单闭环直流调速系统.doc

第十七单元晶闸管直流调速系统
第二节单闭环直流调速系统
一、转速负反馈直流调速系统
转速负反馈直流调速系统得原理如图l7-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR、触发器CF、晶闸管变流器U、测速发电机TG等组成。

直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n成正比得转速反馈电压Ufn。
转速给定电压Ugn与Ufn比较,其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn送转速调节器ASR输入端。
ASR输出电压作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud。
本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统。
1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性
设系统在负载TL时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id1,对应转速反馈电压为Ufn1,晶闸管变流器输出电压为Udl。

当电动机负载TL增加时,电枢电流Id也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Ufn也相应下降,
而转速给定电压Ugn不变,ΔU=Ugn-Ufn增加。
转速调节器ASR输出电压Uc增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于就是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为:
TL↑→Id↑→Id(R∑+Rd)↑→n↓→Ufn↓→△U↑→Uc↑→α↓→Ud↑→n↑。
图17-41所示为闭环系统静特性与开环机械特性得关系。

图中①②③④曲线就是不同Ud之下得开环机械特性。
假设当负载电流为Id1时,电动机运行在曲线①机械特性得A点上。
当负载电流增加为Id2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ud也不会变,但由于电枢电流Id增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降。
但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Ufn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASR自动调节,提高晶闸管变流器得输出电压Ud0由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性得B点上。
同理随着负载电流增加为Id3,Id4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性得C,D点上。
将A,B,C,D点连接起来得ABCD直线就就是闭环系统得静特性。
由图可见,静特性得硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性与开环机械特性虽然都表示电动机得转速-电流(或转矩)关系,但两者就是不同得,
闭环静特性就是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)得静态关系,它只就是闭环系统调节作用得结果,就是在每条机械特性上取一个相应得工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。
当负载突然增加时,如图所示由Idl突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ud01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不就是沿着静特性AB直线变化得。
2.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析
对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起得电动机转速变化外,还有其她许多扰动会引起电动机转速得变化,例如交流电源电压得变化、电动机励磁电流得变化等,所有这些扰动与负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速得影响。也就就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中得各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流得变化等)对被调量(如转速)得影响都有强烈得抑制作用。但就是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Ugn得波动与测速发电机得励磁变化引起得转速反馈电压Ufn变化,闭环系统对这种给定量与检测装置得扰动将无能为力。为了使系统有较高得调速精度,必须提高转速给定电源与转速检测装置得精度。
在图17-40所示得转速负反馈调速系统中,当转速调节器ASR采用比例调节器时,则该系统对于给定量Ugn来说,就是有静差调速系统。这种调速系统在稳态时,反馈量与给定量不相等,存在偏差△U,△U=Ugn-Ufn。因为这种调速系统就是依靠偏差△U≠0为前提工作得,就是通过偏差△U得变化来进行调节得,因此系统得反馈量只能减小偏差△U得变化而不能消除偏差,即偏差△U始终存在,不能为零。假如偏差△U=0,则转速调节器(比例调节器)ASR得输出电压Uc=Kp△U=0,晶闸管变流器输出电压Ud0=0,电动机也将不可能运行,系统无法正常运行。
为了分析方便,假定系统中所有环节都就是工作在线性范围内,也就就是说各环节(如调节放大器、触发器及晶闸管变流器、测速发电机等)得输入输出关系都就是线性得,并且假定晶闸管-电动机系统得电动机全部工作在电流连续段,即它得开环机械特性全就是连续段。