第三章 双闭环直流调速系统PPT幻灯片课件

3双闭环直流调速系统,学习目标：理解单闭环直流调速系统的局限性及其改进方法。掌握双闭环直流调速系统的组成及其特点，能画出其原理图。掌握双闭环直流调速系统静特性分析方法，能进行相关静态计算。理解双闭环直流调速的启动过程及其特点。理解转速调节器和电流调节器的作用。能在实验室熟练完成双闭环调速系统的接线和基本单元的调试，会测试双闭环调速系统的静特性。,1,3.1双闭环直流调速系统的构成,一、问题的提出-双闭环调速系统产生的背景,开环调速系统结构简单，最容易实现；但它没有抗干扰能力，负载电流变化或电网电压波动时，电机转速都会发生变化，因此，仅适用干扰小、对调速性能要求不高的场合。,转速负反馈单闭环调速系统是对开环调速系统的改进，对作用于闭环内前向通道上的干扰均有调节作用，转速更稳定，调速性能更好，若采用PI调节器可以实现无静差调速。但由于系统对电枢电流没有调节作用，还存在局限性：,(1)不能全压起动，否则电流过大。,(2)当电机过载或堵转时，没有过电流保护作用。,2,一、问题的提出-双闭环调速系统产生的背景,改进措施：,再引一个电流调节环，对电枢电流起调节作用，构成双闭环调速系统。,电机过载或堵转时，起限电流保护。,预期目标,使电动机能在给定电压下直接启动，启动电流不超过最大允许值，既保证电动机有较大的启动转矩，启动过程较快，又能保障系统安全。,3,二、双闭环调速系统的构成,4.两调节器的特点：(1)均采用PI调节器；(2)都设有输出限幅值转速调节器的输出限幅值(电流给定最大值)决定了；电流调节器的输出限幅值(控制电压最大值)决定了。,3.电流反馈的实现方法：(1)在直流侧检测：在电机主回路中串入一取样电阻，取样电阻上的压降能同时反映电枢电流的大小和方向。(2)在交流测检测：交流侧电流大小与电枢电流成正比，利用电流互感器、二极管正流器可得到与交流侧电流正比例的直流电压，可作为电流反馈电压，只反映电枢电流的大小。,2.给定电压、反馈电压的极性分析：判断依据：调节器有反相作用；触发电路控制电压为正；同一调节器反馈与给定极性相反。,1.双闭环：外环：转速环，对转速起调节控制作用；内环：电流环，对电枢电流起调节控制作用。,4,5.具有PI调节器的双闭环调速系统,转速调节器ASR、电流调节器ACR结构相同。,5,6.具有限幅电路的PI调节器(以DJK04挂件调节器I为例),(1)输入端：三个输入端用其中两个。一般选用两个对称输入端，即2接给定、3接反馈。R1-C2；R2-C3为输入端滤波电路。*若2接给定、1接反馈，则R3-C1构成微分反馈环节。,6,6.具有限幅电路的PI调节器(以DJK04挂件调节器I为例),(2)输入端保护电路：防止同相与反相输入端有较大电压差。运算放大器的两个输入端在理论上相当于虚短路，电位相同。,7,6.具有限幅电路的PI调节器(以DJK04挂件调节器I为例),(3)反馈支路：PI调节器反馈支路需接入电阻和电容。DJK4挂件上，若456之间呈虚线图，说明R7、C5需要从DJK08中接入；若是实线图，说明挂件内部已有此电阻电容，不虚外接。,8,6.具有限幅电路的PI调节器(以DJK04挂件调节器I为例),(4)调零电路：正常状态下，调节器接成比例调节器时，若所有输入端都接地，则调节器的输出电压应为零，否则应进行调零。调零方法：调节器接成比例调节器；三个输入端都接地；调节调零电位器RP3使7端输出电压尽量接近于零。,9,6.具有限幅电路的PI调节器(以DJK04挂件调节器I为例),(5)限幅电路：VD3-RP1构成正向输出限幅电路，VD4-RP2构成负向输出限幅电路。RP1调节正向限幅值，RP2调节负向限幅值。工作原理：当输出电压为正时，输出最大值不会超出A点电位，否则VD4导通，输出被嵌位(等于A点电位)。同理，输出负电压不超过UB,10,双闭环调速系统的构成具有如下特点：,小结,转速调节器ASR与电流调节器ACR为串联关系，转速调节器的输出作为电流调节器的给定。,系统有2个闭环回路，内环是电流环，外环是转速环。转速环对电动机的转速实现调节，是主要调节；电流环对电动机的电枢电流实现调节，是辅助调节。,为了使系统获得较好的动态和稳态性能，2个调节器均采用PI调节器。,2个调节器的输出都是带限幅的。转速调节器的输出限幅决定了电枢电流最大值，电流调节器的输出限幅决定了整流装置的最大输出电压。,11,思考题：,1双闭环指的是哪2个环？内环是什么环？外环是什么环？,2转速调节器和电流调节器采用的是什么调节器？为什么？,3两个调节器的输出限幅值各有什么意义？,12,3.2双闭环调速系统的静特性分析,一、稳态结构图与静特性,1.双闭环系统的稳态结构,思考1：什么是稳态结构图？,思考2：稳态时PI调节器输入-输出有什么特点？,思考3：上图中各量之间有什么关系？,13,2.参数之间的关系,(1),(2),反馈系数一定的情况下，转速由转速给定唯一决定。,ASR的输出取决于负载(电流)的大小。,(3),ACR的输出取决于转速给定和负载电流的大小。,14,即给定不变时，转速为不变，电流可为任意值。,3.双闭环系统的静特性,思考4：什么是闭环系统的静特性？,思考5：双闭环系统的转速与负载电流有何关系？,(1)正常工作状态下(ASR不饱和，IdIdl时，电机转速开始上升。,23,阶段II-恒流升速阶段分析,双闭环原理图,电流转速波形图,该阶段从电流达到最大值开始，到转速升到给定值结束；,电流保持恒定，转速直线上升；为起动过程主要阶段。,ASR始终处于饱和状态，转速环相当于开环，整个系统相当于电流单闭环，起恒电流调节作用。,随着转速的上升，E增大，要保持电流恒定，Ud和Uct也要线性增长，要使ACR的输出Uct线性增长，ACR的输入偏差应大于零，即电枢电流要略小于最大允许值Idm。,24,阶段III-转速调节阶段分析,双闭环原理图,电流转速波形图,该阶段的主要任务是：(1)ASR退饱和；(2)降低电流,ASR退出饱和的条件：出现转速超调，ASR输入偏差为负,转速超调：阶段II结束时，电枢电流仍大于负载电流，电机仍在升速，所以出现转速超调。,ASR退饱和，电流下降：转速超调后，ASR输入偏差为，其输出从最大值下降。电流给定减小，电枢电流也减小，当与负载电流相等时，电机转速达到最大值。当电流小于负载电流时，电机减速。最终，转速降到给定值，电流与负载电流相等，系统进入正常运行，起动过程结束。,25,特点：(1)电流从零升到最大允许值；(2)ASR达到饱和状态,起动过程总结,阶段I-电流上升阶段,阶段II-恒流升速阶段,特点：(1)电流不变，转速直线上升；(2)ASR维持饱和状态,阶段III-转速调整阶段。,特点：(1)转速超调，ASR退饱和；(2)电枢电流下降到负载电流。,26,指转速调节器有不饱和、饱和、退饱和3种工作状态。,二、双闭环系统起动过程的三个特点,(1)饱和非线性,(2)准时间最优控制,双闭环系统启动过程充分发挥系统的电流过载能力，基本上实现最大允许电流启动，启动过程最快。,(3)转速超调,只有转速超调，ASR才能使ASR退饱和。,27,思考题：,1双闭环调速系统的启动过程分为哪3个阶段？各阶段ASR分别处于什么状态？,2电流、转速波形图形象地反映了双闭环调速系统的启动过程，试默画之。,3双闭环调速系统的启动过程有什么特点？,28,3.4双闭环调速系统的动态性能,一、动态跟随性能,1.转速动态跟随性能,2.电流动态跟随性能,加速过程能表现出很好的动态跟随性能；减速过程动态跟随性能较差。,加速过程同起动过程相似，可在最大允许值电流情况下加速，加速转矩较大；减速时由于电流不可逆，无法实现制动，只能靠负载阻转力矩作的作用减速。,电流变化惯性小，通过电流环的调节，能使电枢电流及时跟随电流给定值变化，使电流环具有较好的动态跟随性能是系统设计的重要任务之一。,29,二、动态抗干扰性能,直流调速系统最常见的干扰有两种，即负载电流的波动和电网电压的波动，对这两种扰动，系统的抗干扰机制是不同的。,1.抗负载扰动负载扰动是由转速环实现抗干扰作用的。,以负载电流的突然增加为例分析如下：,2.抗电网电压扰动电网电压扰动是由电流环起及时抗干扰作用。,所谓“及时”指的是这种干扰在引起转速的变化之前就由电流环加以调节，完成抗干扰任务。下面以电网电压升高为例加以分析，电流环的结构图如下图示：,30,三、两调节器的作用,1转速调节器的作用,对负载电流变化起抗干扰作用。,2电流调节器的作用,对电网电压波动起及时抗干扰作用。,使转速跟随给定电压变化，稳态无静差。,其输出限幅值决定了最大电枢电流,使电枢电流跟随电流给定电压变化，稳态无静差。,在启动过程中，保证获得允许的最大电流；在过载甚至堵转时，起自动过电流保护作用。,31,思考题：,1双闭环调速系统最常见的干扰有哪两种？分别由哪个调节器来实现抗干扰作用的？,2在双闭环调速系统中调节器ASR、ACR各自的作用是什么？,32,一、要知道实验做什么？,1.基本单元调试,实验前指导：,2.双闭环调速系统的线路连接,二、实验前准备,1、熟练掌握单闭环调速系统接线是进行本实验的基础。,3.5双闭环直流调速系统实验,3.观察恒转速调节和恒电流调节特性,4.测绘双闭环系统的静特性曲线,2、熟悉DJK04挂件中两个调节器的电路图及接线方法。,3、掌握调节器调零方法、输出限幅值的调整方法；掌握转速反馈系数、电流反馈系数的调试方法。,4、掌握确定移相控制电压最大值的方法。,33,1、调节器如何进