转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

时间:2023-03-14作者:佚名
一、问题的提出 (单闭环调速系统的缺点)
设计的调节器的动态参数,难以保证两种调节过程都具有良好的动态品质。用 一个调节器综合了多种信号,各参数间相互影响。完成两种任务:正常负载时实现转速调节;电流超过临界值时,进行电流调节。
对扰动的抑制能力差:环内的任何扰动,只有等到转速出现偏差才能进行调节,因而转速动态降落Δn大。
电流截止负反馈环节来限制起动电流,不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应。起动过程中要等到电枢电流上升到 时,截流负反馈起作用又把电流压了下来,仅靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,其性能还不很令人满意(起动过程长)。
理想起动过程应该在过渡过程中始终保持电流(转矩)为允许的最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动,达到稳态转速后,又让电流立即降低下来,使转矩马上与负载相平衡,立即转入稳态运行 。
理想起动过程波形如右图所示。根据电力拖动系统的运动方程:Jdω/dt=Te-Tl=Cm(Id-Il),动态时要控制n,就必须控制T,也即Id。这时,起动电流呈方形波,转速按线性增长。这是在最大电流(转矩)受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。

转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
理想的快速起动过程

解决思路
为了实现在最大电流允许条件下的最快起动,关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm 的恒流过程,即对电流进行控制。
① 按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,那么,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
② 当系统进入稳态时,有Te =Tl ,即Id =Il ,这时,Jdω/dt = 0,电机稳速。
◎对控制系统的要求:
(1)起动过程中,只有电流负反馈,实现最大电流起动,没有转速负反 馈。
(2)达到稳态转速时,电流立即降为稳态运行值。这时转速负反馈起作用。
怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈,又使它们只能分别在不同的阶段里起作用?只用一个调节器时不可能的,必须用两个调节器分别调节n和I,构成转速电流双闭环调节系统。
二、转速、电流双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行串级联接,即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出晶闸管触发装置的控制电压,这样两种调节作用就互相配合,相辅相成了,如下图所示。

转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 V、GT—晶闸管整流、触发装置
三、稳态结构图和静特性
1.系统稳态结构框图
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

2. 系统静特性
① ASR不饱和
这是ACR也不饱和,稳态时两个调节器的输入ΔU=0。ΔU n=0(转速无静差),ΔU i=0(电流无静差)。即

转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性n0为理想空载转速
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性ASR不饱和转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性运行段为一水平的直线
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性直线为 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性段

即静特性的n0-A段(水平段)
静特性

转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

② ASR饱和
ASR饱和:a. U*n 起动,n=0
b. U*n↓= 0,ASR输入只剩Un(负饱和)
c. n =0 堵转转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
ASR 饱和,转速外环开环。稳态时,ASR输出:
U*im=βI dm,(与n无关)
即静特性的A-B段,系统获得一很好的下垂特性
此时系统变成一个电流无静差单闭环调速系统。这一特性正好适合理想快速起动过程对I d的要求。
四、各变量的稳态工作点和稳态参数计算
1. 稳态工作点
双闭环调速系统在稳态工作中,当两个调节器都不饱和(ΔU=0)时,各变量之间有下列关系:
系统在稳态平衡
点(C点)运行 n=n0, Id=Idl

转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
上式表明:转速 n 是由
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
给定电压U*n决定的。
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
表明:U*i(ASR的输出)由负载电流 I dL 决定。
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
表明:控制电压 Uct 的大小则同时取决于 n 和 I d,或者说,同时取决于U*n 和 IdL。
以上各式说明:稳态时,PI调节器输出量与输入无关,而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值,它就能提供多少,直到饱和为止。它不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量。
2. 稳态参数(α 和β )计算:
由于系统无静差,稳态时,PI调节器的输入电压为0(ΔU=0),给定电压与反馈电压相等。
(1)电流环的β
ΔU i=0 , U*im=βI dm
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
电流反馈系数
首先确定I dm(电机的过载能力、机械承受冲击力)。然后,可以选择U*im(ASR的输出限幅值),求出β 。或选择β,求U* im 。
(2)转速环的α
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
转速反馈系数
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
n max —电动机调压时的最高转速。
U* nm —根据运算放大器允许输入电压和稳压电源的情况选定,稳压电源要留有余量。
注:双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统(根据D 和 S )完全不同。

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