情境二 情境二 10KW10KW 轧钢机轧钢机 (( 龙门刨床龙门刨床 ))双闭环不可逆直流调速系统的调速双闭环不可逆直流调速系统的调速 任务一 : 双闭环调速系统分析 1.1 转速、电流双闭环调速系统的特点

1.1.11.1.1 单闭环调速系统存在的问题单闭环调速系统存在的问题 1.1. 用一个调节器综合多种信号，各参数间相互用一个调节器综合多种信号，各参数间相互

影响， 影响， 2.2. 环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才

能进行调节，因而转速动态降落大。能进行调节，因而转速动态降落大。 3.3. 电流截止负反馈环节限制起动电流，不能充电流截止负反馈环节限制起动电流，不能充

分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，起动时间较长。起动时间较长。

最佳理想起动过程最佳理想起动过程 :: 在电机最大电流（转在电机最大电流（转

矩）受限制条件下，希望充分利用电机的允许过矩）受限制条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值。矩）为允许的最大值。

改进思路：为了获得近似理想的过渡过程，改进思路：为了获得近似理想的过渡过程，并克服几个信号综合在一个调节器输入端的缺点，并克服几个信号综合在一个调节器输入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分来加以控制，用两个调节器分别调节转量电流分来加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。。

1.1.21.1.2 转速、电流双闭环调速系统的特点转速、电流双闭环调速系统的特点

系统特点：系统特点： （（ 11 ）两个调节器，一环嵌套一环；速度环是外环，电流）两个调节器，一环嵌套一环；速度环是外环，电流

环是内环 。环是内环 。 （（ 22 ）两个）两个 PIPI 调节器均设置有限幅 ；一旦调节器均设置有限幅 ；一旦 PIPI 调节器限幅调节器限幅

（即饱和），其输出量为恒值，输入量的变化不再影响（即饱和），其输出量为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和；即输出，除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使该调节器处于断开。而输出未达限幅时，调节器才起使该调节器处于断开。而输出未达限幅时，调节器才起调节作用，使输入偏差电压在调节过程中趋于零，而在调节作用，使输入偏差电压在调节过程中趋于零，而在稳态时为零。稳态时为零。

（（ 33 ） 电流检测采用三相交流电流互感器。） 电流检测采用三相交流电流互感器。 （（ 44 ） 电流、转速均实现无静差。由于转速与电流调节器） 电流、转速均实现无静差。由于转速与电流调节器

采用采用 PIPI 调节器，所以系统处于稳态时， 转速和电流均调节器，所以系统处于稳态时， 转速和电流均为无静差。转速调节器为无静差。转速调节器 ASRASR 输入无偏差，实现转速无输入无偏差，实现转速无静差。静差。

1.21.2 转速、电流双闭环调速系统的工作原理转速、电流双闭环调速系统的工作原理

1.2.11.2.1 双闭环调速系统的组成双闭环调速系统的组成双闭环调速系统原理图如下：双闭环调速系统原理图如下：

静态结构图：静态结构图：

1.2.21.2.2 双闭环系统的静特性双闭环系统的静特性⑴⑴ 电流调节环电流调节环 电流环的给定信号是速度调节器的输出信号电流环的给定信号是速度调节器的输出信号

Ui*,Ui*, 电流环的反馈信号来自交流电流互感器及整电流环的反馈信号来自交流电流互感器及整流电路或霍尔电流传感器，其值为 电流电路或霍尔电流传感器，其值为 电流反馈系数。流反馈系数。

网压波动时系统的自动调节过程：网压波动时系统的自动调节过程：

,dfi IU

⑵ ⑵ 转速调节环转速调节环 ASRASR 调节器的给定输入由稳压电源提供，其幅调节器的给定输入由稳压电源提供，其幅

值不可能太大，一般在十几伏以下。当给定为最大值不可能太大，一般在十几伏以下。当给定为最大值 时 ，电动机应达到最高转速 ，一般为时值 时 ，电动机应达到最高转速 ，一般为时机的额定转速 。机的额定转速 。

当 为定值时，由当 为定值时，由 ASRASR 调节器可使电动机调节器可使电动机转速恒定，克服负载扰动的影响，其系统的调节过转速恒定，克服负载扰动的影响，其系统的调节过程如下：程如下：

*maxnU Nn

*nU

nIUUUUnUUnI ddctiinndl 0** 0)(

⑶⑶ 双闭环调速系统的静特性 双闭环调速系统的静特性

双闭环系统的静特性如图所示：双闭环系统的静特性如图所示：

双闭环调速系统静特性的分析：双闭环调速系统静特性的分析：

-A -A 段段①①ASRASR 不饱和。 ②不饱和。 ② ACRACR 不饱和。不饱和。 或或 nn00 为理想空为理想空

载转速。此时转速载转速。此时转速 nn 与负载电流 无关，与负载电流 无关，完全由给定电压 所决定。电流给定有如完全由给定电压 所决定。电流给定有如下关系： 。因下关系： 。因 ASRASR 不饱和， 故 不饱和， 故 。 。 nn00AA 这段静特性从 一直延伸这段静特性从 一直延伸到 。到 。

0n

A—BA—B 段段①①ASRASR 饱和。 ②饱和。 ② ACRACR 不饱和。 电流跟随 不饱和。 电流跟随

, , 起到了过流保护作用。起到了过流保护作用。 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 IdId

mm 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。在起动或堵转时，负载电流达到要调节作用。在起动或堵转时，负载电流达到 IdIdmm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节器作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的器作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。双闭环系统只能抑制起动或堵转时的自动保护。双闭环系统只能抑制起动或堵转时的过电流，但当系统发生其他故障引起过电流时，过电流，但当系统发生其他故障引起过电流时，系统不能保护，需另设过电流保护电路。系统不能保护，需另设过电流保护电路。

1.2.31.2.3 双闭环调速系统起动过程分析 双闭环调速系统起动过程分析

突加给定系统起动过程分析 ：突加给定系统起动过程分析 ：

第第 II阶段 ： 电流上升阶段（阶段 ： 电流上升阶段（ 0 ~ t10 ~ t1 ）） 突加突加 Un* → ΔUnUn* → ΔUn很大→很大→ ASRASR迅速饱和→迅速饱和→

Ui*Ui*＝ ＝ Uim* →UctUim* →Uct 、、 Ud0Ud0 、、 IdId迅速上升迅速上升→→ nn上升→上升→ Id↑≈IdmId↑≈Idm 时， 时， UiUi＝ ＝ Uim* Uim* 。。在本阶段：在本阶段： ASRASR 由不饱和迅速饱和（由不饱和迅速饱和（ UnUn增增长慢）。长慢）。 ACRACR 不饱和（不饱和（ UiUi增长快）。增长快）。

第 第 II II 阶段 ： 恒流升速阶段（阶段 ： 恒流升速阶段（ t1 ~ t2t1 ~ t2 ））ASRASR 饱和→饱和→ Ui*≈Uim*→Id≈Idm→Ui*≈Uim*→Id≈Idm→ 电机以恒加电机以恒加速度上升（速度上升（ nn线性上升至线性上升至 nn** ））n↑→E↑→Id↓→Ui↓→ΔUi↑→Uct↑→Udn↑→E↑→Id↓→Ui↓→ΔUi↑→Uct↑→Ud0↑→Id↑0↑→Id↑ （（ IdId维持维持 IdmIdm 不变 ）在本阶段中：不变 ）在本阶段中：（（ 11 ）由于）由于 nn 的线性增长，使的线性增长，使 EE 为一个线性渐增为一个线性渐增的干扰量，的干扰量， ACRACR 起调节作用，使起调节作用，使 UctUct 和和 UUd0d0基基本上线性增长；（本上线性增长；（ 22 ）调整过程中，）调整过程中， IdId略低于略低于IdmIdm ，保证，保证 ΔUΔU>0,>0,UctUct线性上升。恒流升速阶线性上升。恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。段是起动过程中的主要阶段。

第Ⅲ阶段 ： 转速调节阶段（第Ⅲ阶段 ： 转速调节阶段（ t2t2 以后）以后） ΔUnΔUn＝＝ 0 (n0 (n＝ ＝ n*)→ASRn*)→ASR仍饱和→仍饱和→ Ui≈ Uim* Ui≈ Uim*

→Id≈ Idm>IL→n↑>n* →ΔUn<0 →ASR→Id≈ Idm>IL→n↑>n* →ΔUn<0 →ASR 退饱退饱和→和→ Ui*↓<Uim*→Id↓→Id < IL→n↓→n∞Ui*↓<Uim*→Id↓→Id < IL→n↓→n∞（转速可能会经过几次振荡，但转速环会进行调（转速可能会经过几次振荡，但转速环会进行调节）。节）。

结论：起动过程中，结论：起动过程中， ASRASR 饱和后，系统成为恒饱和后，系统成为恒流调节系统；流调节系统； ASRASR 退饱和后，系统达到稳定运行退饱和后，系统达到稳定运行时，表现为一转速无静差调速系统。时，表现为一转速无静差调速系统。

任务二：双闭环可逆直流调速系统任务二：双闭环可逆直流调速系统

2.12.1 实现可逆的方法：实现可逆的方法： 由由 TT＝＝ CmΦIdCmΦId知，改变电机转矩方向有两种知，改变电机转矩方向有两种方法：方法：

（（ 11 ）改变电枢电流）改变电枢电流 IdId 的方向（电枢可逆） 的方向（电枢可逆） Id →Id → 电枢可逆系统→改变电枢可逆系统→改变 UdUd 的方向实现 的方向实现

（（ 22 ）改变电机励磁磁通）改变电机励磁磁通 ΦΦ 的方向（磁场可逆） 的方向（磁场可逆） Φ→Φ→磁场可逆系统→改变磁场可逆系统→改变 IfIf 的方向实现的方向实现

2.22.2 常用的可逆线路：常用的可逆线路：

（（ 11 ）接触器切换线路——适用于不经常正）接触器切换线路——适用于不经常正反转的生产机械。反转的生产机械。

（（ 22 ）晶闸管开关切换线路——适用于中、）晶闸管开关切换线路——适用于中、小功率的可逆系统。 小功率的可逆系统。

（（ 33 ）两组晶闸管反并联线路——适用于各）两组晶闸管反并联线路——适用于各

种可逆系统。 种可逆系统。