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电气传动及控制基础廖晓钟2021/9/151第第4 4章章 多环直流调速系统多环直流调速系统4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性4.3 4.3 三环控制的直流调速系统三环控制的直流调速系统2021/9/1524.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性 主要内容主要内容 1.1.转速、电流双闭环转速、电流双闭环调速系统的组成调速系统的组成 2.2.静特性分析静特性分析2021/9/1531.1.1.1.转速、电流双闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成 图4.1 转速、电流双闭环调速系统原理图ASR-转速调节器；ACR-电流调节器；TG-测速发电机；TA-电流互感器；GT-触发装置4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/1542.2.2.2.静特性分析静特性分析静特性分析静特性分析静态结构图静态结构图先根据图先根据图4.14.1的原理图绘出静态结构图如图的原理图绘出静态结构图如图4.24.2。图4.1 转速、电流双闭环调速系统原理图4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/1552.2.2.2.静特性分析静特性分析静特性分析静特性分析静态结构图静态结构图先根据图先根据图4.14.1的原理图绘出静态结构图如图的原理图绘出静态结构图如图4.24.2。图4.2 双闭环调速系统的静态结构图n-转速反馈系数；i-电流反馈系数4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/1562.2.2.2.静特性分析静特性分析静特性分析静特性分析静态特性方程式静态特性方程式 带输出限幅的带输出限幅的PIPI调节器的稳态特性调节器的稳态特性 饱和饱和输出达到限幅值输出达到限幅值 当当调调节节器器饱饱和和时时，输输出出为为恒恒值值，输输入入量量的的变变化化不不再再影影响响输输出出，除除非非有有反反向向的的输输入入信信号号使使调调节节器器退退出出饱饱和和；换换句句话话说说，饱饱和和调调节节器器暂暂时时隔隔离离了了输输入入和和输输出出间间的的关关系，相当于使调节环开环。系，相当于使调节环开环。不饱和不饱和输出未达到限幅值输出未达到限幅值 当当调调节节器器不不饱饱和和时时，PIPI调调节节器器的的输输入入偏偏差差电电压压在在稳稳态态时总是零。时总是零。4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/1572.2.2.2.静特性分析静特性分析静特性分析静特性分析静态特性方程式静态特性方程式当转速调节器不饱和时当转速调节器不饱和时 可得可得 当转速调节器饱和时当转速调节器饱和时 图4.3 双闭环调速系统的静态特性4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/158在稳态工作时，当两个调节器都不饱和时，在稳态工作时，当两个调节器都不饱和时，各变量之间的关系各变量之间的关系 结论：比例积分调节器的输出量的稳态值由它后面结论：比例积分调节器的输出量的稳态值由它后面环节的需要决定的。环节的需要决定的。4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/159动态结构图动态结构图图4.4 转速、电流双闭环系统的动态结构图4.1 4.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性2021/9/1510启动过程分析启动过程分析图4.5 双闭环调速系统启动过程电流上升阶段电流上升阶段恒流升速阶段恒流升速阶段转速调节阶段转速调节阶段4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性2021/9/1511转速调节器作用转速调节器作用 使转速跟随给定电压变化，达到静态无差。使转速跟随给定电压变化，达到静态无差。对负载变化起抗扰作用。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅用于限制最大电流。其输出限幅用于限制最大电流。电流调节器作用电流调节器作用 对内环内扰动起及时抗扰作用。对内环内扰动起及时抗扰作用。保证系统在允许的最大电流下恒流启动。保证系统在允许的最大电流下恒流启动。调节电流，使电流跟随其给定电压变化。调节电流，使电流跟随其给定电压变化。当当电电机机过过载载甚甚至至于于堵堵转转时时，限限制制电电枢枢电电流流的的最最大大值值，从从而而起起到快速的安全保护作用。到快速的安全保护作用。其其输输出出限限幅幅值值用用来来限限制制 minmin 和和 minmin ，防防止止丢丢脉脉冲冲、逆逆变变失败。失败。抗扰过程分析抗扰过程分析 4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性2021/9/1512转速、电流双闭环调速系统的性能评价转速、电流双闭环调速系统的性能评价转速、电流双闭环调速系统的性能评价转速、电流双闭环调速系统的性能评价由由于于采采用用饱饱和和非非线线性性控控制制，使使两两个个调调节节器器充充分分发发挥挥作作用用，系系统统具具有有很很好好的的动动、静静特特性性，是是一一种种非非常常实实用用的的系统。系统。但当系统降速或制动时，由于晶闸管的单向导电性，但当系统降速或制动时，由于晶闸管的单向导电性，系统只能处于自由降速状态。要产生快速制动作用，系统只能处于自由降速状态。要产生快速制动作用，可采用可逆系统。可采用可逆系统。4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性2021/9/1513转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试调试步骤：调试步骤：先部件、后系统，先部件、后系统，先内环、后外环。先内环、后外环。1 1.部件调试、单元参数测试部件调试、单元参数测试调节器：调节器：调零、输出限幅值调零、输出限幅值触触发发-整整流流电电路路：初初始始相相位位、传传递递系数系数传传动动系系统统参参数数测测试试：电电枢枢回回路路电电阻阻、飞轮矩、电枢回路电感飞轮矩、电枢回路电感反馈系数测定：反馈系数测定：电流反馈系数，反馈极性电流反馈系数，反馈极性转速反馈系数，反馈极性转速反馈系数，反馈极性图4.6 二极管钳位的外限幅电路和封锁电路4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性2021/9/1514转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试转速、电流双闭环调速系统的调试2 2.系统调试系统调试动态设计：动态设计：电流调节器、转速调节器参数设计电流调节器、转速调节器参数设计电流环：电流环：反馈极性确定、闭环、动态性能调试反馈极性确定、闭环、动态性能调试 （确定调节器参数（确定调节器参数）转速环：转速环：反馈极性确定、闭环、动态性能调试反馈极性确定、闭环、动态性能调试 （确定调节器参数）（确定调节器参数）问题：问题：反馈极性接反了？反馈极性接反了？启动时启动时ASRASR未达到饱和？未达到饱和？启动时启动时ACRACR达到饱和？达到饱和？4.2 4.2 转速、电流双闭环调速系统的动态特性转速、电流双闭环调速系统的动态特性2021/9/15154.3 4.3 三环控制的直流调速系统三环控制的直流调速系统主要内容主要内容1.1.带电流变化率的三环调速系统带电流变化率的三环调速系统2.2.带电压内环的三环调速系统带电压内环的三环调速系统2021/9/15161.1.1.1.带电流变化率的三环调速系统带电流变化率的三环调速系统带电流变化率的三环调速系统带电流变化率的三环调速系统电流变化率内环作用电流变化率内环作用系统组成系统组成:转速电流电流变化率三环调速，如下图转速电流电流变化率三环调速，如下图4.74.7。图4.7 带电流变化率环的三环调速系统ADR-电流变化率调节器4.3 4.3 三环控制的直流调速系统三环控制的直流调速系统2021/9/15172.2.2.2.带电压内环的三环调速系统带电压内环的三环调速系统带电压内环的三环调速系统带电压内环的三环调速系统电压内环作用电压内环作用系统组成：转速电流电压三环控制，如下图系统组成：转速电流电压三环控制，如下图4.84.8。图4.8 带电压内环的调速系统AVR-电压调节器；TVD-直流电压隔离变换器4.3 4.3 三环控制的直流调速系统三环控制的直流调速系统2021/9/1518