材料成形及控制恒值控制系统分析

第三节 恒压、恒流控制系统
晶闸管式电源的外特性，是通过控制角α来实现 的，利用改变触发电路的输入控制UK来改变α。 用不同的方式确定UK，就可以获得不同形状的外 特性。 一、闭环控制基本原理
闭环控制基本原理
பைடு நூலகம்
有电压负反馈：经电压采样环节（电位器分压）得到反 馈量mUf 有电流负反馈：经电流采样环节（分流器）得到反馈量 nIf 反馈量mUf 、nIf 分别与给定量Ugu、Ugi 比较、放大、 综合得到控制电压UK输入触发电路，来控制脉冲的相位。
在调速系统中一般采用反馈控制。 在晶闸管调速 系统中，存在几种不同的反馈方式：
转速负反馈； 电压负反馈； 电流正反馈。
由于采用了转速负反馈，所以不论扰动的来 源是什么（例如负载的变化、电源电压的变化、 励磁电流的变化等），只要引起被调量转速的变 化，都可被测速发电机检测出来。
但是，系统对测速发电机本身的扰动所产生 的影响，是无法克服的。
1）同时采用电压、电流负反馈 当Ugu、Ugi一
定时，如图曲线4。
∂U f = − K2n
∂I f
K1m
2）按电压大小采用反馈
当电压大于一定值时只用电流负反馈；当电压 小于此值时，同时采用电流负反馈和电压负反 馈，可以得到陡降且带外拖的外特性，可以有 比较大的短路电流，如图曲线5。
④单相桥式半控整流电路
加入控制电压ug使T开始导通的角度α称为控 制角，θ= π－α称为导通角，如前图所示。改 变加入触发脉冲的时刻以改变控制角α，称为“触 发脉冲的移相”。控制角α的变化范围称为移相范 围。在单相桥式可控整流电路中，晶闸管的移相 范围是0～π。当α=0时，导通角θmax=π，称为 全导通。
Uk=K3[K1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)] K1K2K3为放大倍数。一般Uk 很小，只有零点几伏到几 伏，且K3的值比较大，于是
K1(Ugu-mUf)+K2(Ugi-nIf)=0
1、只有电压负反馈 Ugu-mUf=0
Uf
≈
1 m
U
gu
m为分压比，是常数。Uf取决于Ugu 。一旦Ugu 给 定，Uf也就不变，可得到恒压外特性，如图曲线1。
转速负反馈直流调速系统是一种基本的闭 环调速系统。但要实现转速负反馈须安装一 台检测转速的测速发电机，这增加了设备的 成本。有些对调速指标要求不高的场合，甚 至无法安装测速发电机，而代之以设备更简 单的其他类型的反馈，如电压负反馈代替测 速负反馈。
问题：这类调速系统中的被调量是电动机的端 电压。负载变动所引起的整流电路内阻压降的变化 通常是调速系统中最常见的一种扰动。由于它包含 在反馈回路内，因而电压负反馈可对这类扰动起一 定的补偿作用。但由于励磁或负载变化，引起的负 载电流Ia在电枢电压上的压降RaIa的变动所造成的 转速变化是不能通过电压负反馈来予以补偿的。
第三章 材料成形及控制 中恒值控制系统分析
第一节 概述
一．材料成形及恒值控制系统的常用类型
恒值控制系统是指自控系统的被控制量保 持恒值或基本恒定输出的系统。在该系统中， 输入信号所保持的恒定值即为给定值，它和被 调量所要求的值是对应的。恒值控制系统的任 务就是克服各种对系统的干扰因素，维持系统 输出的被控制量为一定的数值。
①晶闸管（也称可控硅）的结构及符号为
其中 A – 为阳极 K – 为阴极 G– 为控制极， 是一种大功率的功率放大倍数很高的半导体器件。
②晶闸管的导通条件：a. 阳—阴极之间加上一 定大小的正向电压；b. 控制极—阴极之间加正 向触发电压。 ③晶闸管的关断条件：a. 主回路电压（或电流） 减小到零（实际上是维持电流）；b. 在阳极— 阴极之间加一反向电压。
由此可见，改变加入触发脉冲的时刻，就 可改变晶闸管T的导通角θ，使负载上得到的 电压平均值也随之改变，从而达到可控整流的 目的。经计算，输出平均电压值 VL=0.9u2(1+cosα)/2。
二. 材料成形及控制恒值控制系 统的特点
对象的物理现象十分复杂，变化因素多； 同一控制对象可有不同的被控制量输出。
第二节 直流电动机恒速控制系统
直流电动机是材料成形及控制工程中应 用最广泛的驱动装置，而直流电动机恒速控 制系统则是材料成形及自动控制设备的重点 研究对象。
n = U − Ia Ra KEΦ
在直流电动机恒速控制系统中，最常用的就是晶闸 管调速系统。而在晶闸管调速系统中，电动机是控制对 象，转速n是被调量。
2、只有电流负反馈 Ugi-nIf=0
If
≈
1 n
U
gi
n为分流比是常数，Ugｉ=c，If不变，可得到恒流的 外特性，如图曲线2。
3、用电流截止负反馈 只用电流负反馈，但不是一直起作用，而是在电流
负反馈电路中加一比较电压，使得只有当If超过一定 限度后才有电流负反馈作用，如图曲线3。
4、复合负反馈
材料成形及控制四大工艺（焊接、铸造、 锻压和热处理）所包的专业学科内容十分广 泛，但从常用恒值自动控制系统的组成、控制 系统中的控制对象和执行机构看，恒值自控系 统常用类型如下：
恒温控制系统 恒压、恒流控制系统 恒速控制系统 电弧弧长恒值控制系统 各种激光器激励电源恒压、恒流控制系统
附：晶闸管简介