§3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：理解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的局限性及其改進(jìn)方法。掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其特點(diǎn)，能畫出其原理圖。掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性分析方法，能進(jìn)行相關(guān)靜態(tài)計(jì)算。理解雙閉環(huán)直流調(diào)速的啟動(dòng)過程及其特點(diǎn)。理解轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用。能在實(shí)驗(yàn)室熟練完成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的接線和根本單元的調(diào)試，會(huì)測(cè)試雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。編輯課件§3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成一、問題的提出----雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的背景開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最容易實(shí)現(xiàn)；但它沒有抗干擾能力，負(fù)載電流變化或電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速都會(huì)發(fā)生變化，因此，僅適用干擾小、對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。轉(zhuǎn)速負(fù)反響單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是對(duì)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的改進(jìn)，對(duì)作用于閉環(huán)內(nèi)前向通道上的干擾均有調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速更穩(wěn)定，調(diào)速性能更好，假設(shè)采用PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。但由于系統(tǒng)對(duì)電樞電流沒有調(diào)節(jié)作用，還存在局限性：(1)不能全壓起動(dòng)，否那么電流過大。

(2)當(dāng)電機(jī)過載或堵轉(zhuǎn)時(shí)，沒有過電流保護(hù)作用。編輯課件一、問題的提出----雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的背景改進(jìn)措施：再引一個(gè)電流調(diào)節(jié)環(huán)，對(duì)電樞電流起調(diào)節(jié)作用，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。②電機(jī)過載或堵轉(zhuǎn)時(shí)，起限電流保護(hù)。預(yù)期目標(biāo)①使電動(dòng)機(jī)能在給定電壓下直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流不超過最大允許值，既保證電動(dòng)機(jī)有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)過程較快，又能保障系統(tǒng)平安。編輯課件二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流互感器測(cè)速發(fā)電機(jī)4.兩調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)：(1)均采用PI調(diào)節(jié)器；(2)都設(shè)有輸出限幅值轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值(電流給定最大值)決定了

；電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅值(控制電壓最大值)決定了

。3.電流反響的實(shí)現(xiàn)方法：(1)在直流側(cè)檢測(cè)：在電機(jī)主回路中串入一取樣電阻，取樣電阻上的壓降能同時(shí)反映電樞電流的大小和方向。(2)在交流測(cè)檢測(cè)：交流側(cè)電流大小與電樞電流成正比，利用電流互感器、二極管正流器可得到與交流側(cè)電流正比例的直流電壓，可作為電流反響電壓，只反映電樞電流的大小。2.給定電壓、反饋電壓的極性分析：判斷依據(jù)：調(diào)節(jié)器有反相作用；觸發(fā)電路控制電壓為正；同一調(diào)節(jié)器反饋與給定極性相反。

1.雙閉環(huán)：外環(huán)：轉(zhuǎn)速環(huán)，對(duì)轉(zhuǎn)速起調(diào)節(jié)控制作用；內(nèi)環(huán)：電流環(huán)，對(duì)電樞電流起調(diào)節(jié)控制作用。編輯課件5.具有PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR結(jié)構(gòu)相同。編輯課件6.具有限幅電路的PI調(diào)節(jié)器

(以DJK04掛件調(diào)節(jié)器I為例)AB(1)輸入端：三個(gè)輸入端用其中兩個(gè)。一般選用兩個(gè)對(duì)稱輸入端，即2接給定、3接反響。R1-C2；R2-C3為輸入端濾波電路。***假設(shè)2接給定、1接反響，那么R3-C1構(gòu)成微分反響環(huán)節(jié)。編輯課件6.具有限幅電路的PI調(diào)節(jié)器

(以DJK04掛件調(diào)節(jié)器I為例)AB(2)輸入端保護(hù)電路：防止同相與反相輸入端有較大電壓差。運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端在理論上相當(dāng)于虛短路，電位相同。編輯課件6.具有限幅電路的PI調(diào)節(jié)器

(以DJK04掛件調(diào)節(jié)器I為例)AB(3)反響支路：PI調(diào)節(jié)器反響支路需接入電阻和電容。DJK4掛件上，假設(shè)4—5—6之間呈虛線圖，說明R7、C5需要從DJK08中接入；假設(shè)是實(shí)線圖，說明掛件內(nèi)部已有此電阻電容，不虛外接。編輯課件6.具有限幅電路的PI調(diào)節(jié)器

(以DJK04掛件調(diào)節(jié)器I為例)AB(4)調(diào)零電路：正常狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器接成比例調(diào)節(jié)器時(shí)，假設(shè)所有輸入端都接地，那么調(diào)節(jié)器的輸出電壓應(yīng)為零，否那么應(yīng)進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零方法：①調(diào)節(jié)器接成比例調(diào)節(jié)器；②三個(gè)輸入端都接地；③調(diào)節(jié)調(diào)零電位器RP3使7端輸出電壓盡量接近于零。編輯課件6.具有限幅電路的PI調(diào)節(jié)器

(以DJK04掛件調(diào)節(jié)器I為例)AB(5)限幅電路：VD3-RP1構(gòu)成正向輸出限幅電路，VD4-RP2構(gòu)成負(fù)向輸出限幅電路。RP1調(diào)節(jié)正向限幅值，RP2調(diào)節(jié)負(fù)向限幅值。工作原理：當(dāng)輸出電壓為正時(shí)，輸出最大值不會(huì)超出A點(diǎn)電位，否那么VD4導(dǎo)通，輸出被嵌位(等于A點(diǎn)電位)。同理，輸出負(fù)電壓不超過UB編輯課件雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成具有如下特點(diǎn)：小結(jié)①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR與電流調(diào)節(jié)器ACR為串聯(lián)關(guān)系，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定。②系統(tǒng)有2個(gè)閉環(huán)回路，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)。轉(zhuǎn)速環(huán)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，是主要調(diào)節(jié)；電流環(huán)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電樞電流實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，是輔助調(diào)節(jié)。③為了使系統(tǒng)獲得較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，2個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。④2個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅決定了電樞電流最大值，電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅決定了整流裝置的最大輸出電壓。編輯課件思考題：1．雙閉環(huán)指的是哪2個(gè)環(huán)？?jī)?nèi)環(huán)是什么環(huán)？外環(huán)是什么環(huán)？2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用的是什么調(diào)節(jié)器？為什么？3．兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出限幅值各有什么意義？編輯課件§3.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析一、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與靜特性1.雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)

思考1：什么是穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖？

思考2：穩(wěn)態(tài)時(shí)PI調(diào)節(jié)器輸入-輸出有什么特點(diǎn)？

思考3：上圖中各量之間有什么關(guān)系？輸入偏差為零；輸出不一定為零；輸出與輸入沒關(guān)系。編輯課件2.參數(shù)之間的關(guān)系(1)(2)反響系數(shù)一定的情況下，轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速給定唯一決定。ASR的輸出取決于負(fù)載(電流)的大小。(3)ACR的輸出取決于轉(zhuǎn)速給定和負(fù)載電流的大小。編輯課件即給定不變時(shí)，轉(zhuǎn)速為不變，電流可為任意值。3.雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性

思考4：什么是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性？

思考5：雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流有何關(guān)系？(1)正常工作狀態(tài)下(ASR不飽和，Id<Idm)(2)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)(ASR飽和，Id=Idm),n=0雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性曲線如右圖示實(shí)線為理想特性，虛線為實(shí)際特性編輯課件雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性為兩段特性：恒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)----水平段①

：電流增加，但轉(zhuǎn)速不變。恒電流調(diào)節(jié)----豎直段②：該段可看作電機(jī)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)過程。因?yàn)檗D(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速給定值決定，轉(zhuǎn)速給定沒變，所以轉(zhuǎn)速不變。恒流調(diào)節(jié)階段，ASR飽和，電流給定和電樞電流均到達(dá)最大值，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)主要表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，起到自動(dòng)過電流保護(hù)作用。兩段靜特性是用PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的控制效果。起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵浇o定值；堵轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速?gòu)慕o定值降為零。編輯課件思考題：2．試分析以下情況下，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的哪個(gè)環(huán)起主要調(diào)節(jié)作用？實(shí)現(xiàn)什么調(diào)節(jié)？(1)啟動(dòng)時(shí)

〔2〕正常工作時(shí)

〔3〕急速升速時(shí)

〔4〕電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)3．“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)雙閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí)雙閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于電流單閉環(huán)調(diào)節(jié)。〞這種說法正確嗎？1．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如果ACR是PI調(diào)節(jié)器，而ASR是P調(diào)節(jié)器，能否實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速？編輯課件二、穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)關(guān)系回憶：

特例：堵轉(zhuǎn)情況ASR輸出到達(dá)限幅值，即(反響系數(shù)的整定方法)編輯課件解：〔1〕(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)編輯課件思考題：1．系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)如何整定轉(zhuǎn)速反響系數(shù)

和電流反響系數(shù)

？2．已知條件如例3-1，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min，電動(dòng)機(jī)電流A。試求和。3．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，2個(gè)調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)A時(shí)，V。當(dāng)負(fù)載電流由20A增加到30A時(shí)，試問：(1)如何變化？(2)如何變化？(3)值由哪些條件決定？編輯課件§3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析回憶：引入電流環(huán)的目的是解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直接起動(dòng)電流過大的問題。那么雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能不能直接起動(dòng)呢？雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析，是其工作原理分析的主要內(nèi)容起動(dòng)過程分析研究的主要內(nèi)容：(1)電樞電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化；(2)ASR和ACR的工作狀態(tài)。編輯課件一、起動(dòng)過程的三個(gè)階段系統(tǒng)從靜止突加給定起動(dòng)，起動(dòng)過程中電流、轉(zhuǎn)速波形圖如右圖示。過程分為三個(gè)階段：階段I---電流上升階段階段II---恒流升速階段階段III---轉(zhuǎn)速調(diào)整階段。電流從零升到最大值。電樞電流保持恒定，電機(jī)升速到給定值。ACR退出飽和，電流從最大值下降到與負(fù)載電流相等。編輯課件雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流互感器測(cè)速發(fā)電機(jī)階段I---電流上升階段分析突加轉(zhuǎn)速給定時(shí)，轉(zhuǎn)速為零，轉(zhuǎn)速反響也為零，ASR的輸出偏差較大，ASR的輸出迅速到達(dá)限幅值，電流環(huán)在最大給定值控制下，電機(jī)電流迅速增大到最大允許值Idm，當(dāng)Id>Idl時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速開始上升。編輯課件階段II---恒流升速階段分析雙閉環(huán)原理圖電流轉(zhuǎn)速波形圖該階段從電流到達(dá)最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值結(jié)束；電流保持恒定，轉(zhuǎn)速直線上升；為起動(dòng)過程主要階段。ASR始終處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于電流單閉環(huán)，起恒電流調(diào)節(jié)作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，E增大，要保持電流恒定，Ud和Uct也要線性增長(zhǎng)，要使ACR的輸出Uct線性增長(zhǎng)，ACR的輸入偏差應(yīng)大于零，即電樞電流要略小于最大允許值Idm。編輯課件階段III---轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段分析雙閉環(huán)原理圖電流轉(zhuǎn)速波形圖該階段的主要任務(wù)是：(1)ASR退飽和；(2)降低電流ASR退出飽和的條件：出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR輸入偏差為負(fù)轉(zhuǎn)速超調(diào)：階段II結(jié)束時(shí)，電樞電流仍大于負(fù)載電流，電機(jī)仍在升速，所以出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。ASR退飽和，電流下降：轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差為，其輸出從最大值下降。電流給定減小，電樞電流也減小，當(dāng)與負(fù)載電流相等時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)最大值。當(dāng)電流小于負(fù)載電流時(shí)，電機(jī)減速。最終，轉(zhuǎn)速降到給定值，電流與負(fù)載電流相等，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。編輯課件特點(diǎn)：(1)電流從零升到最大允許值；(2)ASR到達(dá)飽和狀態(tài)起動(dòng)過程總結(jié)階段I---電流上升階段階段II---恒流升速階段特點(diǎn)：(1)電流不變，轉(zhuǎn)速直線上升；(2)ASR維持飽和狀態(tài)階段III---轉(zhuǎn)速調(diào)整階段。特點(diǎn)：(1)轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR退飽和；(2)電樞電流下降到負(fù)載電流。編輯課件指轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有不飽和、飽和、退飽和3種工作狀態(tài)。二、雙閉環(huán)系統(tǒng)起動(dòng)過程的三個(gè)特點(diǎn)(1)飽和非線性(2)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)過程充分發(fā)揮系統(tǒng)的電流過載能力，根本上實(shí)現(xiàn)最大允許電流啟動(dòng)，啟動(dòng)過程最快。(3)轉(zhuǎn)速超調(diào)只有轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR才能使ASR退飽和。編輯課件思考題：1．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程分為哪3個(gè)階段？各階段ASR分別處于什么狀態(tài)？2．電流、轉(zhuǎn)速波形圖形象地反映了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，試默畫之。3．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程有什么特點(diǎn)？編輯課件§3.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能一、動(dòng)態(tài)跟隨性能1.轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)跟隨性能2.電流動(dòng)態(tài)跟隨性能加速過程能表現(xiàn)出很好的動(dòng)態(tài)跟隨性能；減速過程動(dòng)態(tài)跟隨性能較差。加速過程同起動(dòng)過程相似，可在最大允許值電流情況下加速，加速轉(zhuǎn)矩較大；減速時(shí)由于電流不可逆，無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，只能靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)力矩作的作用減速。電流變化慣性小，通過電流環(huán)的調(diào)節(jié)，能使電樞電流及時(shí)跟隨電流給定值變化，使電流環(huán)具有較好的動(dòng)態(tài)跟隨性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)之一。編輯課件二、動(dòng)態(tài)抗干擾性能直流調(diào)速系統(tǒng)最常見的干擾有兩種，即負(fù)載電流的波動(dòng)和電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，對(duì)這兩種擾動(dòng)，系統(tǒng)的抗干擾機(jī)制是不同的。1.抗負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)是由轉(zhuǎn)速環(huán)實(shí)現(xiàn)抗干擾作用的。以負(fù)載電流的突然增加為例分析如下：2.抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)是由電流環(huán)起及時(shí)抗干擾作用

。所謂“及時(shí)〞指的是這種干擾在引起轉(zhuǎn)速的變化之前就由電流環(huán)加以調(diào)節(jié)，完成抗干擾任務(wù)。下面以電網(wǎng)電壓升高為例加以分析，電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖如以下圖示：編輯課件三、兩調(diào)節(jié)器的作用1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用②對(duì)負(fù)載電流變化起抗干擾作用。2．電流調(diào)節(jié)器的作用②對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗干擾作用。①使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。③其輸出限幅值決定了最大電樞電流①使電樞電流跟隨電流給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。③在啟動(dòng)過程中，保證獲得允許的最大電流；在過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，起自動(dòng)過電流保護(hù)作用。編輯課件思考題：1．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)最常見的干擾有哪兩種？分別由哪個(gè)調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)抗干擾作用的？2．在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器ASR、ACR各自的作用是什么？

編輯課件一、要知道實(shí)驗(yàn)做什么？1.根本單元調(diào)試實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)：2.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的線路連接二、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1、熟練掌握單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)接線是進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)的根底?！?.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)3.觀察恒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和恒電流調(diào)節(jié)特性4.測(cè)繪雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性曲線2、熟悉DJK04掛件中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的電路圖及接線