1、第一章第一章 直流双闭环调速系统原理直流双闭环调速系统原理 1.1 系统的组成系统的组成 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、 应用最广的直 流调速系统。采用 PI 调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统 稳定的前提下实现转速无静差。 但是对系统的动态性能要求较高的系 统，单闭环系统就难以满足需要了。 为了实现在允许条件下的最快启动， 关键是要获得一段使电流保 持为最大值的恒流过程。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。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反 馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只
2、有转速负反馈，不让电流负 反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用， 可以在系统中设置 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，如图 1-1 所示。把转速 调节器的输出当作电流调节器的输入， 再把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； 转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 图 1-1 转速、电流双闭环直流调速系统 1.2 系统的原理图系统的原理图 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
3、用 PI 调节器，这样组成的直流双闭环调速系统原理图如图 1-2 所示。 图中 ASR 为转速调节器，ACR 为电流调节器，TG 表示测速发电机， TA 表示电流互感器， UPE是电力电子变换器。 图中标出了两个调节器 出入输出电压的实际极性， 它们是按照电力电子变换器的了控制电压 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。 图中还 标出了两个调节器的输出都是带限幅作用的， 转速调节器 ASR 的输出 限幅电压决定了电流给定电压的最大值， 电流调节器 ACR的输出限幅 电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 图 1-2 双闭环直流调速系统电路原理图 第二章第二章 转速、电流双
4、闭环直流调速器的设计转速、电流双闭环直流调速器的设计 2.1 电流调节器的设计电流调节器的设计 2.1.1 电流环结构框图的化简 在图 2-1 点画线框内的电流环中，反电动势与电流反馈的作用互 相交叉， 这将给设计工作带来麻烦。 实际上， 反电动势与转速成正比， 它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数 TL远小于机电时间常数 Tm，因此，转速的裱花往往比电流变化慢得 多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变 过程中，可以认为反电动势基本不变，即。这样，在按动态性能设计 电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，也就是说，可以 暂且把反电动势的作用去掉
5、，得到电流环的近似结构框图，如图 2-1 所示。可以证明，忽略反电动势对电流环作用的近似条件是 式中 -电流环开环频率特性的截止频率。 图 2-1 忽略反电动势的动态影响时电流环的动态结构框图 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把 给定信号改成，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图 2-2 所示， 从这里可以看出两个滤波时间常数取值相同的方便之处。 图 2-2 等效成单位负反馈系统时电流环的动态结构框图 最后，由于 TS和 TOI一般都比 TL小得多，可以当作小惯性群而近 似看作是一个惯性环节，其时间常数为 则电流环结构框图最终简化成图 2-3。简化的近似条件为 图 2-3
6、 小惯性环节近似处理时电流的动态结构框图 2.1.2 电流调节器结构的选择 从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由 图 2-3 可以看出，采用型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统 不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调， 以保证电流在动态 过程中不超过允许值， 而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的 因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型型系统。 图 2-3 表明，电流环的控制对象是双惯性的，要校正成典型型系 统，显然应采用 PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成 式中 电流调节器的比例系数； 电流调节器的超前时间常数。 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择 则电流环的动态结构框图便成为图 2-4 所示的典型形式，其中 图 2-4 校正成典型型系统的电流环动态结构框图 2.1.3 电流调节器的参数计算 1.确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数。三相桥式电路的平均失控时间。 2）电流滤波时间常数。取。 3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取。 4）电磁时间常数、机电时间常数 电动势系数。 ； ；
