电拖开环/闭环V-M系统分析

电拖开环/闭环V-M系统分析

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1.直流电动机

首先直流电动机的调速是比较简单的。直流电动机主要就是电刷和换相片。
电刷就是固定在壳子上的，不动的；换相片有若干片，在转子上。

2.他励直流电动机的基本方程

根据转速表达式，很容易就可以得到调速的三种方式：
1.电枢回路串电阻
2.改变电枢电压
3.弱磁
然后就可以得到3组曲线：

然后电枢串电阻就是改变斜率的；调节电枢电压就是改变交点的；弱磁则都会改变。

3.所谓四象限运行

决定象现的因素就是转矩T与转速n的关系
1.n>0,T>0;正向电动
2.n>0,T<0;正转回馈制动
3.n<0,T<0;反向电动
4.n<0,T<0;反转回馈制动
然后T其实是跟电枢电流Ia的方向一致的。

4.开环V-M系统

4.1首先控制过程：
Uc变化，GT变化,VT的触发角变化，电枢电压变化，然后引起n的变化。
V的组成可以是，单相半波，三相半波，三相全波等等
如果说V是可控整流电路，也就是这种

值得注意的是，如果单组可控整流电路，电流方向一定。电流不允许反向，也就是只能1或14象现运行。
如果V是全控整流电路，也就是

这个就可以实现有源逆变，也可以使得输出电压反向。如果要想电机四象限运行，可以用两组全控整流电路

4.2若V为三相半波
首先可以画出系统的等效图：

然后列出平衡方程：

4.3电流连续与断续
所谓电流的连续与断续其实就是决定于电路的电感大小和负载大小。
如果负载很小，也就意味着n很大，也就是说反电动势就比较大，由于我们是晶闸管整流电路，在ud0和Ea比较的时候，udo比Ea大的部分就减少，也就是说导通角会变小，此时若电感值不够大的话，电流就会断续。
4.4机械特性曲线
根据之前的公式（3），在触发角一定的时候，机械特性曲线应该是一条直线，**但是在电流断续的时候，只可以在很短的时间内用转矩的表达式，这个时候我们可以看等效电路图，空载相当于断路，随着负载的减轻，等效电阻R会越来越大，斜率也就越来越大。**所以画出的机械特性曲线为：

4.4开环调速

可以画出稳态

其实根据就是：

Ks其实是测出来的，在一定的范围内，输入电压和整流的电压是有线性关系的。

4.5指标

4.5.1静差率s：就是系统在某一转速下运行，系统从空载到额定负载时候的转速降/此时的空载转速

也就是只要在低转速下静差率满足要求，则在高转速下s也一定满足要求。

4.5.2调速范围D

就是额定负载下的最大转速/最小转速

5转速闭环V-M调速系统

优点：为了提高D、
缺点：对于转速给定环节及转速检测环节本身的误差，反馈调节无能无力

稳态流程图：

整理之后可以得到：

这个叫做有静差转速单闭环系统的静特性方程
所谓静特性方程就是转速与转矩（负载电流）的关系
为什么叫有静差？
从开环和闭环的表达式可以看出

然后相同情况下：

也就是说在单闭环下，转速降是缩小（K+1）倍的，但是是存在的，所以叫有静差。

6.晶闸管装置的动态传递函数

由于晶闸管整流装置的失控，所以说这是一个滞后环节

7.直流电动机的动态传递函数

于是得到直流电机的流程图：

8.整理得到单闭环V-M动态流程图：

再根据劳斯判据找到稳定条件：

稳定条件

9.无静差的V-M——用的PI

稳态结构图：

Uct是先比例，后积分，再饱和
动态结构图：
就是把电机和晶闸管的传递函数换掉了

10.1.突加负载的调节过程

首先TL1,Uct1的时候是稳定的，再t2突然加负载到TL2，电机肯定n下降，根据转速反馈，Uct上升，所以ud0上升，所以电枢电流肯定要增大，直到电枢电流等于负载电流等效值，也就是电磁转矩=负载转矩的意思，这个时候转速下降到最低，也就是t2点，但是由于积分环节的滞后作用，uct还是再变大，导致U0变大，电枢电流变大，所以电磁转矩变大，还大于负载转矩所以超调。然后转速的上升使得转速差变小，使得uct变小，直到0.
结论：
稳态时，电容相当于断路（直流），开环放大倍数很大，响应快
动态时，放大倍数不大保证稳定，积分环节消除误差。

10.双闭环V-M

电流无静差内环，转速无静差外环，也就是转速环提供电流环的基准值，依靠电流来控制n
值得注意的是，转速环和电流环都有饱和值，也就是说被限幅了，此时pi调节器就是一个中间环节，没有任何调节效果的。所以也对应了最大移相角，说白了就是触发角的最小值，触发角越小，平均整流电压越大嘛。
电流无静差内环：说白了也就是通过控制电流来控制转矩来控制转速。

10.1稳态分析，就是转速降为0
首先明确电流环是不能饱和的，如果你电流环饱和了，也就是说晶闸管的输出电压调不了了，这就失控了。所以在稳态下就只有转速环的饱和与不饱和

10.2动态分析——有转速变化

启动：
第一阶段：
Ud0有了，所以Ia有了，所以n开始变大，由于惯性的存在，一开始的转速差很大使得ASR饱和，就只能靠ACR强迫电枢电流升高到最大值，因为这时段反电动势比较小，所以产生电枢电流的电压就比较小，也就是触发角β还稍稍大于βmin。
第二阶段：
由于ASR饱和，所以在一定的转速差内，电枢电流都是Iam，所以是恒流启动，恒流就决定了恒定的电磁转矩，所以加速度恒定，随着转速的上升，Ea必然上升，所以此时的ACR时一直调节的
第三阶段：
转速达到给定值，但由于PI的积分环节滞后ASR输出负的偏差电压，通过ACR，使得电流下降。在一开始的时刻内由于现在是启动，负载转矩很小的，所以一开始虽然电流下降了，但还是加速，直到电磁转矩=负载转矩。
具体如下图所示：

								如有不对，敬请指正