双闭环直流调速系统.docx
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摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流,后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差,从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时,转速外环饱和不起作用,电流内环起主要作用,调节起动电流保持最大值,使转速线性变化,迅速达到给定值;稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电压的变化而变化,电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。关键词:双闭环,转速调节器,电流调节器双闭环直流调速系统的设计双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接,且都带有输出限幅电路。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值;电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE,这就形成了转速、电流双闭环调速系统。双闭环直流调速系统框图双闭环直流调速系统电路原理图一.本设计预设的参数直流电动机:220V,136A, 1500r/min, Ce=0.136Vmin/r晶闸管装置放大系数:Ks=40电枢回路总电阻:R=0.5欧时间常数:Tl=0.015s, Tm=0.2s, 转速滤波环节时间常数Ton取0.01s电压调节和电流调节器的给定电压为8V系统稳态无静差,电流超调量σi≤5%; 空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。二.平波电抗器的选择:2.1平波和均衡电抗器在主回路中的作用及布置晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的,为了限制整流电流的脉动、保持电流连续,常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器,称作平波电抗器。在有环流可逆系统中,环流不通过负载,仅在正反向两组变流器之间流通,可能造成晶闸管过流损坏。为此,通常在环流通路中串入环流电抗器(称均衡电抗器),将环流电流限制在一定的数值内。电抗器在回路中位置不同,其作用不同。对于不可逆系统,在电动机电枢端串联一个平波电抗器,使得电动机负载得到平滑的直流电流,取合适的电感量,能使电动机在正常工作范围内不出现电流断续,还能抑制短路电流上升率。2.2平波电抗器选择电抗器的主要参数有额定电抗、额定电流、额定电压降及结构形式等。计算各种整流电路中平波电抗器和均衡电抗器电感值时,应根据电抗器在电路中的作用进行选择计算。a)从减少电流脉动出发选择电抗器。b)从电流连续出发选择电抗器。c)从限制环流出发选择电抗器。此外,还应考虑限制短路电流上升率等。由于一个整流电路中,通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏抗和外接电抗器的电抗三个部分,因此,首先应求出电动机电枢(或励磁绕组)电感及整流变压器漏感,再求出需要外接电抗器的电感值。直流电动机电枢电感:mH式中——直流电动机的额定电压(V);——直流电动机的额定电流(A);——直流电动机的额定转速(rpm/min);P——直流电动机的磁极对数;——计算系数。一般无补偿电动机取8~12,快速无补偿电动机取6~8,有补偿电动机取5~6。 2)整流变压器的漏感。整流变压器折合二次侧的每相漏感:(mH)式中——计算系数,三相全桥取3.9,三相半波取6.75;——整流变压器短路电压百分比,一般取0.05~0.1;——整流变压器二次相电压(V);——直流电动机额定电流(A)。3)保证电流连续所需电抗器的电感值。当电动机负载电流小到一定程度时,会出现电流断续的现象,将使直流电动机的机械特性变软。为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续,所需的临界电感值可用下式计算:(mH)式中——临界计算系数,三相全控桥0.693;——整流变压器二次相电压(V);——电动机最小工作电流(A),一般取电动机额定电流的5%~10%。实际串联的电抗器的电感值式中 N——系数,三相桥取2,其余取1。4)限制电流脉动所需电抗器的电感值。由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的,该脉动电流可以看成是一个恒定直流分量和一个交流分量组成的。通常负载需要的是直流分量,而过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加。因此,应在直流侧串联平波电抗器以限制输出电流的脉动量。将输出电流的脉动量限制在要求的范围内所需要的最小电感量:(mH)式中——临界计算系数,三相全控桥1.045;——电流最大允许脉动系数,
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