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1、直流调速的调速方法,电力拖动自动控制系统,课前说明1,根据直流电机转速方程,直流调速方法,由此可以看出，有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压 U；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻 R。,（1）调压调速,工作条件：保持励磁=N；保持电阻 R=Ra调节过程：改变电压 UN U U n，n0 调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。,（2）调阻调速,工作条件：保持励磁=N；保持电压 U=UN；调节过程：增加电阻 Ra R R n，n0不变；调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。,（3）调磁调速,工作条件：保持电压 U=UN；保持电阻 R=R a；调节过程：减小励磁 N n，
2、n0 调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。,调磁调速特性曲线,三种调速方法的性能与比较,对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。,通过触发角度（）来控制电枢电压,电力拖动自动控制系统,课前说明2,三相桥式全控整流电路带电阻负载触发角度（）=0时的波形,图2-18 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0时的波形,三相桥式全控整流电路带电阻负载触发角度（）=30时的波形,图2-19
3、三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30时的波形,三相桥式全控整流电路带电阻负载触发角度（）=60时的波形,图2-20 三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60时的波形,PI调节器,电力拖动自动控制系统,第 1 节,两种调节器优缺点,采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp 越大，系统相应快速性越高；但 Kp 过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。,阶跃给定下 两种调节器特性比较,。,。,图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程a)阶跃输入 b)一般输入,I调节器 输入输出的动态过程,为何要
4、选用PI调节器,那么，如果既要稳态精度高，又要动态响应快，该怎么办呢？只要把比例和积分两种控制结合起来就行了，这便是比例积分控制。,PI调节器输出时间特性,分析结果,由此可见，比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。,速度调节器及电流调节器的作用,电力拖动自动控制系统,第 2 节,转速调节器的作用,（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电机允
5、许的最大电流。,电流调节器的作用,（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。,（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。,启动过程分析,电力拖动自动控制系统,第 3 节,理想的启动过程,理想起动过程波形如图，这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。
6、,图2-1 b)理想的快速起动过程,解决思路,为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。,期望的控制方式,我们希望能实现控制：起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈。稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？,转速、电流双闭环直流调速系统的组成,为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反
7、馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI 调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。,系统稳态结构图,调节器限幅,转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。,限幅作用,存在两种状况：饱和输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输
8、出间的联系，相当于使该调节环开环。不饱和输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。,系统静特性,实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。,两个调节器的作用,双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。,在稳态工作点上，转速 n 是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量U*i是由负载电流 IdL 决定的；控制电压 Uc 的大小则同
9、时取决于 n 和 Id，或者说，同时取决于U*n 和 IdL。,给定与检测电路（转速）,根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。这里给定电压：正转时，U*n=“+”；反转时，U*n=“-”。转速反馈：正转时，Un=“-”，反转时，Un=“+”。,给定与检测电路（电流）,电流反馈电压：正转时，Ui=“+”；反转时，Ui=“-”。注意：由于电流反馈应能否反映极性，因此图中的电流互感器需采用直流电流互感器或霍尔变换器，以满足这一要求。,控制电路,控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最
10、大起制动电流；电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角 min 与最小逆变角 min。,起动过程分析,设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于下图。,图2-7 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形,起动过程,由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。,第I阶段电流上升的阶段（0 t1）,突加给定电压 U*n 后，Id 上升，当 I
11、d 小于负载电流 IdL 时，电机还不能转动。当 Id IdL 后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值 U*im，强迫电流 Id 迅速上升。,第I阶段,第 I 阶段,直到，Id=Idm，Ui=U*im 电流调节器很快就压制 Id 了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。,第 II 阶段恒流升速阶段（t1 t2）,在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定，因而系统的加速度
12、恒定，转速呈线性增长。,第 II 阶段,第 II 阶段,与此同时，电机的反电动势E 也按线性增长，对电流调节系统来说，E 是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，Ud0和 Uc 也必须基本上按线性增长，才能保持 Id 恒定。当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id 应略低于 Idm。,第 II 阶段,恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中 ACR是不应饱和的，电力电子装置 UPE 的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。,第 阶段转速调节阶段（t2 以后）,当转速上升到给定值时，转
13、速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于负载电流 IdL，转速就继续上升。,第 阶段,第 阶段,直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（t=t3时）。,第 阶段,此后，电动机开始在负载的阻力下减速，与此相应，在一小段时间内（t3 t4），Id IdL，直到稳定，如果调节器参数整定得不够好，也会有一些振荡过程。,第 阶段,在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转
14、速调节作用，而ACR则力图使 Id 尽快地跟随其给定值 U*i，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。,第 阶段,在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使 Id 尽快地跟随其给定值 U*i，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。,分析结果,综上所述，双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）准时间最优控制。,饱和非线性控制,根据ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调
15、速系统，而电流内环表现为电流随动系统。,转速超调,由于ASR采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，ASR 的输入偏差电压 Un 为负值，才能使ASR退出饱和。这样，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。,准时间最优控制,起动过程中的主要阶段是第II阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。,正向运行过程系统状态,系统正向运行过程,-,-,P,n,TA电流互感器,GTF正组触发,制动过程
16、分析,电力拖动自动控制系统,第 4 节,晶闸管-电动机系统的回馈制动,1.晶闸管装置的整流和逆变状态 在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为（4-1）,当控制角为 90，晶闸管装置处于整流状态；当控制角为 90，晶闸管装置处于逆变状态。,因此在整流状态中，Ud0 为正值；在逆变状态中，Ud0 为负值。为了方便起见，定义逆变角=180，则逆变电压公式可改写为 Ud0=Ud0 max cos,逆变电压公式,单组晶闸管装置的有源逆变,单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源
17、逆变状态。,a）整流状态：提升重物，90，Ud0 E，n 0由电网向电动机提供能量。,Id,b）逆变状态：放下重物 90，Ud0 E，n 0 由电动机向电网回馈能量。,Id,c）机械特性,整流状态：电动机工作于第1象限；逆变状态：电动机工作于第4象限。,TL,图4-3 单组V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态,两组晶闸管装置反并联的整流和逆变,两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样。现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。,a)正组晶闸管装置VF整流,VF处于整流状态：此时，f 90
18、，Ud0f E，n 0 电机从电路输入能量作电动运行。,P,Id,b)反组晶闸管装置VR逆变,当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的。这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态。,VR逆变处于状态：此时，r 90，E|Ud0r|，n 0 电机输出电能实现回馈制动。,P,Id,c）机械特性范围,c)机械特性运行范围,整流状态：V-M系统工作在第一象限。逆变状态：V-M系统工作在第二象限。,V-M系统的四象限运行,在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶
19、闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，就可实现电动机的四象限运行。归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表中。,V-M系统反并联可逆线路的工作状态,反并联的晶闸管装置的其他应用,即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。,工作过程,正向运行过程：速度调节器 Un*(正)=Un(负)Un=0 Ui*(负)恒定（I分量作用）电流调节器Ui*(
20、负)=Ui(正)Ui=0 Uct(负)恒定（I分量作用）此时，Id为正，且保持恒定值=IdlUdof 为正，功率部分向电机供电，正组工作在整流状态,正向运行过程系统状态,系统正向运行过程,-,-,P,n,制动过程系统响应曲线,-Idm,IdL,-Ucm,E,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,制动过程,整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.本组逆变阶段；II.它组制动阶段。现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。,I.本组逆变阶段,在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组VF流通，具体过程如
21、下：速度调节器 Un*(0),Un(负)Un(负)Ui*(正)=Ui*m电流调节器Ui*(正)=Ui*m,Ui(正)Ui正 Uct(负)Uct*m Udof反向Id(正)且 Idl 转速开始下降。L两端感应出很大的电压，起主导作用，开始向回路输出存储的能量，以阻止Id的减小，电能通过正组反馈回电网此时正组工作在逆变状态。直到Id=0为止,本组逆变过程系统状态,Id,-,-,TA电流互感器,GTF正组触发,制动过程系统响应曲线,-Idm,IdL,-Ucm,E,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,.它组制动阶段,当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第 I 阶段结束，转
22、到反组 VR 工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。它组制动阶段又可分成三个子阶段：它组建流子阶段；它组逆变子阶段；反向减流子阶段。,它组建流子阶段,在这阶段中，电流过零并反向速度调节器 Un*(0),Un(负)Un(负)Ui*(正)=Ui*m电流调节器Ui*(正)=Ui*m,Ui(负)Ui正 Uct(负)Uct*m Udof反向当电流过零时 减小，所以反组功率部分起主导作用，向回路输出功率，提供了反向的电流，反组工作在整流状态下。Udor 方向与E的方向一致，导致Id迅速反向增大，电动机处于反接制动状态，转速下降。直到Id接近-Idm为止,反接制动过程系统
23、状态,Id,-,-,制动过程系统响应曲线,-Idm,IdL,-Ucm,E,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,它组逆变子阶段,在这阶段中，电流反向并超调速度调节器 Un*(0),Un(负)Un(负)Ui*(正)=Ui*m电流调节器Ui*(正)=Ui*m,Ui(负且超调)Ui(负)Uct(负到正)Udor正向当电流反向并超调时，电流调节器退出饱和状态，由于调节器I分量的作用，使Id跟随速度调节器保持在接近-Idm附近。所以转速处于恒减速状态。此时由于电流无变化，接近于零（充电完成）电感不释放能量，电动机在负载的带动下将负载的机械能转化为电能，通过反组回馈电网，电动机处
24、于回馈制动状态，反组工作于逆变状态。,它组回馈制动过程系统状态,-,-,反向减流子阶段,在这一阶段，转速下降得很低，负载机械能很低，转化的电能也很少，无法再维持-Idm，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压 LdId/dt 支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。电机随即停止，整个制动过程到此结束。,M,VR,VF,-1,AR,GTR,GTF,Uc,ASR,ACR,U*n,+,-,Un,Ui,U*i,+,-,TG,Lc1,Lc2,Lc3,Lc4,TM,TA,Ld,Uc,反向减流过程系统状态,0,-,-,制动过程系统响应曲线,-I
25、dm,IdL,-Ucm,E,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,系统可逆运行曲线,弱磁调速系统,电力拖动自动控制系统,第 5 节,概 述 在他励直流电动机的调速方法中，前面讨论的调电压方法是从基速（即额定转速 nN）向下调速。如果需要从基速向上调速，则要采用弱磁调速的方法，通过降低励磁电流，以减弱磁通来提高转速。,电压与弱磁的配合控制,两种调速方式,1.恒转矩调速方式 按照电力拖动原理，在不同转速下长期运行时，为了充分利用电机，都应使电枢电流达到其额定值 IN。于是，由于电磁转矩 Te=Km Id，在调压调速范围内，因为励磁磁通不变，容许的转矩也不变，称作“恒转矩调
26、速方式”。,2.恒功率调速方式 而在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许的转矩不得不减少，转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，是为“恒功率调速方式”。,由此可见，所谓“恒转矩”和“恒功率”调速方式，是指在不同运行条件下，当电枢电流达到其额定值 IN 时，所容许的转矩或功率不变，是电机能长期承受的限度。实际的转矩和功率究竟有多少，还要由其具体的负载来决定。,恒转矩类型的负载适合于采用恒转矩调速方式，而恒功率类型的负载更适合于恒功率的调速方式。但是，直流电机允许的弱磁调速范围有限，一般电机不超过 1:2，专用的“调速电机”也不过是 1:3 或 1:4。,当负载要求的调速范围更大时，就不得不
27、采用调压和弱磁配合控制的办法，即在基速以下保持磁通为额定值不变，只调节电枢电压，而在基速以上则把电压保持为额定值，减弱磁通升速，这样的配合控制特性示于下图。,电压与弱磁的配合控制,Te,N,nN,nmax,UN,U,P,图2-35 变压与弱磁配合控制特性,电枢电压与励磁配合控制特性,从图中可知：调压与弱磁配合控制只能在基速以上满足恒功率调速的要求，在基速以下，输出功率不得不有所降低。,系统组成,TVD,AE,图2-36 非独立控制励磁的调速系统,系统部件说明,图中TVD 电压隔离器；AE 电动势运算器；AER 电动势调节器；,工作原理,控制的基本思想 根据 E=Ke n 原理，若能保持电动势E
28、不变，则减少电动机的励磁磁通，可以达到提高转速的目的。为此，在励磁控制系统中引入电动势调节器 AER，利用电动势反馈，使励磁系统在弱磁调速过程中保持电动势 E 基本不变。,电动势的检测：,由于直接电动势比较困难，因此，采用间接检测的方法。通过检测电压 Ud 和电流 Id，根据 E=Ud RId+LdId/dt，由电动势运算器 AE，算出电动势 E 的反馈信号 Ue。电动势的给定：由RP2提供基速时电动势的给定电压Ue*，并使Ue*=90-95%UN。,控制过程,在基速以下调压调速:设置 n Ue，AER饱和，相当于电势环开环；AER的输出限幅值设置为满磁给定，加到励磁电流调节器AFR，由AFR
29、调节保持磁通为额定值；用RP1调节转速，此时，转速、电流双闭环系统起控制作用；,控制过程,在基速以上弱磁升速:调节RP1提高转速给定电压，使转速上升。当 n 90%UN 时，E 90%UN，使 Ue*Ue，AER开始退饱和，减少励磁电流给定电压，从而减少励磁磁通，以提高转速。,系统运行分析,如果负载是恒功率负载，则 Id 和 Ud 都保持满磁时的稳态值不变；如果是恒转矩负载，则随着下降，Id 和Ud 都上升，所以在电动势给定设置时留有5%的余量，让 Ud 可以上升到100%UN。,逻辑无环流系统,电力拖动自动控制系统,第 6 节,可逆V-M系统中的环流问题,1.环流及其种类环流的定义：采用两组
30、晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如下图中所示。,环流的形成,Id,Ic,Ic 环流Id 负载电流,环流的危害,危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。,控制原理,逻辑控制的无环流可逆系统 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。,逻辑控制的无环流可逆系统,本节
31、将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。（1）系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：,图4-11 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图,逻辑控制的无环流系统结构,系统结构的特点,主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器 Ld，以保证稳定运行时电流波形连续；控制系统采用转速、电流双闭环方案；电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR；,系统结构的特点（续）,1ACR的给定信号经反号器AR作为2ACR的给定信号
32、，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。,系统结构的特点（续）,1ACR的给定信号经反号器AR作为2ACR的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正
33、组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。,由于ACR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：正向运行和反向制动时，U*i为正；反向运行和正向制动时，U*i为负。又因为 U*I 极性的变化只表明系统转矩反向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为DLC的另一个输入信号。,制动过程系统响应曲线,-Id,IdL,-Uc,n,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,DLC的输出要求,正向运行：VF整流，开放VF，封锁VR；反向制动：VF逆变，开放VF，封锁VR；反向运行：VR整流，开放VR
34、，封锁VF；正向制动：VR逆变，开放VR，封锁VF；因此，DLC的输出有两种状态：VF开放 Ublf=1，VF封锁 Ublf=0；VR开放 Ublr=1，VR封锁 Ublr=0。,DLC的内部逻辑要求,对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；根据输入信号，做出正确的逻辑判断；为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时间：(1)t1延时 关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；2-3ms(2)t2延时 触发等待时间，以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。5-7ms,具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放
35、脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。,无环流逻辑控制环节的实现,无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任务是：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组VR工作时，封锁正组而开放反组。通常都用数字控制，如数字逻辑电路、微机软件、PLC等，用以实现同样的逻辑控制关系。,软件逻辑控制,图4-12 逻辑控制切换程序流程图,无环流系统可逆运行曲线,其他问题,电力拖动自动控制系统,第 7 节,1.扰动问题的分析,扰动：除给定外作用在控制系统上，并引起调节量发生变化的因素。闭环负反馈系统对闭环内的扰动因素具有抗干扰能力，利用系统的反馈功能反馈检测功能通过
36、调节器输入（给定与反馈的差值）的变化来改变调节器的输出从而达到对扰动量的负向调节，快速消除扰动带来的不良影响。,扰动的分类,闭环反馈系统能够对闭环内的扰动产生进行调节，但对反馈环的扰动因素不能进行调节。例如：负载变化的扰动，励磁变化的扰动，电源的波动等可以进行调节。速度反馈的扰动（编码器），电流反馈的扰动（电流检测元件）等不能进行调节,2.开环前馈补偿（预控）,模拟和数字控制系统在模拟控制系统中，所有检测和控制环节都连续并行工作。来自给定和反馈的信号能够很快的通过控制环节影响被调量，相应快。速度控制系统的工作模式是离散的，串行的，必然会有一定的滞后，响应速度比模拟系统慢。,数字控制系统中，第k
37、个周期初采样的给定量及反馈量由各环节一步步的串行处理，算出电力变流器的控制量，到k+1周期初，才送到变流器的触发电路，另外当反馈中有大纹波，需采用平均采样时，在第k个周期初采样到得反馈量是第k-1个周期的平均值，又滞后了半个采样周期。为了克服这个缺点，在设计数字控制系统时，广泛使用开环前馈补偿（预控）技术来加快响应。数字控制装置计算功能强，精度高，也为预控的应用提供了条件。,为什么采用开环前馈补偿,开环前馈补偿（预控）的定义,开环前馈补偿（预控）是根据给定量及系统参数估算出控制对象所需的控制量，绕过闭环调节器直接作用于控制现象。在这种开环复合系统中被调量对给定的跟随主要是靠开环，闭环系统主要是
38、解决稳定和精度问题。,带预控的直流调速框图,dt,CPC,A,n,i,T*,Tp*,T,ASR,ACR,-,-,+,+,Uc,up*,Tp*,uc,i*,RG-斜坡给定环节 ASR-速度调节器 ASR-速度调节器A-功率放大器 CPC-电流预控环节 NPC-速度预控环节,电流预控（CPC）环节：,根据电流给定i*、电动机参数R和L及电动势e，来计算A所需的控制电压Uc，电流预控环节输出Up*=(i*R+Ldi*/dt+e)/KAUCUp*+uc(uc为电流调节器输出)。,速度预控（NPC）环节：,根据转速给定及机械惯性时间常数Tm，来计算转矩控制环输入T*,转速预控环节输出Tp*=Tm dn/dt,T*=Tp*+T(T为速度调节器输出)。,预控后的效果,采用预控以后，数字控制系统可以获得和模拟控制系统同样的响应，两种系统的6脉波晶闸管变流器的响应时间都可以做到10ms,3.扰动观测器,1,直流装置在励磁上的应用,2,
