1.5帶電流截止負反饋的閉環調速系統

問題的提出：起動的沖擊電流——直流電動機全電壓起動時，如果沒有限流措施，會產生很大的沖擊電流，這不僅對電機換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。閉環調速系統突加給定起動的沖擊電流——采用轉速負反饋的閉環調速系統突然加上給定電壓時(常采用階躍信號)，由于慣性，轉速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當于偏差電壓，差不多是其穩態工作值的1+K倍。

2/5/20231第1章單閉環直流調速控制系統這時，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達到它的最高值，對電動機來說，相當于全壓起動，當然是不允許的。堵轉電流——有些生產機械的電動機可能會遇到堵轉的情況。例如，由于故障，機械軸被卡住，或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。由于閉環系統的靜特性很硬，若無限流環節，硬干下去，電流將遠遠超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。2/5/20232第1章單閉環直流調速控制系統電流負反饋作用機理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。2/5/20233第1章單閉環直流調速控制系統解決辦法：主要討論如何采用電流截止負反饋來限制起動電流。2/5/20234第1章單閉環直流調速控制系統電流負反饋引入方法如果僅采用電流負反饋，不要轉速負反饋這種系統的靜特性如圖中B線，特性很陡,對穩態運行不利。Idbln0IdOn'0A—轉速負反饋特性B—電流負反饋特性

圖

調速系統靜特性2/5/20235第1章單閉環直流調速控制系統

圖

轉速和電流負反饋系統穩態結構KpKsn

U*nUct?UnIdEnUdUn++--

R

-系統穩態結構如圖

RsUi2/5/20236第1章單閉環直流調速控制系統靜特性方程與轉速閉環控制調速系統特性方程相比，上式多了一項由電流反饋引起的轉速降落。2/5/20237第1章單閉環直流調速控制系統Idbl0n0A—轉速負反饋特性B—電流負反饋特性C—轉速電流負反饋特性圖采用轉速電流調速系統靜特性Idn'0O2/5/20238第1章單閉環直流調速控制系統電流截止負反饋考慮到，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。2/5/20239第1章單閉環直流調速控制系統電流反饋信號從電流反饋系數上取出，把這個信號電壓Ui與比較電壓Uvs經二極管反極性后串聯，此二極管的作用是保證電流負反饋控制回路中，只能有單方向電流。（1）當Ui﹥Uvs時，電流反饋回路有電流通過;(2)當Ui<Uvs時，電流反饋回路沒有電流通過，此時只有轉速負反饋信號，保證了系統具有較硬的特性。其中把Idcr=Uvs/稱為截止電流nKpKsn1/CeU*nUct?UnIdEUdUn++--RRs-Uvs-Ui’圖帶電流截止負反饋的閉環直流調速穩態結構圖Ui+2/5/202310第1章單閉環直流調速控制系統靜特性方程與特性曲線由上圖可寫出該系統兩段靜特性的方程式。當Id

≤

Idcr

時，電流負反饋被截止，靜特性和只有轉速負反饋調速系統的靜特性式相同，現重寫于下

當Id

Idcr時，引入了電流負反饋，靜特性變成

2/5/202311第1章單閉環直流調速控制系統圖帶電流截止負反饋閉環調速系統的靜特性

IduIdcrn0IdOn'0AB轉速負反饋特性截止電流轉速電流負反饋特性2/5/202312第1章單閉環直流調速控制系統靜特性兩個特點

（1）電流負反饋的作用相當于在主電路中串入一個大電阻KpKs，因而穩態速降極大，特性急劇下垂。（2）比較電壓Uvs與給定電壓Un*的作用一致，理想空載轉速提高到2/5/202313第1章單閉環直流調速控制系統這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。當挖土機遇到堅硬的石塊而過載時，電動機停下，電流即為堵轉電流，令式中n=0，得

一般KpKs>>R，因此2/5/202314第1章單閉環直流調速控制系統電流截止負反饋環節參數設計Idu應小于電機允許的最大電流，一般取

Idu=（1.5~2）IN從調速系統的穩態性能上看，希望穩態運行范圍足夠大，截止電流應大于電機的額定電流，一般取Idcr

≥（1.1~1.2）IN返回目錄2/5/202315第1章單閉環直流調速控制系統帶電流截止負反饋的閉環調速系統啟動過程b)理想的快速起動過程IdLntIdOIdma)帶電流截止負反饋的單閉環調速系統圖直流調速系統起動過程的電流和轉速波形IdLntIdOIdmIdcr2/5/202316第1章單閉環直流調速控制系統

性能比較帶電流截止負反饋的單閉環直流調速系統起動過程如圖所示，起動電流達到最大值Idm

后，受電流負反饋的作用降低下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，加速過程延長。IdLntIdOIdmIdcr圖a)帶電流截止負反饋的單閉環調速系統2/5/202317第1章單閉環直流調速控制系統理想起動過程波形如圖，這時，起動電流呈方形波，轉速按線性增長。這是在最大電流（轉矩）受限制時調速系統所能獲得的最快的起動過程。IdLntIdOIdm圖b)理想的快速起動過程最佳的過渡過程：就是在極