直流调速系统 课件(教师版)1-5.pptVIP

1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计; 为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描述系统动态物理规律的数学模型，对于连续的线性定常系统，其数学模型是常微分方程，经过拉氏变换，可用传递函数和动态结构图表示。 ;1. 电力电子器件的传递函数;TL; 如果忽略粘性磨擦及弹性转矩，电机轴上的动力学方程为 ;GD2 — 电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量 (N·m2)； Cm — 电机额定励磁下的转矩系数(N·m/A)， ; 代入式（1-46）和（1-47），并考虑式（1-48）和（1-49），整理后得; 在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数 ; 动态结构框图 ;图1-34c 整个直流电动机的动态结构框图; 由图c可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想空载电压，另一个是负载电流。前者是控制输入??，后者是扰动输入量。如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得下图a。如果是理想空载，则 IdL = 0，结构框图即简化成下图b。 ;n(s); 直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数，即 ; 知道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就可以画出闭环直流调速系统的动态结构框图，如下图所示。由图可见，将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。 ;4. 闭环调速系统的动态结构框图;5. 调速系统的开环传递函数;6. 调速系统的闭环传递函数;1.5.2 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件; 根据三阶系统的劳斯-赫尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是 ;整理后得 ; 系统稳定性分析;解 首先应确定主电路的电感值，用以计算电磁时 间常数。 对于V-M系统，为了使主电路电流连续，应设 置平波电抗器。例题1-4给出的是三相桥式可控整 流电路，为了保证最小电流时电流仍能连续，应采 用式（1-8）计算电枢回路总电感量，即;现在 则 取 = 17mH = 0.017H 。; 机电时间常数 ; 为保证系统稳定，开环放大系数应满足 式（1-59）的稳定条件 按稳态调速性能指标要求K ≥53.3 ，因 此，闭环系统是不稳定的。;例题1－6 在例1－5所述系统中，若改用IGBT脉宽 调速系统，电动机不变，电枢回路参数为：R ＝0.6Ω，L = 5mH，Ks = 44，Ts ＝0.1ms（开关频 率为10kHz）。按同样的稳态指标D=10，s≤5%， 该系统能否稳定？ 解: 采用脉宽调速系统时，各环节时间常数为 Tl =L/R =0.005H/0.6Ω=0.00833s Tm= GD2R/(375CeCm) =10×0.6/(375×0.1925×30/Π×0.1925)s=0.045s Ts = 0.0001s;按照式（1-58）的稳态条件，应有 K [Tm（Tl+Ts）+Ts2] / (TlTs) =[0.045×（0.00833+0.0001） +0.00012]/(0.00833×0.0001)=455.4 而按照稳态性能指标要求，额定负载时闭环系统稳态速降应为Δncl≤5.26r/min（见例题1-4），脉宽调速系统的开环额定速降为 △nop =INR/Ce = 55×0.6/0.1925r/min =171.4r/min;例题1-7 例1－6闭环脉宽调速系统在临界稳定的条件下，最多能达到多大的调速范围？（静差率指标不变） 解 根据上题计算，系统保证稳定的条件是 K 455.4，临界稳定时，K = 455.4。此时闭环系统的稳态速降可达 △ncl=△nop /（1+K） =1