1、二一一年二月二一一年二月電子電氣系：曾樹華電子電氣系：曾樹華直流電機的結構直流電機的結構2aeEc B L VCnNST2TemT0nEaIaUFB L I1122eeDTc FDcB L ICIU=Ea+IaRa一、電壓方程一、電壓方程U、I正方向如圖，正方向如圖，Ea為反電勢為反電勢電樞總等效內阻電樞總等效內阻電樞感應電樞感應電勢電勢Ea=Ce nNST2TemT0nEaIaUeU=Ea+IaRa=KnIR eeoUIRRnnIKKq 直流調速方法直流調速方法式中 n 轉速（r/min）； U 電樞電壓（V）； I 電樞電流（A）； R 電樞回路總電阻（）； 勵磁磁通（Wb）； Ke 由電

2、機結構決定的電動勢常數。eUEIRKnIR 根據直流電動機轉速方程調節電動機轉速的三種方調節電動機轉速的三種方法法 調節電樞供電電壓 U 改變電樞回路電阻 R 減弱勵磁磁通 調壓調速調壓調速 工作條件：工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電阻保持電阻 R = Ra 調節過程：調節過程： 改變電壓改變電壓 UN U U n ， n0 調速特性：調速特性： 轉速下降，機械特性曲線平轉速下降，機械特性曲線平行下移。行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3調壓調速特性曲線nn0OI（T)ILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3調壓調速特性曲線調阻調速調阻調速 工作條件：

3、工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電壓保持電壓 U =UN ； 調節過程：調節過程： 增加電阻增加電阻 Ra R R n ，n0不變不變； 調速特性：調速特性： 轉速下降，機械特性曲線變軟。轉速下降，機械特性曲線變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3調阻調速特性曲線調磁調速調磁調速 工作條件：工作條件： 保持電壓保持電壓 U =UU =UN N ； 保持電阻保持電阻 R = R R = R a a ； 調節過程：調節過程： 減小勵磁減小勵磁 N N n n ， n n0 0 調速特性：調速特性： 轉速上升，機械特性曲線變轉速上升，機械特性曲線變軟。軟。nn0O

4、TeTL N 1 2 3nNn1n2n3調壓調速特性曲線 三種調速方法的性能與比較三種調速方法的性能與比較 改變電阻只能有級調速；改變電阻只能有級調速； 減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，在基速以上作小范圍的弱磁升速。不大，在基速以上作小范圍的弱磁升速。 調壓調速調壓調速能能在較大的范圍內無級平滑調速。在較大的范圍內無級平滑調速。常用的可控直流電源有以下三種： 旋轉變流機組用交流電動機和直流發電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。 靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調的直流電壓。 直流斬波器或脈寬調制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，

5、利用電力電子開關器件斬波或進行脈寬調制，以產生可變的平均電壓。調壓調速用的可控直流電源 可控直流電源可控直流電源（1）旋轉變流機組 圖1-1 旋轉變流機組供電的直流調速系統原理圖（G-M系統） 可控直流電源可控直流電源(1）旋轉變流機組（G-M系統）工作原理 由交流電動機（異步機或同步機）拖動直流發電機G實現變流，由G給需要調速的直流電動機M供電，調節G的勵磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調節電動機的轉速。 這樣的系統簡稱GM系統，國際上通稱WardLeonard系統。 可控直流電源可控直流電源(1）旋轉變流機組（G-M系統）機械特性圖1-2 G-M系統的機械特性 優點：可逆運行容易實現，

6、方便實現四象限運行。 不足：設備多，體積大，費用高，效率低，安裝須打地基，運行有噪聲，維護不方便。 可控直流電源可控直流電源（2）靜止式可控整流器 圖1-3 靜止式可控整流器供電的直流調速系統（V-M系統） 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源(2）V-M系統工作原理 晶閘管-電動機調速系統（簡稱V-M系統，又稱靜止的Ward-Leonard系統），圖中VT是晶閘管可控整流器，通過調節觸發裝置 GT 的控制電壓 Uc 來移動觸發脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實現平滑調速。 調節調節晶閘管晶閘管觸發觸發脈沖相位，可改變脈沖相位，可改變可控整流器輸出電可控整流

7、器輸出電壓的波形。壓的波形。 整流器輸出電瞬整流器輸出電瞬時值時值u ud d 的呈周期性的呈周期性變化。變化。觸發脈沖相位控制a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +OOOOOud0IdE 等效電路分析等效電路分析 把整流裝置內阻把整流裝置內阻移到裝置外邊，看移到裝置外邊，看成是其負載電路電成是其負載電路電阻的一部分阻的一部分。 ud0為整流電壓理為整流電壓理想空載瞬時值想空載瞬時值 。圖1-7 V-M系統主電路的等效電路圖 式中 電動機反電動勢（V）； 整流電流瞬時值（A）； 主電路總電感（H）； 主電路等效電阻（）

8、， R = Rrec + Ra + RL。EidLR 瞬時電壓平衡方程瞬時電壓平衡方程dd0dddiuEi RLt(1- 4)整流電壓的平均值計算整流電壓的平均值計算 ud0在一個周期內的平均值為理想空載整流在一個周期內的平均值為理想空載整流電壓平均值電壓平均值Ud0 。 觸發脈沖控制角；觸發脈沖控制角； Um 交流電源線電交流電源線電壓峰值（壓峰值（V）；）；m交流電源一周內整流電壓交流電源一周內整流電壓脈波數。脈波數。 d0msincosmUUm(1-5)電流脈動及其波形的連續與斷續OuaubucudOiaibicictEUdtOuaubucudOiaibicicEUdudttudidid

9、沒加平波電抗器的波形UE時截止抑制電流脈動的措施 電流脈動產生轉矩脈動，為了避免或電流脈動產生轉矩脈動，為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動的措減輕這種影響，須采用抑制電流脈動的措施，主要是：施，主要是：設置平波電抗器；設置平波電抗器；增加整流電路相數；增加整流電路相數；采用多重化技術。采用多重化技術。圖1-11 完整的V-M系統機械特性（3 3）V-MV-M系統系統 機械特性機械特性（4 4）V-MV-M系統機械特性的特點系統機械特性的特點 圖圖1-111-11繪出了完整的繪出了完整的V-MV-M系統機械特性，分系統機械特性，分為電流連續區和電流斷續區。由圖可見：為電流連續區和電流斷續

10、區。由圖可見： 當電流連續時，特性硬；當電流連續時，特性硬； 電流斷續時，特性很軟，呈顯著的非線性，電流斷續時，特性很軟，呈顯著的非線性，理想空載轉速翹得很高。理想空載轉速翹得很高。 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源(2）V-M系統的特點 與G-M系統相比較，優點表現在： 經濟性和可靠性都有很大提高，技術性能優越； 快速響應性能好。 系統缺點： 不易實現可逆運行； 承受過載能力差，易損壞； 諧波與無功功率造成“電力公害”。 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源（3）直流斬波器或脈寬調制變換器 圖1-4 直流斬波器電動機系統的原理圖和電

11、壓波形 原理圖 電壓波形圖 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源（3）直流斬波器或脈寬調制變換器 為了節能，并實行無觸點控制，現在多改用電力電子開關器件，如快速晶閘管、GTO、IGBT等。 采用簡單的單管控制時，稱作直流斬波器，后來逐漸發展成采用各種脈沖脈寬調制開關電路，統稱脈寬調制變換器(Pulse Width Modulation(Pulse Width Modulation，簡稱簡稱PWMPWM變換器變換器) )。 1.1.1 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源(3）斬波器的基本控制原理 在原理圖中，VT 表示電力電子開關器件，V

12、D 表示續流二極管。當VT 導通時，直流電源電壓 Us 加到電動機上；當VT 關斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞經 VD 續流，兩端電壓接近于零。如此反復，電樞端電壓波形如圖1-4b ，好像是電源電壓Us在ton 時間內被接上，又在 T ton 時間內被斬斷，故稱“斬波”。 直流調速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源(3）PWM變換器優點： 主電路線路簡單，需用的功率器件少； 開關頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較??； 低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，可達1:10000左右； 若與快速響應的電機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強； 直流調

13、速方式及調速用可控直流電源直流調速方式及調速用可控直流電源(3）PWM變換器優點： 功率開關器件工作在開關狀態，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高； 直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。1.開環控制系統 這種控制系統有以下特點：1）電動機的轉速n只受控制量Usn的控制，轉速n對控制量Usn沒有反控制作用。2）系統對干擾產生的誤差不能自動修正。3）系統為了保證一定的控制精度，系統必須采用高精度元器件。4）系統不存在穩定問題。 圖3-12.閉環控制系統 閉環調速系統有以下特點：1）具有較強的抗干擾能力，控制精度高。2）閉環調速系統有反饋網絡，結構復雜，成

14、本較高。3）系統存在穩定問題。圖3-2n 調節原理調節原理 在反饋控制的閉環直流調速系統中，與在反饋控制的閉環直流調速系統中，與電動機同軸安裝一臺測速發電機電動機同軸安裝一臺測速發電機 TG ，從而，從而引出與被調量轉速成正比的負反饋電壓引出與被調量轉速成正比的負反饋電壓Ufn ，與給定電壓與給定電壓 Usn 相比較后，得到轉速偏差電相比較后，得到轉速偏差電壓壓 Un ，經過放大器，經過放大器 A，產生電力電子變，產生電力電子變換器換器UPE的控制電壓的控制電壓Uc ，用以控制電動機，用以控制電動機轉速轉速 n。轉速負反饋直流調速系統中各環節的穩態關系如下：轉速負反饋直流調速系統中各環節的穩態

15、關系如下： 電壓比較環節 nsnfnUUU放大器 npcUKU電力電子變換器 d0scUK U調速系統開環機械特性 ed0dCRIUn測速反饋環節 fnUnn 穩態分析穩態分析n 穩態分析（續）穩態分析（續）以上各關系式中以上各關系式中 放大器的電壓放大系數；放大器的電壓放大系數； 電力電子變換器的電壓放大系數；電力電子變換器的電壓放大系數； 轉速反饋系數（轉速反饋系數（Vmin/r）；）； UPE的理想空載輸出電壓（的理想空載輸出電壓（V） ； 電樞回路總電阻。電樞回路總電阻。KpKsRUd0n靜特性方程靜特性方程 從上述五個關系式中消去中間變量，整理后，即得從上述五個關系式中消去中間變量，

16、整理后，即得轉速負反饋閉環直流調速系統的靜特性方程式轉速負反饋閉環直流調速系統的靜特性方程式pssndpssndepseee(1/)(1)(1)K K UI RK K URInCK KCCKCKd0de(UI RnC開環）n 靜特性方程（續）靜特性方程（續） 開環放大系數開環放大系數K為為電動機環節放大系數為電動機環節放大系數為 靜特性方程式靜特性方程式 espCKKKnEC epssndee(1)(1)K K URInCKCKU*nKpKs 1/CeUcUn n Ud0Un+-+KpKs 1/Ce-IdR nUd0+-E圖1-25b 只考慮給定作用 時的閉環系統圖1-25c 只考慮擾動作用-

17、IdR時的閉環系統)1(e*nspKCUKKn)1(edKCRIn*nU1.4.4 開環系統機械特性和閉環系統靜特性 的關系開環機械特性為開環機械特性為 opop0ede*nsped0dnnCRICUKKCRIUn(1-36) 而閉環時的靜特性可寫成 clcl0ede*nsp)1 ()1 (nnKCRIKCUKKn(1-37) 比較式（比較式（1-36）和式（）和式（1-37）不難得出以下的論斷：）不難得出以下的論斷：（1）閉環系統靜性可以比開環系統機械特 性硬得多。 在同樣的負載擾動下，兩者的轉速降落分別為 和它們的關系是 Knn1opcl(1-38) edopCRIn)1 (edcKCRI

18、nln 系統特性比較n 系統特性比較（續）系統特性比較（續）（2）如果比較同一的開環和閉環系統，則）如果比較同一的開環和閉環系統，則 閉環系統的靜差率要小得多。閉環系統的靜差率要小得多。 閉環系統和開環系統的靜差率分別為閉環系統和開環系統的靜差率分別為 和和 當當 n0op =n0cl 時，時，（1-39）cl0clclnnsop0opopnnsKss1opcl（3）當要求的靜差率一定時，閉環系統可以）當要求的靜差率一定時，閉環系統可以 大大提高調速范圍。大大提高調速范圍。 如果電動機的最高轉速都是如果電動機的最高轉速都是nmax，而對最低速而對最低速靜差率的要求相同，那么：靜差率的要求相同，

19、那么： 開環時，開環時， 閉環時，閉環時， 再考慮式（再考慮式（1-38），得），得 opclDKD)1 ( (1-40) )1 (opNopsnsnD)1 (clNclsnsnDn 系統特性比較（續）n 系統特性比較（續）系統特性比較（續）（4）要取得上述三項優勢，閉環系統必須）要取得上述三項優勢，閉環系統必須 設置放大器。設置放大器。 上述三項優點若要有效，都取決于一點，即上述三項優點若要有效，都取決于一點，即 K 要足夠大，因此必須設置放大器。要足夠大，因此必須設置放大器。 但但2()mLssLsT TTTKT T結論2 閉環調速系統可以獲得比開環調速系統硬得多的穩態特性，從而在保證一定

20、靜差率的要求下，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。 例題1-3 在例題在例題1-2中，龍門刨床要求中，龍門刨床要求 D = 20，s 5%， 已知已知 Ks = 30， = 0.015Vmin/r， Ce = 0.2Vmin/r， 如何采用閉環系統滿足此要求？如何采用閉環系統滿足此要求？ 解 在上例中已經求得在上例中已經求得 nop = 275 r/min但為了滿足調速要求，須有但為了滿足調速要求，須有 ncl = 2.63 r/min由式（由式（1-38）可得）可得1clopnnK6 .103163. 2275代入已知參數，則得代入已知參數，則得 即

21、只要放大器的放大系數等于或大于即只要放大器的放大系數等于或大于46，閉，閉環系統就能滿足所需的穩態性能指標。環系統就能滿足所需的穩態性能指標。462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK 系統調節過程系統調節過程n0 OIdId1Id3Id2Id4ABCAD閉環靜特性開環機械特性圖1-26 閉環系統靜特性和開環機械特性的關系Ud4Ud3Ud2Ud1 系統調節過程系統調節過程 開環系統開環系統 Id n 例如：在圖例如：在圖1-26中工作點從中工作點從A A 閉環系統閉環系統 Id n Un Un n Ud0 Uc 例如：在圖例如：在圖1-26中工作點從中工作點從A B系統調節系

22、統調節作用作用 閉環系統能夠減少穩態速降的實質在閉環系統能夠減少穩態速降的實質在于它的自動調節作用，在于它能隨著負于它的自動調節作用，在于它能隨著負載的變化而相應地改變電樞電壓，以補載的變化而相應地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降的變化。償電樞回路電阻壓降的變化。 1.4.5 反饋控制規律 1. 被調量偏差控制被調量偏差控制 2. 抵抗擾動抵抗擾動, 服從給定服從給定 3.系統的精度依賴于給定和反饋檢測的精度系統的精度依賴于給定和反饋檢測的精度 1. 被調量有靜差被調量有靜差閉環系統的穩態速降為閉環系統的穩態速降為 只有只有 K = ，才能使，才能使 ncl = 0，而這是不，而這是不可能

23、的。因此，這樣的調速系統叫做有靜差可能的。因此，這樣的調速系統叫做有靜差調速系統調速系統。實際上，這種系統正是依靠被調。實際上，這種系統正是依靠被調量的偏差進行控制的。量的偏差進行控制的。)(edclKICRIn2. 抵抗擾動抵抗擾動, 服從給定服從給定 反饋控制系統具有良好的抗擾性能，它能有反饋控制系統具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負反饋環所包圍的前向通道效地抑制一切被負反饋環所包圍的前向通道上的擾動作用，但對給定作用的變化則唯命上的擾動作用，但對給定作用的變化則唯命是從。是從。 擾動擾動除給定信號外，作用在控制系統各環除給定信號外，作用在控制系統各環節上的一切會引起輸出量變化的因

24、素都叫做節上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做“擾動作用擾動作用”。 n給定和擾動作用給定和擾動作用圖1-27 閉環調速系統的給定作用和擾動作用 勵磁變化勵磁變化Id變化變化電源波動電源波動Kp變化變化電阻變化電阻變化檢測誤差檢測誤差KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- R n 結論結論3 反饋控制系統的規律是： 一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環內前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。3. 系統的精度依賴于給定和反饋檢系統的精度依賴于給定和反饋檢測精度測精度 給定精度給定精度由于給定決定系統輸出，輸出精度由于給定決定系統

25、輸出，輸出精度自然取決于給定精度。自然取決于給定精度。 檢測精度檢測精度反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統無法克服的，因此系統無法克服的，因此檢測精度決定了系統檢測精度決定了系統輸出輸出精度。精度。1.6.1 積分調節器和積分控制規律 1. 積分調節器 如圖，由運算放大如圖，由運算放大器可構成一個積分電器可構成一個積分電路。根據電路分析，路。根據電路分析，其電路方程其電路方程+CUexRbalUinR0+A圖1-43 積分調節器a) 原理圖in0ex1ddUCRtUii方程兩邊取積分，得方程兩邊取積分，得 tUtUCRtiCUd1d1d1inin0ex(1-64)

26、 式中 積分時間常數。 當初始值為零時，在階躍輸入作用下，對式（1-64）進行積分運算，得積分調節器的輸出CR0tUUinex(1-65) UexUinUexmtUinUexOb) 階躍輸入時的輸出特性圖1-43 積分調節器3. 積分調節器的特性4. 轉速的積分控制規律轉速的積分控制規律 如果采用積分調節器，則控制電壓如果采用積分調節器，則控制電壓Uc是轉速是轉速偏差電壓偏差電壓 Un的積分，按照式（的積分，按照式（1-64），應有），應有 如果是如果是 Un 階躍函數，則階躍函數，則 Uc 按線性規律增按線性規律增長，每一時刻長，每一時刻 Uc 的大小和的大小和 Un 與橫軸所包圍與橫軸所包

27、圍的面積成正比，的面積成正比，如下圖如下圖 a 所示。所示。t0ncd1tUU圖1-45 積分調節器的輸入和輸出動態過程a) 階躍輸入 b)負載變化時n 輸入和輸出動態過程 圖b 繪出的 Un 是負載變化時的偏差電壓波形，按照Un與橫軸所包圍面積的正比關系，可得相應的Uc 曲線，圖中Un 的最大值對應于Uc 的拐點。 若初值不是零，還應加上初始電壓Uc0 ，則積分式變成 0c0ncd1UtUUt負載變化時積分曲線負載變化時積分曲線分析結果 只有達到只有達到 Un* = Ufn ， Un = 0時，時，Uc 才停止積分；當才停止積分；當 Un = 0時，時，Uc并不并不是零，而是一個終值是零，而

28、是一個終值 Ucf ；如果；如果 Un 不不再變化，此終值便保持恒定不變，這是再變化，此終值便保持恒定不變，這是積分控制的特點。積分控制的特點。 采用積分調節器，當轉速在穩態時達到采用積分調節器，當轉速在穩態時達到與給定轉速一致，系統仍有控制信號，與給定轉速一致，系統仍有控制信號，保持系統穩定運行，實現無靜差調速。保持系統穩定運行，實現無靜差調速。比例與積分控制的比較比例與積分控制的比較 有靜差調速系統有靜差調速系統 當負載轉矩由TL1突增到TL2時，有靜差調速系統的轉速n、偏差電壓 Un 和控制電壓 Uc 的變化過程示于下圖。 當負載轉矩由 TL1 突增到 TL2 時，有靜差調速系統的轉速

29、n 、偏差電壓 Un 和控制電壓 Uc 的變化過程示于右圖。 圖1-44 有靜差調速系統突加負載過程有靜差調速系統突有靜差調速系統突加負載時的動態過程加負載時的動態過程圖1-46 積分控制無靜差調速系統突加負載時的動態過程 雖然現在Un = 0，只要歷史上有過 Un ，其積分就有一定數值，足以產生穩態運行所需要的控制電壓 Uc。積分控制規律和比例控制規律的根本區別就在于此。 無靜差調速系統突加無靜差調速系統突加負載時的動態過程負載時的動態過程 將以上的分析歸納起來，可得下述論斷： 比例調節器的輸出只取決于輸入偏差量的現狀；而積分調節器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。 比例積分控制規律 上一

30、小節從無靜差的角度突出地表明上一小節從無靜差的角度突出地表明了積分控制優于比例控制的地方，但是了積分控制優于比例控制的地方，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。制卻又不如比例控制。 如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之下，比例調節器的輸出可以立即響應，下，比例調節器的輸出可以立即響應，而積分調節器的輸出卻只能逐漸地變。而積分調節器的輸出卻只能逐漸地變。1. PI調節器調節器 在模擬電子控在模擬電子控制技術中，可用制技術中，可用運算放大器來實運算放大器來實現現PI調節器，其調節器，其線路如圖所示。線路如圖所示。U

31、ex+C1RbalUinR0+AR1圖1-38 比例積分（PI）調節器 i0i12. PI輸入輸出關系輸入輸出關系 按照運算放大器的輸入輸出關系，可得按照運算放大器的輸入輸出關系，可得tUUKtUCRURRUd1d1ininpiin10in01ex(1-60)01piRRK10CR式中式中 PI調節器比例部分的放大系數；調節器比例部分的放大系數； PI調節器的積分時間常數。調節器的積分時間常數。 由此可見，由此可見，PI調節器的輸出電壓由比例和積分調節器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成兩部分相加而成。n 分析結果分析結果 由此可見，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規律的優點，又克服

32、了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩態偏差。 無靜差調速系統原理圖無靜差調速系統原理圖1.6.3 無靜差直流調速系統及其穩態參數計算 系統組成系統組成 工作原理工作原理 穩態結構與靜特性穩態結構與靜特性 參數計算參數計算1. 系統組成系統組成+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSUiTAIdR1C1UnUd圖1-48 無靜差直流調速系統示例 -+MTG+-UPE2. 工作原理工作原理 圖圖1-48所示是一個無靜差直流調速系統的所示是一個無靜差直流調速系統的實例，采用比例積分調節器以實現無靜差，采實例，采用比例積分調

33、節器以實現無靜差，采用電流截止負反饋來限制動態過程的沖擊電流。用電流截止負反饋來限制動態過程的沖擊電流。TA為檢測電流的交流互感器，經整流后得到為檢測電流的交流互感器，經整流后得到電流反饋信號。當電流超過截止電流時，高于電流反饋信號。當電流超過截止電流時，高于穩壓管穩壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管的擊穿電壓，使晶體三極管VBT導導通，則通，則PI調節器的輸出電壓接近于零，電力電調節器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達到限制的輸出電壓急劇下降，達到限制電流的目的。電流的目的。3. 穩態結構與靜特性穩態結構與靜特性 當電動機電流低于其截止值時，上述系統的穩態結

34、構圖示于下圖，其中代表PI調節器的方框中無法用放大系數表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。 圖1-49 無靜差直流調速系統穩態結構框圖（Id Idcr ） Ks 1/CeU*nUcUnIdREnUd0Un+-4. 穩態參數計算穩態參數計算穩態時 Un = 0，因而 Un = Un* ，轉速反饋系數 max*maxnnU（1-67） 電動機調壓時的最高轉速(r/min)； 相應的最高給定電壓(V)。 nmaxU*nmax電流截止環節的參數很容易根據其電路和截止電流值 Idcr計算出。1.3.1 1.3.1 引入電流截止負反饋的原因引入電流截止負反饋的原因1.3.2 1.3.2 電流

35、截止負反饋環節電流截止負反饋環節1.3.3 1.3.3 帶電流截止負反饋閉環調速系統的穩態結帶電流截止負反饋閉環調速系統的穩態結構圖和靜特性構圖和靜特性1.3 電流截止負反饋1.3.1 引入電流截止負反饋的原因 全壓起動時的沖擊電流 閉環調速系統突加給定起動時的沖擊電流 堵轉電流 為了解決反饋閉環調速系統的起動和堵轉時電流過大的問題，系統中必須有自動限制電樞電流的環節。 根據反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應該引入那個物理量的負反饋。那么，引入電流負反饋，應該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。1.3.1 1.3.1 引入電流截止負反饋的原因引入電流截止負反饋的原因 電流截止負

36、反饋 限流作用只需在起動和堵轉時起作用，正常運行時應讓電流自由地隨著負載增減。 如果采用某種方法，當電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉速負反饋起作用控制轉速。這種方法叫做電流截止負反饋，簡稱截流反饋。o 電流截止負反饋環節電路電流截止負反饋環節電路1.3.2 1.3.2 電流截止負反饋環節電流截止負反饋環節用獨立電源作比較電壓利用穩壓管產生比較電壓 圖1-13電流截止負反饋環節o 圖1-13 a）中用獨立的直流電源作為比較電壓，截止電流連續可調，截止電流為： Idcr =U com / R so 圖1-13 b）中利用穩壓管VST的擊穿電壓Ubr作為比較電壓，線路

37、要簡單得多，但不能平滑調節截止電流值。1.3.2 1.3.2 電流截止負反饋環節電流截止負反饋環節帶限幅電路的PI調節器比例積分控制規律和無靜差調速系統o 采用比例（P）放大器控制的直流調速系統是有靜差的調速系統，還存在穩定性與穩態精度的矛盾。采用積分（I）調節器或比例積分（PI）調節器代替比例放大器，可構成無靜差調速系統。KZD-型直流調速系統分析 此為小容量晶閘管直流調此為小容量晶閘管直流調速裝置，適用于速裝置，適用于4kW4kW以下以下直流電動機無級調速。系直流電動機無級調速。系統的主回路采用單相橋式統的主回路采用單相橋式半控整流線路。具有電流半控整流線路。具有電流截止負反饋、電壓負反饋

38、截止負反饋、電壓負反饋和電流正反饋（電動勢負和電流正反饋（電動勢負反饋）。具體數據如下：反饋）。具體數據如下：交流電源電壓交流電源電壓 單相單相220V220V整流輸出電壓整流輸出電壓 直流直流180V180V最大輸出電流最大輸出電流 直流直流30A30A勵磁電壓勵磁電壓 單相單相180V180V勵磁電流勵磁電流 直流直流1A1A調速范圍調速范圍 直流直流180V180V靜差率靜差率 s10%s10%主電路及勵磁回路平波電抗器平波電抗器LdLdR9R9為能耗制動電阻為能耗制動電阻 Ud（S）N（S）電動機整流濾波給定、觸發及反饋電路KZD-型直流調速系統的組成框圖及調節過程o7.2.1 系統結

39、構特點和技術數據此為小容量晶閘管直流調速裝置，適用于4kW以下直流電動機無級調速(調速范圍D10 1，靜差率s10%)。裝置的電源電壓為220V單相交流，輸出電壓為直流160V，輸出最大電流30A；勵磁電壓為直流180V，勵磁電流為1A。系統主要配置Z3系列(電樞電壓160V，勵磁電壓180V)的小型直流他勵電動機。裝置的主回路采用單相橋式半控整流線路。具有電壓負反饋、電流正反饋和電流截止負反饋環節。 圖7-11 KZD-型直流調速系統的組成框圖o 圖7-12 具有電壓負反饋和電流正反饋環節的調速系統原理圖o 7.2.2 定性分析對實際系統分析，一般是先定性分析，后定量分析。即先分析各環節和各

40、元件的作用，搞清系統的工作原理。然后再建立系統的數學模型，進一步作定量分析。分析晶閘管調速系統線路的一般順序是：主電路-觸發電路-控制電路-輔助電路(包括保護、指示、報警等)?，F依次分析如下：1.主電路中，橋臂上的兩個二極管串聯排在一側，這樣它們可以兼起續流二極管(FreeWheeling diode)的作用，但這樣兩個晶閘管陰極(Cathode)間將沒有公共端，脈沖變壓器(Pulse Transformer)的兩個二次繞組間將會有 220V的峰值電壓(Peak Voltage)。因此對兩個二次繞組間的絕緣(Insulation)要求也要提高。o在要求較高、或容量稍大(2.2kW以上)的場合，

41、應接入平波電抗器Ld，以限制電流脈動(Pulsation)，改善換向條件，減少電樞損耗，并使電流連續。但接入電抗器后，會延遲晶閘管掣住電流(Latching Current)的建立，而單結晶體管張弛振蕩器脈沖的寬度是比較窄的，為了保證觸發后可靠導通，在電抗器Ld兩端并聯一電阻(1k)，以減少主電路電流到達晶閘管所需要的掣住電流的時間。另一方面，在主電路突然斷路時，這電阻為電抗器提供放電回路，減少了電抗器產生的過電壓。為了加快制動和停車，采用了能耗制動。R9為能耗制動電阻(因電阻規格與散熱等原因，如今采用兩只25W、51的線繞電阻器并聯使用)。主電路中RS為電流表外配的分流器。主電路的交、直流兩側，均設有阻容吸收電路(由50電阻與2F電容串聯構成的電路)，以吸收浪涌電壓(Surge Voltage)。o 主電路中的S為手動開關，KM為主電路接觸器，主電路短路保護的熔斷器容量為50A(與整流元件容量相同)。電動機勵磁由單獨的整流電路供電，為了防止失磁而引起“飛車”事故，在勵磁電路中，串入欠電流繼電器KA，只有當勵磁電流大于某數值時，KA才動作。在主電路的接觸器KM的控制回路中，串接KA常開觸點。只有當KA動作，KA常開觸點閉合，主接觸器KM才能吸合，從而保證了勵磁回路有足夠大的電流。KA以通用小型繼電器(JTX-6.3V)代用，它的動作