《直流调速系统》word版

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1、第八章直流调速系统8.3.3单闭环调速系统的动态分析    上面，我们讨论了单闭环调系统的稳态性能，通过引入转速负反馈并且有了足够大的放大倍数K后，就可以减少稳态速降，满足系统的稳态要求。但是，放大系数过大的可能引起闭环系统动态性能变差，甚至造成系统不稳定，必须采取适当校正措施才能使系统正常工作并满足动态性能要求。为此，必须分析系统的动态性能。单闭环调速系统的动态数学模型    为了进行系统的动态分析，必须搞清楚组成系统各环节的特性，建立各环节的传递函数，最终建立起整个系统的动态数学模型——系统的传递函数。下面我们针对图8.33的单闭环调速系统建立各环节及系统

2、的数学模型。    （1）额定励磁下直流电动机的传递函数    图8.30绘出了额定励磁下他励直流电动机的等效电路，其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器的电阻与电感在内，规定在正方向如图中所示。图8.30直流电动机等效电路    由图8.30可列出微分方程如下：    ①在电流连续的条件下，直流电动机电枢回路的电压平衡方程式为                                                            （8.59）    ②电动机轴上的转矩和转速应服从电力拖动系统的运动方程式，在忽略粘性磨擦的情况下，

3、可得转矩平衡方程式为                                                              （8.60）    式中，TL——包括电动机空载转矩在内的负载转矩，单位为N·m；    GD2——电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮惯量，单位为N·m2；    考虑到Te=CmId和E=Cen，并定义下列时间常数：    ——电枢回路的电磁时间常数，单位为s；    ——电力拖动系统的机电时间常数，单位为s。    将其代入式（8.59）和（8.60）并整理后得                        

4、                                 （8.61）                                                                （8.62）    式中，——负载电流。    在零初始条件下，对式（8.61）和（8.62）取拉氏变得电压与电流和电流与电动势之间的传递函数分别为                                                         （8.63）                                           

5、                （8.64）    联合式（8.63）和（8.64）并考虑到可得直流电动机的动态结构图如图8.31（a）所示。由图可知，直流电动机有两个输入量，即理想空载整流电压Udo和负载电流IdL，前者为控制输入量，后者是扰动输入量。如果不需要表现出电流Id，通过结构图变换，可变成图8.31（b）；如果负载电流IdL为零，则可进一步简化为图8.31（c）。图8.31电流连续时直流电动机的动态结构图    （2）晶闸管触发和整流装置的传递函数    由于晶闸管整流装置总离不开触发电路，因此在分析系统时往往把它们看成一个整体，当作一个环节处理。

6、这一环节的输入量是触发电路的控制电压Uct，输出量是理想空载整流电压Udo。如果在一定范围内将非线性特性线性化，可以把它们之间的放大系统Ks视作常数，则晶闸管触发和整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节，其传递函数为                                                             （8.65）    式中，Ts——晶闸管触发和整流装置的失控时间，单位为s。    晶闸管触发和整流装置之所以存在滞后作用是由于整流装置的失控时间造成的。众所周知，晶闸管是一个半控型器件，在阳极正向电压下供给门极触发脉冲就能

7、使其导通，一旦导通，门极便失去了控制作用。改变控制电压Uct，虽然触发脉冲相位可以移动，但是必须在正处于导通的元件完成其导通周期关断后，整流电压Udo才能与新的脉冲相位相适应，因此造成整流电压Udo滞后于控制电压Uct的情况。如图8.32所示，以三相半波纯电阻负载整流电路为例。假设在t1时刻A相晶闸管触发导通，控制角为下降为Uct1。如果控制电压t2时刻发生变化，由Uct1下降为Uct2，但是由于A相晶闸管已经导通，Uct2引起的控制角的变化对它已不起作用，平均整流电压Udo1并不会立即生产反应，必须等到t3时刻后A相晶闸管关断，触发脉冲才有可能控制B相晶闸管

8、。设Uct2对应的控制角为，则B相晶闸