交直流调速系统-第三章-双闭环直流调速系统课件

*,交直流调速系统,哪里有逻辑，那里就有自动化控制,第三章 双闭环直流调速系统,2024/11/15,3.2,双闭环调速系统的静特性分析,3.3,双闭环调速系统的启动过程分析,3.1,双闭环调速系统的构成,3.4,双闭环调速系统的动态性能,3.5,双闭环直流调速系统实训,目录,Contents,2024/11/15,【,知识目标,】,1.,理解单闭环直流调速系统的局限性及其改进方法。,2.,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。,3.,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。,4.,理解双闭环直流调速的启动过程及其特点。,4.,理解转速调节器和电流调节器的作用。,6.,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。,2024/11/15,3.1,双闭环直流调速系统的构成,2024/11/15,一、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。,2024/11/15,一、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。,2024/11/15,二、双闭环调速系统的构成,转速调节器,电流调节器,电流互感器,测速发电机,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。,2024/11/15,5.,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。,2024/11/15,6.,具有限幅电路的,PI,调节器,（以,DJK04,挂件调节器,I,为例）,A,B,（,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。,2024/11/15,6.,具有限幅电路的,PI,调节器,（以,DJK04,挂件调节器,I,为例）,A,B,（,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。,2024/11/15,6.,具有限幅电路的,PI,调节器,（以,DJK04,挂件调节器,I,为例）,A,B,（,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。,2024/11/15,A,B,（,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。,6.,具有限幅电路的,PI,调节器,（以,DJK04,挂件调节器,I,为例）,2024/11/15,A,B,（,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,U,B,6.,具有限幅电路的,PI,调节器,（以,DJK04,挂件调节器,I,为例）,2024/11/15,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。,2024/11/15,1,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？,2024/11/15,3.2,双闭环调速系统的静特性分析,2024/11/15,一、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？,输入偏差为零；,输出不一定为零；,输出与输入没关系。,2024/11/15,2.,参数之间的关系,（,1,）,反馈系数一定的情况下，转速由转速给定唯一决定。,2024/11/15,2.,参数之间的关系,（,2,）,ASR,的输出取决于负载（电流）的大小。,2024/11/15,2.,参数之间的关系,（,3,）,ACR,的输出取决于转速给定和负载电流的大小。,2024/11/15,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，,I,d,I,dl,时，电机转速开始上升。,2024/11/15,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，,U,d,和,U,ct,也要线性增长，要使,ACR,的输出,U,ct,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,I,dm,。,2024/11/15,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。,2024/11/15,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。,2024/11/15,1,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？,2024/11/15,3.4,双闭环调速系统的动态性能,2024/11/15,一、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,。,2024/11/15,二、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：,2024/11/15,二、动态抗干扰性能,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,：,2024/11/15,三、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。,2024/11/15,1,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？,2024/11/15,3.5,双闭环直流调速系统实验,2024/11/15,一、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.,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。,2024/11/15,1,、调节器如何进行调零？,预习效果检查,2,、如何调节调节器的输出限幅值？,3,、转速调节器、电流调节器的正负限幅值分别设定为多少？,4,、转速调节器、电流调节器的反馈电阻和电容接入值是多少？,5,、双闭环直流调速系统的给定采用正给定还是负给定？为什么？,6,、双闭环直流调速实验给定不为零的情况下能直接起动吗？,7,、理论上讲，给定不变逐渐增大负载电流，电机转速会什么怎样？,实验后交流与总结,8,、怎样测试双闭环直流调速系统的静特性？,