為過流保護信號與過電壓保護信號一起去激發(fā)報警電路。 3、結(jié)構(gòu)圖如下：圖4-4 電流變換單元電路4.7 鎖零環(huán)節(jié)1、為什么要鎖零 由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都采用了中增益以上的運算放大器，又是串聯(lián)連接，放大倍數(shù)很大。雖然停車時Ugd0，但有零點漂移

42、時，輸出卻不為零，使電流調(diào)節(jié)器輸出Uct，若UctO，則控制角小于90°，晶閘管變流器輸出電壓平均值Ud大于零，導致電動機低速爬行，這是不允許的。為此，系統(tǒng)中要有克服調(diào)節(jié)器零漂以防止電動機爬行的鎖零環(huán)節(jié)。2、調(diào)節(jié)器的鎖零 當給定電壓Ugd0，電動機轉(zhuǎn)速n0時，鎖零環(huán)節(jié)的輸出使FET導通，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR輸出端與輸入端短接，利用放大器的的負反饋作用，克服放大器的零漂，防止電動機爬行，即調(diào)節(jié)器鎖零，如下圖所示。FET關(guān)斷時，將ASR與ACR的反饋回路接入，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，稱為調(diào)節(jié)器解除鎖零。圖4-5 ASR、ACR調(diào)節(jié)器鎖零電路3、鎖零環(huán)節(jié)的控制電路控制電路的輸出

43、信號控制場效應管FET的導通與關(guān)斷。控制電路原理圖如圖4-5所示，它有兩個輸入端，其一是轉(zhuǎn)速給定電壓Ugd輸入端。其二是轉(zhuǎn)速反饋電壓Ufn輸入端。鎖零條件：轉(zhuǎn)速給定電壓Ugd；電動機轉(zhuǎn)速n0。上述兩條缺一不可，否則不能鎖零。因為當Ugd時，立即將ASR和ACR鎖零，晶閘管變流器不能進入逆變工作狀態(tài)，電動機實現(xiàn)不了電氣制動；如果在逆變時，轉(zhuǎn)速n還沒下降到零，ASR和ACR就鎖零，會促成過電流事故。所以上述兩個條件必須同時具備，鎖零環(huán)節(jié)才發(fā)出鎖零信號。鎖零環(huán)節(jié)由電平變換器和比較判斷電路及電容C等組成。圖4-5 鎖零環(huán)節(jié)控制電路原理圖4.8 觸發(fā)電路本系統(tǒng)晶閘管應用較多，且其容量偏大，對觸發(fā)電路的技

44、術(shù)性能、工作可靠性及使用維護是否方便等問題，提出了較高的要求。本系統(tǒng)采用調(diào)速現(xiàn)場中普遍采用的KC系列組合觸發(fā)組件。這種集成化觸發(fā)組件避免了由于分立元件參數(shù)的分散性造成的移相特性不一致以及由此而產(chǎn)生的不良后果，且輸出脈沖的均勻度高，可靠性強，維修調(diào)節(jié)方便。KC系列組件采用三個KC04移相集成觸發(fā)器和一個KC41C六相雙脈沖形成器及外接元件組合而成，它能實現(xiàn)一個周期內(nèi)輸出六個雙脈沖(間隔為60°)，適合于本系統(tǒng)主回路的晶閘管三相全控橋式變流器的觸發(fā)。其脈沖分配環(huán)節(jié)應用圖詳見附錄三。5 系統(tǒng)的工作過程分析本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，能實現(xiàn)系統(tǒng)快速起動，制動時間短，能充分

45、利用電動機的過載能力，使系統(tǒng)在最大允許的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速和減速，從而使得電動機在最短時間內(nèi)達到所需要的轉(zhuǎn)速變化。以下先簡單的對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)進行一些必要的說明。5.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成1、通過控制整流電壓Ud的變化規(guī)律，可以對轉(zhuǎn)速、電流變化規(guī)律產(chǎn)生相應的影響，這樣就能使得系統(tǒng)的起動過程達到最佳。2、控制變流裝置輸出的逆變電壓Ud的變化規(guī)律，同樣可以對轉(zhuǎn)速、電流變化規(guī)律產(chǎn)生相應的影響，這樣也能使得系統(tǒng)的制動過程達到最佳。為了達到以上所說的過程最佳狀態(tài)，在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)；又要控制電流，使系統(tǒng)在充分利用電動機過載能力的條件下獲得最快的動態(tài)響應，但是其

46、中關(guān)鍵問題是怎樣處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)把主要被調(diào)量轉(zhuǎn)速和輔助被調(diào)量電流分開加以控制，這樣系統(tǒng)便需要兩個調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR，并以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Ugi作為電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定信號，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uct作為可控硅觸發(fā)裝置的移相控制電壓。這樣就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。以下的一個小節(jié)我們將對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理以及動、靜態(tài)特性作一些簡單的說明。5.2 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)誤差的大小是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的重要指標。事實上，影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的因素很多，如系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的參數(shù)以及輸入量的形式。然而，這里所說的穩(wěn)

47、態(tài)誤差并不考慮電子器件的不靈敏區(qū)、零點漂移、老化等原因所造成的永久性的誤差。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可分為擾動穩(wěn)態(tài)誤差和給定穩(wěn)態(tài)誤差。擾動穩(wěn)態(tài)誤差是由于外擾動引起的，常用這一誤差來衡量恒值系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。系統(tǒng)的組成過程中應注意的兩個問題1、為使轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速與電流都采用負反饋閉環(huán)。這就要求轉(zhuǎn)速給定信號Ugn與轉(zhuǎn)速反饋信號Ufn；電流給定信號Ugi與電流反饋信號Ufi的極性相反，這就是信號的極性的確定問題。為了正確的確定以上信號的極性，必須首先考慮可控硅觸發(fā)裝置的移相特性要求，然后決定電流調(diào)節(jié)器輸出電壓Uct的極性，再根據(jù)電流調(diào)節(jié)

48、器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入端的具體接法來確定Ugi和Ugn的極性，最后按照負反饋要求就可以確定Ufi和Ufn的極性。由于系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器，其習慣用法是從組件的反相輸入端輸入信號，因而調(diào)節(jié)器的輸入與輸出信號互為反極性。2、另一個問題就是調(diào)節(jié)器限幅值的整定問題，在雙環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Ugi是電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定，其限幅值Ugim為最大電流給定值，所以ASR調(diào)節(jié)器的限幅整定值完全取決于電動機的過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。而電流調(diào)節(jié)器輸出電壓的正限幅（+Uctm），則表示對最小角的限制。由于轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器都采用的是PI調(diào)節(jié)器，所以當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速和電流都可認為

49、是無靜差的。具體表現(xiàn)如下：轉(zhuǎn)速無靜差： Un=UgnUfn0 UgnUfn=nUnASR入口偏差電壓電流無靜差： Ui=UgiUfi0 UgiUfi=IdUiACR入口偏差電壓當系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，雖然Ui和Un為零，但由于調(diào)節(jié)器ASR和ACR的積分保持作用，使ASR和ACR都有恒定的輸出電壓：Ugi=Id Uct=Cen()+IdR/K其中：UgiASR輸出電壓值，UctACR輸出電壓值 系統(tǒng)的靜態(tài)特性當負載增加，負載電流Ifz大于電動機電流Id時，就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降。使UfnUgd，依靠ASR的積分作用，將使Ugi增大，迫使電動機電流Id增大，提高電動機轉(zhuǎn)速n，直到轉(zhuǎn)速恢復到原值，使UfnUgd為止

50、。只要Ufn還小于Ugd，ASR的積分調(diào)節(jié)作用就一直進行下去。當負載電流Ifz再進一步增大時，則將重復上述調(diào)節(jié)過程。當負載電流Ifz 增大到Idm時，ASR進入飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)速環(huán)失去轉(zhuǎn)速恒值調(diào)節(jié)作用。當負載電流繼續(xù)增大，將使IfzIdm，此時電動機已帶不動負載，其轉(zhuǎn)速n將迅速下降，則UfnUgd，ASR輸出電壓Ugim維持在限幅值。此時在最大電流給定下，依靠電流調(diào)節(jié)器對電流進行恒值調(diào)節(jié)，這時雙閉環(huán)系統(tǒng)由恒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過渡到恒電流調(diào)節(jié)，從而得到較為理想的下垂特性。5.3 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性一般來說調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要是指系統(tǒng)對給定輸入的跟隨性能和系統(tǒng)對擾動輸入的抗擾性能而言。兩者綜合在一起就能完整的表

51、征一個調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。下面將對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的動態(tài)響應以及系統(tǒng)的抗擾性能和電動機在起動過程中，兩個調(diào)節(jié)器的相互配合關(guān)系以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和非線性的特殊作用作一些簡單的分析。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的動態(tài)響應起動前系統(tǒng)處于停車狀態(tài)，此時有Ugd=0，Ugi=0，Uct=0，晶閘管的移相角=90°，即觸發(fā)脈沖在初始相位上，整流電壓Ud0=0，電動機轉(zhuǎn)速n=0。為了避免系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時出現(xiàn)電動機爬行的現(xiàn)象，必須強調(diào)ASR和ACR兩個PI調(diào)節(jié)器在起動前鎖零，以保證系統(tǒng)起動時Ugi和Uct都從零值開始變化。為了使雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)獲得近似理想的啟動過程，必須經(jīng)過三個階段：電流上升階段

52、、恒流升速階段、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。系統(tǒng)的動態(tài)響應波形圖如圖5-1所示。圖5-1 動態(tài)響應波形圖其中、分別表示三個階段：為電流上升階段突加給定電壓Ugd 后，由于電動機的機電慣性較大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速反饋的增長不會很快，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值比較大，ASR迅速達到飽和，其輸出也達到了限幅值Ugim，并將其輸出給電流調(diào)節(jié)器ACR，使Uct迅速增大，脈沖從90°初始位置快速前移，強迫整流電壓Ud建立。由于Ud增長得很快，迫使電流迅速增大，直到電流上升到最大值Idm時，電流調(diào)節(jié)器ACR的作用就使得電流不再迅猛的增長，即保持動態(tài)平衡：Ufim=Ugim。這就標志著這一階段的結(jié)束。在此階

53、段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR由不飽和很快到飽和，而電流調(diào)節(jié)器ACR一般是不飽和的，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。為恒流升速階段從電流上升到Idm開始，直到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，屬于恒流升速階段，是起動過程中的主要階段。在這個階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電流調(diào)節(jié)器ACR在電流偏差信號Ui 作用下，其輸出電壓Uct也按線性規(guī)律增長，這是由ACR積分作用來保證的。聯(lián)系最佳起動過程的控制規(guī)律，只要使Uct按轉(zhuǎn)速上升斜率（設計所要求的加速度）平行增長，就能保證起動

54、電流波形近似為矩形，使系統(tǒng)的最大加速電流和加速度保持恒定，所以把這一段稱作恒流升速階段。其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖5-2由系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，在電流環(huán)實現(xiàn)恒值調(diào)節(jié)的過程中，反電勢E是個線性漸增的擾動量（在恒流升速階段，n，E皆按線性規(guī)律上升）。電流環(huán)對反電勢E擾動調(diào)節(jié)過程是： EIdmUfiUiUctUd0Id 這個過程一直持續(xù)到恢復Idm值。在實現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)過程一直伴隨著對反電勢擾動的調(diào)節(jié)過程。由于電流調(diào)節(jié)器的積分作用要對反電勢擾動對電流的影響進行補償，因此要求電流調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)i和調(diào)節(jié)對象的時間常數(shù)TL要相互配合，這正是電流調(diào)節(jié)器設計中要解決的問題。同時變流裝置輸出的最大整流電壓U

55、dm也應留有余地，以保證提供足夠大的整流電壓來滿足調(diào)節(jié)能力的需要，這些都是設計系統(tǒng)時應予考慮的問題。為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段當轉(zhuǎn)速上升到給定值時，Ugd=Ufn，Un=0，即ASR入口偏差電壓值為零，但ASR的輸出值由于積分作用還維持在限幅值Ugim 上，所以電動機仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速實現(xiàn)超調(diào)。由于轉(zhuǎn)速超調(diào)，使UfnUgd，Un0，即ASR入口出現(xiàn)負的偏差電壓，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR退出飽和，即電流給定減小，則主電路電流Id也隨之迅速減小。但是在Id仍大于負載電流Ifz的一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍會繼續(xù)上升一些，直到IdIfz時，電動機才開始在負載阻力下減速，并開始進入穩(wěn)態(tài)（如果電流超調(diào)過大，轉(zhuǎn)速可能出現(xiàn)

56、幾次振蕩之后才會趨于穩(wěn)定）。在這一階段ASR和ACR同時起作用，但速度環(huán)的調(diào)節(jié)作用是主導的，它使轉(zhuǎn)速迅速趨近于給定速度，使系統(tǒng)穩(wěn)定；而電流調(diào)節(jié)器ACR的作用是使電流Id隨著Ugi變化而變化，即電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過程是由速度外環(huán)支配的，所以電流環(huán)的作用是從屬的。以上我們只是討論了在突加較大的階躍給定信號時系統(tǒng)的起動過程，如果轉(zhuǎn)速給定值為一斜坡給定信號（由給定積分器給出），且信號增長很慢，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來不及飽和，那么起動過程將不會出現(xiàn)恒流升速階段和轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。系統(tǒng)將一直在線性范圍內(nèi)工作，在整個起動過程中ASR始終起主導作用，電流環(huán)處于從屬地位。綜上所述，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，在突加階躍給定的起動過程中，充分的利用了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和非線性，使系統(tǒng)首先變成一個恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)；爾后又以ASR退飽和為轉(zhuǎn)機，使系統(tǒng)在達到穩(wěn)態(tài)運行的同時又實現(xiàn)了無靜差。由此可見系統(tǒng)中的兩個調(diào)節(jié)器是有節(jié)奏地配合，并充分發(fā)揮了各自的作用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能1、抗負載擾動由結(jié)構(gòu)圖可知，系統(tǒng)負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。為了減少動態(tài)速降（升），在設計ASR時，必須要求系