第2章 转速反馈控制的直流调速系统课件.ppt

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1、第2章转速反馈控制的直流调速系统电力拖动自动控制系统—运动控制系统内容提要直流调速系统用的可控直流电源稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性转速反馈控制的直流调速系统直流调速系统的数字控制转速反馈控制直流调速系统的限流保护转速反馈控制直流调速系统的仿真2.1直流调速系统用的可控直流电源晶闸管整流器-电动机系统直流PWM变换器-电动机系统V-M调速系统直流PWM调速系统引言：旋转变流机组旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）G-M系统工作原理由原动机（柴油机、交流异步或同步电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流if即可改变

2、其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard(沃德-伦纳德)系统。2.1.1晶闸管整流器-电动机系统图2-1晶闸管整流器-电动机调速系统（V-M系统）原理图给定触发电路整流电路平波电抗器励磁环节直流电动机V-M系统工作原理调节控制电压Uc移动触发装置GT输出脉冲的相位改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。改变电动机转速n开环系统V-M系统主要问题一、V-M系统的机械特性二、V-M系统整流部分的传递函数一、V-M系统的机械特性机械特性：在励磁磁通一定的情况下：V-M系统的机械特性等效为：

3、需建立V-M系统的电压方程！一、V-M系统的机械特性整流装置等效电路直流电动机等效电路V-M系统等效电路(2-2)式中E——电动机反电动势(V)；id——整流电流瞬时值(A)；L——主电路总电感(H)；R——主电路总电阻(Ω)。V-M系统电压方程(2-2)对上式在一个周期内求积分：V-M系统电压方程反电势与转速之间的关系：当电流波形连续时，V-M系统的机械特性方程式为（2-7）式中，Ce——电动机在额定磁通下的电动势系数一、V-M系统的机械特性如何确定?Ud0：整流器输出的直流电压平均值对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，可用下式表示(2-3)式中，α——从自然换相点

4、算起的触发脉冲控制角；Um——α=0时的整流电压波形峰值；m——交流电源一周内的整流电压脉波数。整流器输出的直流电压平均值整流电路单相全波三相半波三相桥式（全波）m236表2-1不同整流电路的整流电压波峰值、脉冲数及平均整流电压讨论：电流的连续和断续当系统负载较小、回路电感较小、触发角加大时均有可能造成电流的断续；电流的连续和断续对V-M系统的机械特性影响较大。当采用三相桥式全控整流电路时：图2-5电流连续时V-M系统的机械特性特点：相互平行，硬度不变虚线部分：电流较小，可能出现断续电流连续时V-M系统机械特性图2－6电流断续V-M系统机械特性在电流连续区，显示出较硬的机械

5、特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。电流断续时V-M系统机械特性特点：结论：只要电流连续，晶闸管可控整流器可以看做一个线性的可调电压源！电流脉动在整流变压器二次侧额定相电压u2的瞬时值大于反电动势E时，晶闸管才可能被触发导通。导通后如果u2降低到E以下，靠电感作用可以维持电流id继续流通。由于电压波形的脉动，造成了电流波形的脉动。图2-3带负载单相全控桥式整流电路的输出电压和电流波形在Id上升阶段，电感储能；在Id下降阶段，电感中的能量将释放出来维持电流连续。图2－4V-M系统的电流波形(a)电流连续图2－4V-M系统的电流波形（b）电流断续当负载电流较

6、小时，电感中的储能较少，等到Id下降到零时，造成电流波形断续。脉动电流的危害及其抑制危害：脉动部分的交流分量会增加电机的发热，产生转矩脉动抑制措施：（1）增加整流电路相数，或采用多重化技术；（2）设置电感量足够大的平波电抗器。思考：如何确定电感值？二、晶闸管触发和整流装置的传递函数晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节，得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：式中，Ud——平均整流电压，Uc——控制电压，Ks——晶闸管整流器放大系数。稳态参数放大系数

7、的计算图2-7晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定晶闸管触发和整流装置的输入量是ΔUc，输出量是ΔUd，晶闸管触发和整流装置的放大系数Ks可由工作范围内的特性斜率决定。如果没有得到实测特性，也可根据装置的参数估算。实测方法举例动态过程：失控现象失控时间和纯滞后环节滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。失控时间是个随机值。最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。最大失控时间平均失控时间式中，f——交流电源频率(Hz)，m——一周内整流电压的脉波数。整流电路