电力拖动自动控制系统是工业生产中的重要组成部分,尤其在直流调速系统中,陈伯时提出的转速电流双闭环调速系统是一种广泛应用的方案。这种系统通过转速和电流两个闭环来实现对电动机的精确控制,兼顾了动态响应和稳态精度。
转速电流双闭环调速系统的构成主要包括转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR)。系统设计的目的是在起动和抗扰动过程中,能够灵活控制电流和转矩的动态行为。在起动时,电流环(内环)先工作,通过限制最大起动电流以防止电机过载,确保安全起动;当系统进入稳态后,转速环(外环)开始发挥作用,保证转速的稳定。
在起动性能方面,单闭环系统存在局限,电流截止负反馈只能限制最大电流,但无法有效控制电流动态波形,可能导致起动时间延长。理想的起动过程是电流呈方形波,转速线性增长,以实现快速起动。双闭环系统则通过设置两个调节器分别控制转速和电流,实现了在起动阶段电流控制为主,稳态时转速控制为主的目标。
转速电流双闭环直流调速系统的工作原理是,电流调节器ACR内环控制电机的电流,而转速调节器ASR外环控制电机的转速。两者的连接方式是嵌套的,电流环内部,转速环外部,形成了一个内外环结构。两个调节器通常采用带有限幅功能的PI控制器,以防止输出超出设备承受范围。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值,电流调节器ACR的限幅电压限制了电力电子变换器的输出电压。
限幅电路在系统中起到关键作用,当调节器输出达到限幅值时,相当于该环路进入开环状态,输入变化不会影响输出。不饱和状态下,PI控制器使得输入偏差电压在稳态时为零。电流检测电路通常通过电流互感器实现,监测电机的实际电流。
系统在稳态时有两种主要特性:转速调节器不饱和和饱和。不饱和时,电流调节器未达到限幅,电流可以连续调整,形成系统静特性中的水平部分,允许电机在不超过最大电流Idm的范围内运行。当转速调节器饱和时,系统转化为电流无静差的单闭环系统,此时电机转速不再受转速环控制,电流调节器保证电流恒定。
静特性曲线展示了系统在不同工作状态下的输出转速与输入电流的关系。在不饱和状态,静特性从Id=0直至Id=Idm,形成水平运行段。饱和状态下,系统转变为电流闭环,转速不受转速调节器影响,电流维持在设定的最大值Idm。
总结而言,陈伯时的转速电流双闭环直流调速系统通过内外环的巧妙设计,实现了动态和静态性能的优化,确保了电机在起动、运行及扰动条件下的高效、安全控制。这一技术在现代工业自动化中仍然具有广泛的应用价值。