电力拖动与运动控制系统（ 第二版） 教学课件 作者 罗飞郗晓田文小玲许玉格 编著 第二章.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第二章 双闭环直流调速系统 内容提要 本章将以转速、电流双闭环直流调速 系统为重点讨论双闭环调速系统的组成、 特点、控制规律，系统的稳态和动态性能 的分析及其工程设计方法。 内容提要 双闭环调速系统的构成； 双闭环调速系统的稳态结构及其静 特性； 双闭环调速系统的动态分析与设计。 2.1 双闭环调速系统的构成 转速、电流双闭环调速系统（简称双闭环调速系统）是由单闭环调速系统发展而来的。 从第一章可知，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，且采用电流截止负反馈作限流保护可以限制起（制）动时的最大电流。 单闭环调速系统存在以下问题（1-2）： 在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。在采用电流截止负反馈和转速负反馈的单闭环调速系统中，一个调节器需完成两种调节任务：正常负载时实现速度调节，过载时进行电流调节。一般而言，在这种情况下，调节器的动态参数无法保证两种调节过程同时具有良好的动态品质。 单闭环调速系统存在以下问题（2-2）： 系统中采用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，即最佳过渡过程。 在单闭环调速系统中，采用电流截止负反馈环节限制了最大电流，但它并不能很理想地控制电流的动态波形。系统起动时，电流达最大值后随着转速的上升，反电势的增加而迅速下降。这样，电动机的起动转矩也迅速下降，从而使起动加速过程变慢，其起动电流及转速波形图见图2-1a。 我们希望能充分利用电动机所允许的过载能力，在起动过程中保持电流（转矩）为允许的最大值不变，以使系统尽可能用最大的加速度起动，转速直线上升，到达稳态转速后，尽快使电流下降为稳态值，并转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于图2-1b中，这就是调速系统在最大电流（转矩）受限制的条件下的最佳起动过程。 实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图2-1b所示理想波形不能实现，只能尽量逼近。为了获得近似理想的过渡过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。 2.1 内容提要 转速、电流双闭环调速系统的组成 调节器输出限幅值的整定 调节器锁零 系统中调节器输入、输出电压极性的确定 2.1.1 转速、电流 双闭环调速系统的组成 在转速、电流双闭环调速系统中，既要控制转速，实现转速无静差调节，又要控制电流使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，其关键是处理好转速控制与电流控制之间的关系，就是将二者分开，用转速调节器ASR调节转速，用电流调节器ACR调节电流。 ASR与ACR之间实现串级联接，即以ASR的输出电压作为电流调节器的电流给定信号，再用ACR的输出电压作为晶闸管触发电路的移相控制电压。从闭环反馈的结构看，转速环在外面为外环，电流环在里面为内环。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具有输入、输出限幅电路PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。系统原理图示于图2-2中。 2.1.2 调节器输出限幅值的整定 在双闭环系统中转速调节器ASR的输出电压 是电流调节器ACR的电流给定信号，其限幅值 为 最大电流给定值，因此，ASR的限幅值完全取决于 电动机所允许的过载能力和系统对最大加速度的需 要。而ACR的输出电压限幅值 ,表示对最小角 的限制，也表示对晶闸管整流输出电压的限制。调 节器输出限幅值的计算与整定是系统设计和调试工 作中很重要的一环。在具体分析一个系统时必须注 意调节器输出限幅值所代表的具体物理意义及其计算和整定方法。 2.1.3 调节器锁零 为使调速系统消除静差，并改善系统的动态品质，在系统中引入PI调节器作为较正环节。由于PI调节器的积分作用，在调速系统停车期间，调节器会因输入干扰信号的作用呈现出较大的输出信号，而使电动机爬行，这在控制上是不允许的，因此对调速系统中具有积分作用的调节器，在没有给出电动机起动指令之前，必须将它的输出“锁”到零电位上，简称为调节器锁零。 系统中调节器锁零是由零速锁零电路来实现的。并且系统对调节器锁零电路有如下具体要求： （1）系统处于停车状态时，调节器必须锁零； （2）系统接到起动指令或正常运行时，调节器锁零立即解除（即开放）并正常工作。 根据上述要求，锁零电路只需两个信号来控制调节器“锁零”与“开放”两个状态。 停车时： ，调节器锁零，无输出信号。 起动时：