双闭环调速系统的设计与应用.docxVIP

双闭环调速系统的设计与应用 1 转速、电流双闭环系统 图1显示了直线驱动器的旋转、电压双环流的原理图。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节调速和电流,二者之间实行串级连结。这就是说,将转速调节器SR的输出当作电流调节器CR的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,由电流检测反馈环节和电流调节器构成的电流环在里面,称为内环;由转速检测反馈环节和转速调节器所构成的转速环在外边,称为外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静态和动态性能,双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器。两个调节器的输出都设有限幅电路(图中未标出)。 SR的输入电压为偏差电压△Un,△Un=Usn-Ufn=Usn-an,其中,Usn为调节转速的给定电压,由电位器RPl进行调节;Ufn为转速反馈电压。SR输出电压即为输给CR的电压Usi,其限幅值为Usim。 CR的输入电压为偏差电压△Ui,△Ui=Usi-Ufi=Usi-βId,(β为电流反馈系数),其中,Usi心为SR的输出,Ufn为电流反馈电压。其输出电压即为触发电路的控制电压Uk,其限幅值为Ukm。转速、电流双闭环直流调速系统的职能方框图如图2所示。 2 系统工作原则 分析双闭环调速系统的工作原理,主要应弄清楚两个调节器的作用。先就以下几个问题做简单讨论。 2.1 电流控制器的动态特性 双闭环调速系统的转速调节器SR和电流调节器CR均采用PI调节器,且输出设有限幅。一般存在两种状态:饱和——输出达到限幅值;不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说,饱和调节暂时失去调节作用,相当于使该调节环处于开环状态。当调节器不饱和时,由于PI的调节作用使输入偏差电压在稳态时总为零。在实际运行时,电流调节器不会达到饱和状态的。 当转速调节器不饱和,即两个调节器都不饱和,稳态时,它们的输入偏差电压都为零。 于是有 式⑴表明,当Usn为一定值时,由于转速调节器SR的调节作用,转速n将稳定在数值Usn/as上,调节Usn(调电位器RP1)即可调节转速n。整定电位器RP2即可整定转速反馈系数a,以整定系统的额定转速(或最高转速)。 式(2)表明,当Usi为一定值时,由于电流调节器CR的调节作用,整流装置的电流将保持在Usi/β的数值上。当转速调节器不饱和时,电流Id将跟随Usi变化。 当转速调节器饱和时,SR的输出电压为其限幅值,即Usi=Usim。转速外环是开环状态,转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统。稳态时, 由式(3)可见,整定电流反馈系数β(调节电位器RP3)或调节SR的限幅值Usim,即可整定最大电流Idm的数值,一般整定Idm=(2~2.5)IN(IN为电动机的额定电流)。系数的取值是由设计者选定的,取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。当出现IdIdm时,电流环将立即进行调节,使电流调回到Usim/β数值上,从而自动地限制了最大电流。因此当电机过载甚至于堵转时,可限制电枢电流最大值,从而起到快速的安全的保护作用。 2.2 u3000转速超调 突加给定电压Usn后,由于机电惯性作用,转速增长不会很快,因而转速调节器SR的输入偏差电压△U=Usn-Ufn,数值较大,其输出很快达到限幅值Usim,强迫电流Id迅速上升。由于转速调节器SR是PI调节器,所以只要△U≥0,其输出电压就会保持在限幅值Usim不变。也就是说,电动机速度达到给定速度之前,SR不起调节作用,相当于转速环处于开环状态。在起动过程的绝大多数时间里,电流调节器CR发挥主导作用,它使电动机电流在很短时间内升到最大值并维持基本不变,因而拖动系统的加速度恒定,转速呈线性增长,以保证电动机的起动时间最短。只是在起动过程快结束前,当转速达到给定值,此时转速调节器SR的输入△U=0,但此刻其输出仍维持在Usim,所以电动机仍在Idrn作用下加速,必然使转速超调。超调后出现△U0,使SR退出饱和,转速环才参与转速调节,使电动机转速稳定下来,并保持在给定速度下运转。 2.3 发挥电流调节器的作用 当电动机突加负载时,轴上转矩的平衡遭到了破坏,从而产生了电动机转速的降落。在这个系统中,是靠测速发电机测出这个转速降落,反馈到转速调节器的输入端,使它发挥调节作用(此时SR为不饱和状态),此时电流调节器跟随Usim发挥调节作用,使电动机电枢电压加大,电动机的转矩增加,经过一段时间的调节,最后电动机轴上转矩达到新的平衡。由产生与原来一样大小的转矩,来与负载转矩相平衡。这样就可能维持电动机转速不变,抵抗电网电压波动的影响。 由此可见,当电网电压波动