交直流调速

1.晶闸管整流器-电动机调速系统：简称V-M系统。

这种拖动装置的直流电源是利用晶闸管整流器的直流电压向提升电动机供电，所以又称晶闸管整流器。

电动机的电枢和磁场均可由晶闸管整流器供电，因为该整流器的直流电压可通过触发延迟角均匀调节，电动机的转速便可以得到均匀改变而达到无级调速。

晶闸管整流器:通过调节触发装置GT 的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压Ud，从而实现直流电动机的平滑调速。

2.脉宽调制变换器-直流电动机调速系统：简称直流脉宽调速系统、直流PWM调速系统。

与V-M系统相比的优越性：①主电路简单，需要的电力电子器件很少；②开关频率高，电流容易连接，谐波少，电动机损耗及发热都较小；③低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；④若于快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；⑤电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；⑥直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器较高。

PWM变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压大小，以调节电动机转速。

3.对于调速系统转速控制的要求：①调速：在一定的最高转速和最低调速范围内，分档地（有级）或平滑的（无级）调节转速；②稳速：以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；③加、减速：频繁起动、制动的设备要求加速、减速尽量快，以提高生产率，不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。

4.稳态性能指标：调速范围D：生产机械要求电动机提供的最高转速n max和最低转速n min之比。

静差率s：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落△nN与理想空载转速n0之比。

5.UPE：用户端口功能——UPE的主要作用是将特定的UNI要求与CF和SMF相适配，主要功能有：终结UNI功能；A/D转换和信令转换；UNI 的激活/去激活等。

6.PID调节器：比例（P）控制，积分（I）控制，微分（D）控制作用：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。

比例调节器的输出只取决于输入偏差的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

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。

7.转速、电流反馈控制直流调速系统的动态分析过程：第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）：（电流从0到达最大允许值）在t=0时，系统突加阶跃给定信号U n*，在ASR和ACR两个PI调节器的作用下，I d很快上升，在I d上升到I dl之前，电动机转矩小于负载转矩，转速为零。

当I d ≥I dL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，ASR输入偏差电压仍较大，ASR很快进入饱和状态，而ACR一般不饱和。

直到I d = I dm ，U i = U*im。

第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）：（I d基本保持在I dm,电动机加速到了给定值n*。

）ASR调节器始终保持在饱和状态，转速环仍相当于开环工作。

系统表现为使用PI调节器的电流闭环控制，电流调节器的给定值就是ASR调节器的饱和值U*im，基本上保持电流I d = I dm不变，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它是一个线性渐增的斜坡扰动量，系统做不到无静差，而是I d略低于I dm。

第Ⅲ阶段：转速调节阶段（t2以后）（起始时刻是n上升到了给定值n*。

）n上升到了给定值n*，ΔU n=0。

因为I d>I dm，电动机仍处于加速过程，使n超过了n* ，称之为起动过程的转速超调。

转速的超调造成了ΔU n<0，ASR退出饱和状态，U i和I d很快下降。

转速仍在上升，直到t=t3时，I d= I dl ，转速才到达峰值。

在t3~t4时间内，I d <I dl，转速由加速变为减速，直到稳定。

如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡的过程。

在第Ⅲ阶段中，ASR和ACR都不饱和，电流内环是一个电流随动子系统。

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。

双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形。

8.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，它使转速很快地跟随给定电压变化, 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动机允许的最大电流。

电流调节器的作用：1）在转速外环的调节过程中，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。

4）当电动机过载甚至堵转时，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。

9.退饱和超调：转速调节器一旦饱和后，只有当转速上升到给定电压所对应的给定值时，反馈电压才与给定电压平衡，此后，转速偏差电压变成负值，使ASR退出饱和。

ASR开始退饱和时，由于电动机电流I d仍大于负载电流I dl ，电动机继续加速，直到I d< I dl时，转速才降低。

这不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调，称作“退饱和超调”。

10.矢量控制系统的特点与存在的问题：特点：1）按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控制。

2）转子磁链系统控制对象是稳定的惯性环节，可以采用磁链闭环控制，也可以采用开环控制。

3）采用连续的PI控制，转矩与磁链变化平稳，电流闭环控制可以有效的限制起、制动电流。

问题：1）转子磁链计算精度受易于变化的转子电阻的影响，转子磁链的角度精度影响定向的准确性。

2）需要进行矢量变换，系统结构复杂，运算量大。

11.伺服系统：由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成，除了位置传感器外，可能还需要电压、电流和速度传感器。

基本要求：1）稳定性好。

2）精度高。

3）动态响应快。

4）抗扰动能力强。

基本特征：1）必须具备高精度的传感器，能准确的给出输出量的信号。

2）功率放大器及控制系统都必须是可逆的。

3）足够大的调速范围及足够强的低速带载性能。

12. 转速调节器的含义及作用： 含义：转速调节器将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器。

作用：1、速度调节。

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、抗扰作用。

对负载变化起抗扰作用。

3、限制电机最大电流。

其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

13. 负载电流，空载电流，功率的关系：负载电流是指电机拖动负载时实际检测到的定子电流数值，此值随着负载的大小而变化。

为有功电流。

空载电流：当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余绕组开路时，流过线路端子的电流。

为无功电流。

异步电动机空载运行时，定子三相绕组中通过的电流，称为空载电流。

绝大部分的空载电流用来产生旋转磁场，称为空载激磁电流，是空载电流的无功分量。

还有很小一部分空载电流用于产生电动机空载运行时的各种功率损耗（如摩擦、通风和铁芯损耗等），这一部分是空载电流的有功分量，因占的比例很小，可忽略不计。

因此，空载电流可以认为都是无功电流。

从这一观点来看，它越小越好，这样电动机的功率因数提高了，对电网供电是有好处的。

如果空载电流大，因定子绕组的导线截面积是一定的，允许通过的电流是一定的，则允许流过导线的有功电流就只能减小，电动机所能带动的负载就要减小，电动机出力降低，带过大的负载时，绕组就容易发热。

但是，空载电流也不能过小，否则又要影响到电动机的其他性能。

14. 步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可 行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定？ 答：因为定子电压频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。

在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减少，电动机将出力不 足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和，励磁电流将过大，电动机将遭到破坏。

因此保持电压恒定不可行。

在基频以下时，若保持电压不变，则气隙磁通增加，由于磁路饱和，将使励磁电流过大，破 坏电动机，故应保持气隙磁通不变，即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上 时，受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高，故保持电压恒定。

2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n rpm D s ∆==⨯⨯=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。

已知直流电动机60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V •min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ∆为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ∆又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ∆=⨯=⨯= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =∆=+= (3) [(1)]10000.050.95] 2.63/min N n n S D s r ∆=-=⨯⨯=2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解： 1）()s n s n D N N -∆=1/1015002%/98%N n =⨯∆⨯15002%/98%10 3.06/min N n r ∆=⨯⨯=2）()7.31106.3/1001/=-=-∆∆=cl op n n K2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解： ()()12881511=⨯+=∆+=∆cl op n K n如果将开环放大倍数提高到30, 则速降为： ()()rpm K n n op cl 13.4301/1281/=+=+∆=∆在同样静差率要求下，D 可以扩大937.1/21=∆∆cl cl n n 倍3.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。