自动控制原理和系统PPT课件.ppt

关于自动控制原理与系统第一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第七章第七章 直流调速系统直流调速系统7-1 7-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统7-2 7-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统7-3 7-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护7-4 7-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统7-5 7-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析7-6 7-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统7-7 7-7 可逆直流调速系统可逆直流调速系统.6-1 .6-1 .第二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-1 6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统直流电动机的调速方法有几种？直流电动机的调速方法有几种？由此可以看出，直流电动机有三种由此可以看出，直流电动机有三种调速方法调速方法：直流电动机的转速公式：直流电动机的转速公式：(1)(1)改变电枢供电电压改变电枢供电电压U Ud d(2)(2)改变磁通改变磁通（3 3）改变电枢回路电阻（串附加电阻）改变电枢回路电阻（串附加电阻）.6-2 .6-2 .第三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月（1）调压调速n工作条件：保持励磁 =N；保持电阻 R=Ran调节过程：改变电压 UN U U n，n0 n调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线第四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月（2）调阻调速n工作条件：保持励磁 =N；保持电压 U=UN；n调节过程：增加电阻 Ra R R n，n0不变；n调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线第五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月（3）调磁调速n工作条件：保持电压 U=UN；保持电阻 R=R a；n调节过程：减小励磁 N n，n0 n调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3调磁调速特性曲线第六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。第七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：转速控制的要求和调速指标转速控制的要求和调速指标第八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月1.控制要求（1）调速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；（2）稳速以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。第九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月2.调速指标n调速范围：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即（1-31）其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。第十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 n静静差差率率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s，即或用百分数表示（1-32）（1-33）式中 nN=n0-nN 第十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月0TeNTen0an0bab nNa nNb nO图1-23 不同转速下的静差率3.静差率与机械特性硬度的区别 然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的。对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。第十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n例如例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；在100r/min时同样降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。静差率与机械特性硬度的区别（续）第十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月4.调速范围、静差率和额定速降之间的关系 设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为 第十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月而调速范围为 将上面的式代入 nmin，得（1-34）第十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 式（1-34）表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统，nN 值一定，由式（1-34）可见，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。第十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n结论1：一个调速系统的调速范围，是指在最低一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。速时还能满足所需静差率的转速可调范围。第十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n例例题题1-1 某直流调速系统电动机额定转速为1430r/min，额定速降 nN=115r/min，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？第十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月解解 要求30%时，调速范围为 若要求20%，则调速范围只有若调速范围达到10，则静差率只能是第十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-3 .6-3 .一、开环调速系统一、开环调速系统1 1系统的组成系统的组成直流电动机直流电动机6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月当电动机处于稳态运行时，当电动机处于稳态运行时，didid d/dt=0/dt=0，dn/dt=0dn/dt=0，上式可写成，上式可写成 晶闸管整流电路晶闸管整流电路晶闸管有很多优点，但使用不当也会出现故障，甚至损坏晶闸管有很多优点，但使用不当也会出现故障，甚至损坏元件，应加保护电路。元件，应加保护电路。作用：作用：把交流电变换成直流电。把交流电变换成直流电。形式：形式：单相整流电路和三相整流电路。单相整流电路和三相整流电路。6-46-46-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月触发电路触发电路2 2 基本工作原理基本工作原理基本工作原理基本工作原理为系统的为系统的开环稳态速降开环稳态速降.6-5 .形式：形式：单结晶体管触发电路、正弦波触发电路、单结晶体管触发电路、正弦波触发电路、锯齿波触发电路。锯齿波触发电路。给定输入信号给定输入信号UcUc，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压流电源整流出直流电压U Udodo供给直流电动机，使电动机以一定的供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。速度旋转。电动机的电动机的机械特性机械特性为：为：6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统其中其中第二十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 缺点：缺点：当外界有扰动（例如负载波动）时，开环系统不能自动当外界有扰动（例如负载波动）时，开环系统不能自动进行补偿。进行补偿。.6-6 .二、转速负反馈有静差直流调速系统二、转速负反馈有静差直流调速系统增加了转速检测环节增加放大环节6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月具有比例放大器的调速系统一定是有差的。具有比例放大器的调速系统一定是有差的。三、闭环系统的稳态数学模型三、闭环系统的稳态数学模型如无差，则如无差，则U=0UU=0Uk k、U Udodo均为零，电动机不可能旋转。均为零，电动机不可能旋转。触发器和晶闸管整流装置：触发器和晶闸管整流装置：U Udodo=K=KtrtrU Uk k 系统的自动调节过程：系统的自动调节过程：.6-7 .T TL Ln Un Ufnfn U=Usn-U U=Usn-Ufnfn U Uk k 脉冲前移脉冲前移U Ud d n n放大器：放大器：U=Usn-UfnU=Usn-Ufn U Uk k=K=Kp pU Kp Kp为放大器的放大倍数为放大器的放大倍数1.1.稳态框图稳态框图稳态框图稳态框图6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统KtrKtr为触发器和晶闸管整流装置的放大倍数为触发器和晶闸管整流装置的放大倍数第二十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月反馈环节：反馈环节：U Ufnfn=n nn n 电动机：电动机：电动机：电动机：.6-8 .系统的稳态框图系统的稳态框图:其中其中式中式中n n为速度负反馈系数为速度负反馈系数6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月2.2.系统的静特性方程式：系统的静特性方程式：系统的静特性方程式：系统的静特性方程式：.6-9 .加转速负反馈后，加转速负反馈后，闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降nnc c是开环系统是开环系统转速降转速降nn0 0的的1/1/（1+Kn1+Kn）倍。）倍。3.3.系统的静特性分析：系统的静特性分析：系统的静特性分析：系统的静特性分析：其中其中其中其中闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降闭环系统的稳态速降Kn=KpKtrKmn 为转速负反馈系统的开环放大倍数。为转速负反馈系统的开环放大倍数。6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-10 .闭环后使机械特性变硬的物理实质闭环后使机械特性变硬的物理实质:Idnn0Id1Id3Udo1Udo2Udo3AC 闭环系统中，由于引入闭环系统中，由于引入转速负反馈转速负反馈，转速稍有下降，反馈电压也随之减少，转速稍有下降，反馈电压也随之减少，通过放大器的比较和放大，通过放大器的比较和放大，提高晶闸管整流装置的输出电压提高晶闸管整流装置的输出电压U Udo1do1，使系统工作在使系统工作在新的机械特性上，因而转速能有所回升，使得闭环系统的稳态速降比开环新的机械特性上，因而转速能有所回升，使得闭环系统的稳态速降比开环时小得多。时小得多。B6-1闭环开环6-1 转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈有静差直流调速系统第二十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统1、比例（、比例（P）调节器）调节器.6-11 .1、比例比例-积分调节器积分调节器输入与输出关系输入与输出关系:输入与输出特性曲线输入与输出特性曲线:Ui-UiU0U0t第二十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-12 .特点特点:比例系数可调的比例调节器比例系数可调的比例调节器l输出量立即响应输入量的变化。输出量立即响应输入量的变化。因为因为A A点为虚地点为虚地 由由i if fii0 0 得得由分压电路知由分压电路知l输出电压与输入电压成正比。输出电压与输入电压成正比。6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第二十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-13.其中其中 调节电位器调节电位器R R2 2可使增益在可使增益在K K1 1-(1+R-(1+R2 2/R/R3 3)K)K1 1之间变化。之间变化。2 2、积分（、积分（I I）调节器）调节器输入与输出关系输入与输出关系:6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第三十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月输入与输出特性曲线：输入与输出特性曲线：特点：特点：l输出电压取决于输入量对时间的输出电压取决于输入量对时间的积累积累过程，而且还和初始值有关。过程，而且还和初始值有关。t-UiU0U0Ui.6-14.比例（比例（P P）调节器能立即响应输入信号，加快响应过程；而积分）调节器能立即响应输入信号，加快响应过程；而积分(I)(I)调节器要经过一段时间的积累，但最后可以消除误差。调节器要经过一段时间的积累，但最后可以消除误差。比例比例(P)+(P)+积分积分(I)=(I)=比例积分比例积分（PIPI）调节器）调节器 l当输入不等于零时，其输出量将不断增长，直到输入为零，输出恒定为止。当输入不等于零时，其输出量将不断增长，直到输入为零，输出恒定为止。6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第三十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-15 .3 3、比例积分（、比例积分（PIPI）调节器）调节器 输入与输出关系输入与输出关系:输入与输出特性曲线输入与输出特性曲线:tUiU06-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统U0初始值第三十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月特点特点 ：.6-16 .输出量立即响应输入量的变化输出量立即响应输入量的变化响应快。响应快。当输入不等于零时，其输出量将不断增长，直到输入为零，输出恒当输入不等于零时，其输出量将不断增长，直到输入为零，输出恒定为止定为止消除偏差。消除偏差。二、调节器的实用线路二、调节器的实用线路 l调节器零点的调节、零点漂移的抑制和锁零电路调节器零点的调节、零点漂移的抑制和锁零电路 l寄生振荡的消除寄生振荡的消除l调节器的输入限幅和输入滤波电路调节器的输入限幅和输入滤波电路l调节器的输出限幅电路调节器的输出限幅电路6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第三十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-17 .第三十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-18 .二极管箝位的输出限幅电路（又称外限幅）二极管箝位的输出限幅电路（又称外限幅）当输出电压当输出电压U Uc cUUM M+U+UD D二极管二极管VDVD3 3导通导通输出电压被箝位在输出电压被箝位在U UM M+U+UD D的数值上，的数值上，即即U UcMcM+=U=UM M+U+UD D。6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统M点对地电压VD3管压降l调节器的输出功率放大电路调节器的输出功率放大电路:集成运算放大器的最大输集成运算放大器的最大输出功率是有限的，因此，一出功率是有限的，因此，一般不能直接驱动负载，而必般不能直接驱动负载，而必须外加功率放大电路须外加功率放大电路(见见6-17)6-17)。第三十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-19 三、无静差系统的实现三、无静差系统的实现比例调节器比例调节器比例积分调节器比例积分调节器无静差系统无静差系统 6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第三十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月.6-20 .调节过程的调节过程的后期后期，积分部分起主积分部分起主要作用要作用，并最后，并最后消除偏差消除偏差。6-2在调节过程的在调节过程的初、中期初、中期，速降，速降nn较大，较大，比例部分起主要作用比例部分起主要作用，它首先它首先阻止转速下降，使转速阻止转速下降，使转速回升。回升。6-2 6-2 无静差直流调速系统无静差直流调速系统第三十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护一、限流保护的组成及工作原理一、限流保护的组成及工作原理 直流电动机在直流电动机在起动、堵转或过载起动、堵转或过载时会产生很大的电流，会烧坏晶闸时会产生很大的电流，会烧坏晶闸管元件和电机，须加以限制。管元件和电机，须加以限制。如何解决？如何解决？加电流截止负反馈环节加电流截止负反馈环节 若引入电流负反馈，虽然电流不会过大，但系统中如存在电流负若引入电流负反馈，虽然电流不会过大，但系统中如存在电流负反馈，将会使静特性变软，影响调速精度。反馈，将会使静特性变软，影响调速精度。6-21u问题的提出：问题的提出：u解决办法：解决办法：第三十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月电流截止负反馈环节6-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护二、带电流截止负反馈环节的转速负反馈调速系统二、带电流截止负反馈环节的转速负反馈调速系统u系统的组成：系统的组成：.6-22 .第三十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月当当I Id d较大，较大，即即I Id dR Rc cUUo o时，则时，则二极管二极管VDVD导通导通，电流截止负反馈，电流截止负反馈起起作用作用，UU减小，减小，U Udodo下降，下降，I Id d下降到允许最大电流下降到允许最大电流当当I Id d较小较小,即即I Id dR Rc cUUo o时，则时，则二极管二极管VDVD截止截止，电流截止负反馈，电流截止负反馈不起作用不起作用。6-236-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护u电流截止负反馈环节的工作原理：电流截止负反馈环节的工作原理：第四十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月u稳态框图稳态框图 6-246-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护第四十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月u静特性方程式静特性方程式当当I Id d较小时，二极管较小时，二极管VDVD截止，电流截止负反馈不起作用。截止，电流截止负反馈不起作用。当当I Id d较大时，则二极管较大时，则二极管VDVD导通，电流截止负反馈起作用。导通，电流截止负反馈起作用。6-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护.6-25 .第四十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月u静特性曲线静特性曲线 截止负反馈转速负反馈.6-26 .6-3 6-3 单闭环直流调速系统的限流保护单闭环直流调速系统的限流保护6-3第四十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统一、电压负反馈调速系统一、电压负反馈调速系统 l组成组成6-27电压负反馈第四十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-28l稳态框图稳态框图 电压反馈系数6-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统第四十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月l静特性方程式静特性方程式6-29减为开环的1/1+Kv 扰动量扰动量I Id dR Ra a不包围在电压负反馈环内，不能被反馈作用抑制。不包围在电压负反馈环内，不能被反馈作用抑制。如何解决？如何解决？其中其中 K Kv v=K=Kp pK Ktrtrv v加电流正反馈环节加电流正反馈环节l特点特点对电动机磁场的扰动也无能为力，因此电压负反馈系统的对电动机磁场的扰动也无能为力，因此电压负反馈系统的调速效果不及转速负反馈。调速效果不及转速负反馈。6-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统第四十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-30二二、电压负反馈加电流正反馈调速系统、电压负反馈加电流正反馈调速系统1 1、组成、组成电流正反馈6-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统第四十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月2.稳态框图稳态框图 3.3.静特性方程式静特性方程式电流正反馈电流正反馈6-316-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统第四十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月？电压负反馈、电流正反馈系统是怎样提出来的电压负反馈、电流正反馈系统是怎样提出来的？电压负反馈、电流正反馈系统的结构特点电压负反馈、电流正反馈系统的结构特点？稳态框图的画法稳态框图的画法？静特性方程式的求取静特性方程式的求取？系统特点系统特点 l 由电流正反馈产生的第四项，可由电流正反馈产生的第四项，可抵消抵消第二、三项稳态速第二、三项稳态速降，从而减小转速降落，提高机械特性硬度。降，从而减小转速降落，提高机械特性硬度。l 正反馈环节正反馈环节容易引起振荡容易引起振荡，一般很少单独采用，通常，一般很少单独采用，通常与电压负反馈配合使用，起辅助的补偿作用。与电压负反馈配合使用，起辅助的补偿作用。4 4特点特点6-32本节要点：本节要点：6-46-4 6-4 电压负反馈和电流正反馈调速系统电压负反馈和电流正反馈调速系统第四十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-5 小功率有静差直流调速小功率有静差直流调速系统实例分析系统实例分析 一、一、结构特点和技术数据结构特点和技术数据l系统主要配置系统主要配置Z3Z3系列（电枢电压系列（电枢电压160V160V，激磁电压，激磁电压180V180V）的）的小型直流他励电动机小型直流他励电动机 6-33l适用于适用于4KW4KW以下直流电动机无级调速以下直流电动机无级调速l装置的电源电压为装置的电源电压为单相交流单相交流220V220Vl输出电压为直流输出电压为直流160V160Vl输出最大电流输出最大电流30A30Al励磁电压为直流励磁电压为直流180V180V，励磁电流为，励磁电流为1A1A第五十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-34第五十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月KZD-II型直流调速系统的组成框图：型直流调速系统的组成框图：6-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析6-35第五十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月具有电压负反馈和电流正反馈环节的调速系统原理图具有电压负反馈和电流正反馈环节的调速系统原理图 6-356-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析第五十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月分析晶闸管调速系统线路的分析晶闸管调速系统线路的一般顺序一般顺序是是：主电路主电路触发电路触发电路控制电路控制电路辅助电路（包括保护、指示、辅助电路（包括保护、指示、报警等）报警等）6-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析6-34第五十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月主电路主电路 n采用单相桥式半控桥整流电路采用单相桥式半控桥整流电路能够确保的最大直流电压为能够确保的最大直流电压为:Ud=220V0.950.9=188VUd=220V0.950.9=188Vn平波电抗器平波电抗器Ld:Ld:限制电流脉动，改善换向条件，减少电枢损耗，并使电流限制电流脉动，改善换向条件，减少电枢损耗，并使电流连续。连续。n电抗器电抗器LdLd两端并联一电阻（两端并联一电阻（R R1111）:减少掣住电流建立的时间。减少掣住电流建立的时间。n电动机励磁由单独的整流电路供电电动机励磁由单独的整流电路供电.触发电路触发电路 l采用由单结晶管（采用由单结晶管（UJTUJT）组成的张弛振荡器。）组成的张弛振荡器。作用：给直流电动机供电作用：给直流电动机供电6-34二、二、定性分析定性分析6-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析第五十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-35控制电路控制电路放大电路放大电路作用：把微小的偏差电压进行放大作用：把微小的偏差电压进行放大l控制信号的综合控制信号的综合 采用电压负反馈和电流正反馈环节来代替转速负反馈采用电压负反馈和电流正反馈环节来代替转速负反馈 l反馈形式的选择反馈形式的选择 控制信号为给定信号控制信号为给定信号UsUs、电压、电压负反馈信号负反馈信号U Ufvfv和电流正反馈信和电流正反馈信号号U Ufifi的综合，即的综合，即UUUs-UUs-Ufvfv-U Ufifi。6-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析第五十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-36电流截止保护电路电流截止保护电路I Id d较小时较小时U UI I较小较小2CW92CW9截止、截止、V V4 4截止截止电电流截止负反馈环节不起作流截止负反馈环节不起作用。用。I Id d较大时较大时U UI I较大较大2CW92CW9导通、导通、V V4 4导通导通有有i ib b 将将C C1 1旁路旁路使使i ic c减小减小脉冲后脉冲后移移U Ud d减小减小限制电流限制电流I Id d的增加。的增加。抗干扰、消振荡环节抗干扰、消振荡环节 6-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析第五十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n当负载增加时，由于电流当负载增加时，由于电流I Id d的增加，的增加，U Ud d的降低，使的降低，使U Ufifi增加、增加、U Ufvfv减少，减少，从而使从而使U U增加（增加（U=Us-UU=Us-Ufvfv+U+Ufifi），），U UK K增加，整流装置输出电压增加，整流装置输出电压UdoUdo增加。并进而使电流增加，电磁转矩增加。并进而使电流增加，电磁转矩T Td d增加。增加。三、系统的自动调节过程三、系统的自动调节过程6-376-5 6-5 小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析小功率有静差直流调速系统实例分析6-5第五十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统采用比例积分调节器的单闭环调速系统，实现了转速的无静差采用比例积分调节器的单闭环调速系统，实现了转速的无静差调速。调速。6-38问题的提出问题的提出电流截止负反馈虽然能限制起动电流电流截止负反馈虽然能限制起动电流但随着但随着nEnET Td d nn上升慢上升慢t ts s长长许多生产机械很大一部分时间工作在过渡过程中。有的甚至几许多生产机械很大一部分时间工作在过渡过程中。有的甚至几秒钟就正反转一次。秒钟就正反转一次。第五十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月1.主要原因 是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。第六十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形2.理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcr第六十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 性能比较n带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 所示，起动电流达到最大值 Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。IdLntIdOIdmIdcr图2-1 a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统第六十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月性能比较（续）n理想起动过程波形如图，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。IdLntIdOIdm图2-1 b)理想的快速起动过程第六十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月3.解决思路 为了实现在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。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。为了提高生产效率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。为了提高生产效率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使I Id d=I=Idm dm T Td d=T=Tdm dm 使使n n直线上升，直线上升，使使t ts s。第六十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 现在的问题是，我们希望能实现控制：n起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；n稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。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呢？第六十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月转速、电流双闭环直流调速系统的组成转速、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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。第六十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构 1.系统的组成ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器内环外 环第六十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。第六十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月2.系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。第六十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-39一、双闭环调速系统的组成一、双闭环调速系统的组成电流互感器6-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统第七十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-40两个环：两个环：电流环电流环内环内环速度环速度环外环外环速度、电流调节器速度、电流调节器均采用均采用PI调节器，调节器，且带限幅。且带限幅。速度、电流调节器速度、电流调节器输入输出信号极性的确定输入输出信号极性的确定6-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统第七十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月二二、双闭环调速系统的工作原理、双闭环调速系统的工作原理u电流调节器电流调节器ACRACR的调节作用的调节作用：稳定电流稳定电流 稳态时稳态时U Ui i=-U=-Usisi+U+Ufifi=0=0 自动限制最大电流自动限制最大电流自动限制最大电流自动限制最大电流IdIIdIdmdmUfiUi=Usi-UfiUi=Usi-UfiUfi U UC C脉冲后移脉冲后移UdIdUdId6-416-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统第七十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月能有效抑制电网电压波动的影响能有效抑制电网电压波动的影响能有效抑制电网电压波动的影响能有效抑制电网电压波动的影响 UUdIdn UfnU=Usn-Ufn Uc脉冲后脉冲后移移 Udn通过n的变化进行调节，慢UUdIdUfiUi=Usi-Ufi Uc脉冲后移UdId通过Id的变化进行调节，（快、影响小）单闭环：单闭环：双闭环：双闭环：6-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统6-42第七十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月u速度调节器速度调节器ASRASR的调节作用的调节作用 ：稳定转速稳定转速 稳态时稳态时U Un n=U=Usnsn-U-Ufnfn=0=0TLn Ufn Un(=Usn-Ufn)0 Ui(=-Usi+Ufi)0 UC 脉冲前移脉冲前移Ud n三、双闭环调速系统的机械特性三、双闭环调速系统的机械特性 调节过程：调节过程：6-436-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统第七十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月双闭环调速系统具有的优点：双闭环调速系统具有的优点：具有良好的静特性（较理想的挖土机特性）具有良好的静特性（较理想的挖土机特性）具有较好的动态特性，起动时间短（动态响应快），具有较好的动态特性，起动时间短（动态响应快），超调量也较小。超调量也较小。系统抗扰动能力强。系统抗扰动能力强。由两个调节器分别调节电流和转速，可以分别进行设计，由两个调节器分别调节电流和转速，可以分别进行设计，分别调整，调整方便。分别调整，调整方便。6-446-6 6-6 速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统第七十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月6-7 可逆直流调速系统可逆直流调速系统 一、可逆调速系统的电路一、可逆调速系统的电路改变电磁转矩的方向有两种方法：改变电磁转矩的方向有两种方法：改变电磁转矩的方向有两种方法：改变电磁转矩的方向有两种方法：改变电动机电枢电流的方向改变电动机电枢电流的方向改变电动机励磁磁通的方向改变电动机励磁磁通的方向-电枢可逆电路电枢可逆电路-磁场可逆电路磁场可逆电路电枢可逆电路电枢可逆电路接触器切换电枢可逆电路接触器切换电枢可逆电路6-45第七十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月适用：适用：要求不高，动作不频繁的小容量的生产机械上。要求不高，动作不频繁的小容量的生产机械上。特点：特点：结构简单、经济，但切换速度低，噪声较大，结构简单、经济，但切换速度低，噪声较大，触点寿命较短。触点寿命较短。晶闸管开关切换电枢的可逆电路晶闸管开关切换电枢的可逆电路特点：特点：切换速度快，电路比较切换速度快，电路比较简单，而且工作是完全不存在简单，而且工作是完全不存在环流，工作可靠性比较高；但环流，工作可靠性比较高；但对晶闸管耐压和电流容量的要对晶闸管耐压和电流容量的要求比较高。求比较高。6-466-7 6-7 6-7 6-7 可逆直流调速系统可逆直流调速系统可逆直流调速系统可逆直流调速系统 第七十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月两组晶闸管整流装置供电的电枢可逆电路两组晶闸管整流装置供电的电枢可逆电路 特点：特点：正、反向转换十分迅速，所以在要正、反向转换十分迅速，所以在要求频繁快速正、反转的生产机械的拖动上求频繁快速正、反转的生产机械的拖动上得到广泛的应用。得到广泛的应用。磁场可逆电路磁场可逆电路 电动机电动机电枢电枢只用一组晶闸管整流装置供电，只用一组晶闸管整流装置供电，而电