一、問題的提出 (單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點)
設(shè)計的調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù),難以保證兩種調(diào)節(jié)過程都具有良好的動態(tài)品質(zhì)。用 一個調(diào)節(jié)器綜合了多種信號,各參數(shù)間相互影響。完成兩種任務(wù):正常負載時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié);電流超過臨界值時,進行電流調(diào)節(jié)。
對擾動的抑制能力差:環(huán)內(nèi)的任何擾動,只有等到轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差才能進行調(diào)節(jié),因而轉(zhuǎn)速動態(tài)降落δn大。
電流截止負反饋環(huán)節(jié)來限制起動電流,不能充分利用電動機的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)。起動過程中要等到電樞電流上升到 時,截流負反饋起作用又把電流壓了下來,僅靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊,其性能還不很令人滿意(起動過程長)。
理想起動過程應(yīng)該在過渡過程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降低下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡,立即轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行 。
理想起動過程波形如右圖所示。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的運動方程:jdω/dt=te-tl=cm(id-il),動態(tài)時要控制n,就必須控制t,也即id。這時,起動電流呈方形波,轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。
理想的快速起動過程
解決思路
為了實現(xiàn)在最大電流允許條件下的最快起動,關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值idm 的恒流過程,即對電流進行控制。
① 按照反饋控制規(guī)律,采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變,那么,采用電流負反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。
② 當(dāng)系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)時,有te =tl ,即id =il ,這時,jdω/dt = 0,電機穩(wěn)速。
◎?qū)刂葡到y(tǒng)的要求:
(1)起動過程中,只有電流負反饋,實現(xiàn)最大電流起動,沒有轉(zhuǎn)速負反 饋。
(2)達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時,電流立即降為穩(wěn)態(tài)運行值。這時轉(zhuǎn)速負反饋起作用。
怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋,又使它們只能分別在不同的階段里起作用?只用一個調(diào)節(jié)器時不可能的,必須用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)n和i,構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
二、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成
為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行串級聯(lián)接,即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器的輸出晶閘管觸發(fā)裝置的控制電壓,這樣兩種調(diào)節(jié)作用就互相配合,相輔相成了,如下圖所示。
asr—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr—電流調(diào)節(jié)器 tg—測速發(fā)電機
ta—電流互感器 v、gt—晶閘管整流、觸發(fā)裝置
三、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性
1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖
2. 系統(tǒng)靜特性
① asr不飽和
這是acr也不飽和,穩(wěn)態(tài)時兩個調(diào)節(jié)器的輸入δu=0。δu n=0(轉(zhuǎn)速無靜差),δu i=0(電流無靜差)。即
n0為理想空載轉(zhuǎn)速
asr不飽和運行段為一水平的直線
直線為 段
即靜特性的n0-a段(水平段)
靜特性
② asr飽和
asr飽和:a. u*n 起動,n=0
b. u*n↓= 0,asr輸入只剩un(負飽和)
c. n =0 堵轉(zhuǎn)
asr 飽和,轉(zhuǎn)速外環(huán)開環(huán)。穩(wěn)態(tài)時,asr輸出:
u*im=βi dm,(與n無關(guān))
即靜特性的a-b段,系統(tǒng)獲得一很好的下垂特性
此時系統(tǒng)變成一個電流無靜差單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這一特性正好適合理想快速起動過程對i d的要求。
四、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算
1. 穩(wěn)態(tài)工作點
雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中,當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和(δu=0)時,各變量之間有下列關(guān)系:
系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)平衡
點(c點)運行 n=n0, id=idl
上式表明:轉(zhuǎn)速 n 是由
給定電壓u*n決定的。
表明:u*i(asr的輸出)由負載電流 i dl 決定。
表明:控制電壓 uct 的大小則同時取決于 n 和 i d,或者說,同時取決于u*n 和 idl。
以上各式說明:穩(wěn)態(tài)時,pi調(diào)節(jié)器輸出量與輸入無關(guān),而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要pi調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值,它就能提供多少,直到飽和為止。它不同于p調(diào)節(jié)器的特點。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量。
2. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)(α 和β )計算:
由于系統(tǒng)無靜差,穩(wěn)態(tài)時,pi調(diào)節(jié)器的輸入電壓為0(δu=0),給定電壓與反饋電壓相等。
(1)電流環(huán)的β
δu i=0 , u*im=βi dm
電流反饋系數(shù)
首先確定i dm(電機的過載能力、機械承受沖擊力)。然后,可以選擇u*im(asr的輸出限幅值),求出β ?;蜻x擇β,求u* im 。
(2)轉(zhuǎn)速環(huán)的α
轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)
n max —電動機調(diào)壓時的最高轉(zhuǎn)速。
u* nm —根據(jù)運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的情況選定,穩(wěn)壓電源要留有余量。
注:雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)(根據(jù)d 和 s )完全不同。