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加工中心是否相同的晶体管直流脉宽调制驱动装
控制电路
控制电路的作用是通过对速度给定电压Un*的调节,获得控制角á和速度给定电压Un*
成比例的触发脉冲,用来触发晶体管主电路,以获得和速度给定电压Un*成比例的电枢电压U。为了满足数控机床高性能的调速要求,其控制系统通常采用转速和电流双闭环系统,其控制电路框图如图4.56所示。系统中设置了速度调节器ASR和电流调节器ACR,两个调节器一般都采用带输出限幅的PI调节器。速度调节器ASR的输出限幅值Uim*决定了电流调节器ACR的给定电压最大值,也就决定了系统的允许电流最大值Iam,这个值由电动机允许过载倍数和拖动系统允许加速度决定。电流调节器ACR输出限幅值为Uctm,它限制了晶闸管可控整流装置输出电压的最大值。TG为测速发电机,其测得的转速信号UUn*比较,经速度调节器ASR输出信号Ui*。来自主电路的电流检测环节TA测得的电流信号Ui作为电流调节器的反馈信号,与速度调节器ASR的输出信号U*i进行比较,经电流调节器ACR输出晶闸管触发装置GT的控制电压Uct。

图4.56转速、电流双闭环系统控制电路框图
下面通过分析系统的大给定启动过程来理解控制系统的工作原理。双闭环调速系统在大给定阶跃信号电压Un*作用下,电动机由静止开始启动时,整个启动过程可以分成3个阶段。第I阶段是电流上升阶段。系统加上速度指令电压Un*以后,由于电动机的机电惯性较大,转速增长较慢,即反馈电压Un很小,速度调节器ASR输入偏差ΔUn=Un*Un 数值很大,很快到达饱和限幅值Uim*,这个电压加在电流调节器的输入端,使Uct上升,因而晶闸
管整流电压U、电枢电流Ia都很快上升,直到电流上升到设计时所选的最大值Iam为止。
第II阶段是恒流升速阶段。从电流上升到最大值Iam开始一直到转速升到指令值为止,
属于这一阶段,它是启动的主要阶段。在这个阶段中速度调节器ASR一直处于饱和状态,速度环相当于开环状态,系统表现为在恒值电流给定Uim*作用下的电流调节系统,基本上保持电流Ia=Iam恒定,电流超调或不超调取决于电流环的结构和参数。电动机在恒定最大允许电流Iam作用下,以最大恒定加速度使转速线性上升。同时,电动机的反电动势Ea也线性上升。对电流调节系统而言,这个反电动势是一个线性增长的斜坡输入扰动量。为了克服这个扰动,Uct和U也必须基本上按线性增长,才能保持Iam恒定。这也就要求电流调节器ACR的输入电压ΔUn=Un*Un 为恒值。同时,实际电枢电流Ia略小于Iam。这样要求在整个启动过程中,电流调节器ACR不应该饱和。第III阶段是转速调节阶段。当转速上升到指令值后,转速输入偏差ΔUn为零,但速度调节器ASR的输出却由于积分作用仍维持在限幅值Uim*,因此,电动机仍在最大电流作用下加速,使电动机转速出现“超调”。超调后,速度调节器ASR的输入信号ΔUn=Un*Un<0出现负偏差电压,使速度调节器ASR退出饱和状态,其输出电压也从最大限幅值Uim*
开始下降。主电路电流也会从最大值开始下降。但由于Ia仍大于负载电流IL,在一段时间内,转速仍会继续上升,只是上升的加速度逐渐减小。当电枢电流Ia下降到与负载电流IL相平衡时,加速度为零,转速达到最大峰值,此后电动机才开始在负载作用下减速。与此相应,电流Ia也出现一小段小于IL的过程,直到稳定。在这个阶段中,速度调节器ASR和电流调节器ACR同时起调节作用。速度环处于主导地位最终实现转速无静差,电流环的作用是力图尽快地跟随速度调节器ASR的输出量,即电流环

图4.57转速、电流双闭环调速系统的动态响应曲线
上述启动过程如果指令信号只是在小范围内变化,则速度调节器ASR来不及饱和,整
个过渡过程只有第I、III阶段,没有第II阶段。对于转速电流双闭环调速系统,在其运行过程,整个系统表现为两个调节器的线性串级调节。如果干扰作用在电流环以内,如电网电压的波动引起电枢电流Ia变化时,这个变化立即可以通过电流反馈环节使电流环产生对电网电压波动的抑制作用,以减小转速的变化。如果干扰作用在电流环之外,如负载突然增加,转速要下降,形成动态速降。ΔUn的产生,使系统处于自动调节状态,只要不是太
大的负载干扰,速度调节器ASR和电流调节器ACR均不会饱和,由于它们的调节作用,转速下降到一定值后即开始回升,形成抗扰动的恢复过程,最终使转速回升到的指令值,仍然实现稳态无静差的抗扰过程。综上所述,速度调节器ASR和电流调节器ACR在双闭环调速系统中的作用可归纳如下。
(1)速度调节器ASR的作用。
①使转速n跟随给定电压Un*变化,保证转速稳态无静差。
②对负载变化起抗干扰作用。
③其输出限幅值决定了电枢主回路的最大允许电流值Iam。
(2)电流调节器ACR的作用。
①对电网电压波动起及时抗干扰作用。
②启动时保证获得允许的最大电枢电流Iam。
③在转速调节过程中,使电枢电流跟随其给定电压值变化。
④当电动机过载甚至堵转时,即有很大的负载干扰时,可以限制电枢电流的最大值,
从而快速起到过流安全保护作用。如果故障消失,系统能自动恢

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