双闭环直流调速系统课件

1、双闭环直流调速系统,1,3双闭环直流调速系统,学习目标： 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。,双闭环直流调速系统,2,3.1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

2、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。,双闭环直流调速系统,3,一、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 。,双闭环直流

3、调速系统,4,二、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

4、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。,双闭环直流调速系统,5,5.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。,双闭环直流调速系统,6,6.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。,双闭环直流调速系统,7,6.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

5、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。,双闭环直流调速系统,8,6.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。,双闭环直流调速系统,9,6.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

6、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。,双闭环直流调速系统,10,6.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,双闭环直流调速系统,11,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

7、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。,双闭环直流调速系统,12,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？,双闭环直流调速系统,13,3.2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,

8、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？,双闭环直流调速系统,14,2.参数之间的关系,(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。,双闭环直流调速系统,15,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，IdIdm),(2)发生堵转时(ASR饱和，Id=Idm) ,n=0,双闭

9、环系统的静特性曲线如右图示,实线为理想特性，虚线为实际特性,双闭环直流调速系统,16,双闭环系统的静特性为两段特性：,恒转速调节-水平段 ：电流 增加，但转速不变。,恒电流调节-竖直段：该段可看作电机的起动和堵转过程。,因为转速由转速给定值决定，转速给定没变，所以转速不变。,恒流调节阶段，ASR饱和，电流给定和电枢电流均达到最大值，电流调节器起主要调节作用，系统主要表现为恒电流调节，起到自动过电流保护作用。,两段静特性是用PI调节器构成内、外两个闭环的控制效果。,起动时，转速从零升到给定值；堵转时，转速从给定值降为零。,双闭环直流调速系统,17,思考题：,2试分析下列情况下，双闭环调速系统的哪

10、个环起主要调节作用？实现什么调节？ (1)启动时 （2）正常工作时 （3）急速升速时 （4）电动机堵转时,3“转速调节器不饱和时双闭环系统相当于转速单闭环调节，转速调节器饱和时双闭环系统相当于电流单闭环调节。”这种说法正确吗？,1双闭环调速系统如果ACR是PI调节器，而ASR是P调节 器，能否实现无静差调速？,双闭环直流调速系统,18,二、稳态参数计算,稳态参数关系回顾：,特例：堵转情况,ASR输出达到限幅值，即,(反馈系数的整定方法),双闭环直流调速系统,19,解：（1）,(2)堵转时,双闭环直流调速系统,20,思考题：,1系统设计时如何整定转速反馈系数和电流反馈系数？,(1) 如何变化？,

11、(2) 如何变化？,(3) 值由哪些条件决定？,双闭环直流调速系统,21,3.3双闭环调速系统的起动过程分析,回顾：,引入电流环的目的是解决单闭环调速系统直接起动电流过大的问题。,那么双闭环调速系统能不能直接起动呢？,双闭环调速系统的起动过程分析，是其工作原理分析的主要内容,起动过程分析研究的主要内容：,(1)电枢电流和电机转速的变化；,(2)ASR和ACR的工作状态。,双闭环直流调速系统,22,一、起动过程的三个阶段,系统从静止突加给定起动，起动过程中电流、转速波形图如右图示。过程分为三个阶段：,阶段I-电流上升阶段,阶段II-恒流升速阶段,阶段III-转速调整阶段。,电流从零升到最大值。,

12、电枢电流保持恒定，电机升速到给定值。,ACR退出饱和，电流从最大值下降到与负载电流相等。,双闭环直流调速系统,23,双闭环系统原理图,阶段I-电流上升阶段分析,突加转速给定时，转速为零，转速反馈也为零，ASR的输出偏差较大，ASR的输出迅速达到限幅值，电流环在最大给定值控制下，电机电流迅速增大到最大允许值Idm，当IdIdl时，电机转速开始上升。,双闭环直流调速系统,24,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

13、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。,双闭环直流调速系统,25,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

14、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。,双闭环直流调速系统,26,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。,双闭环直流调速系统,27,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

15、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。,双闭环直流调速系统,28,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？,双闭环直流调速系统,29,3.4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

16、；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 。,双闭环直流调速系统,30,二、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

17、以电网电压升高为例加以分析，电流环的结构图如下图示 ：,双闭环直流调速系统,31,三、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。,双闭环直流调速系统,32,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？,双闭环直流调速系统,33,一、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