双闭环串级调速系统详解与动态模型分析

双闭环串级调速是一种高级的电机调速技术，特别适用于对调速精度要求较高的应用场合。这种系统主要由两个闭环控制构成，一个是对转速的反馈控制，另一个是对电流的反馈控制，以提高系统的静态和动态性能。 1. **开环控制的局限**： 由于串级调速系统本身的机械特性静差率较大，开环控制系统仅能满足较低调速精度的需求。如果要实现高精度和优良动态特性，就需要转向闭环控制，特别是采用电流反馈和转速反馈相结合的方式，确保在负载变化时仍能保持稳定的速度和电流输出。 2. **双闭环控制系统的组成**： 图1中的双闭环控制系统包括一个测速发电机提供转速反馈，电流互感器或霍尔变换器/直流互感器提供电流反馈，两者共同作用于逆变器。电流调节器ACR确保在零电压输出时，触发脉冲相位正确，避免逆变颠覆。这个系统不仅能实现静态稳速，还有动态恒流功能，所有控制作用通过异步电动机转子回路实现。 3. **动态数学模型**： 系统中各部分的动态特性遵循与直流调速系统相似的原理。在转子直流回路中，与转差率密切相关的物理量需要单独处理。如空载电压（Ud0和Ui0）、电感（L、LD、LT、LL）、电阻（R）和时间常数（TLr）等参数影响着系统的动态响应。 转子直流回路的动态电压平衡方程（1）描述了系统电压的动态关系，通过拉氏变换，可以得到传递函数，如式（2）。转子直流回路的时间常数TLr和放大系数Ki定义了其响应速度和增益特性。 **动态结构框图**： 图3展示了转子直流回路的详细动态结构，它反映了整个控制系统的内部工作过程，包括电感、电阻等元件如何响应输入信号，以及如何转化为实际的电机转速和电流输出。 双闭环串级调速系统通过精密的电流和转速控制，实现了高精度的调速效果，尤其在启动和加速过程中表现出色。同时，系统的动态模型和数学分析对于理解和优化其性能至关重要。理解这些原理和参数对于设计和维护此类系统是不可或缺的。