晶闸管双闭环不可逆直流调速系统剖析.doc

晶闸管双闭环不可逆直流调速系统 摘要它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合本文所论述的主电路设计是依据晶闸管-电动机系统组成，其系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器和电动机等组成。关键字直流调速??双闭环前言直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。在工业生产中，需要高性能速度控制的电力拖动场合，直流调速系统发挥着极为重要的作用，高精度金属切削机床，大型起重设备、轧钢机、矿井卷扬、城市电车等领域都广泛采用直流电动机拖动。特别是晶闸管一直流电动机拖动系统具有自动化程度高、控制性能好、起动转矩大，易于实现无级调速等优点而被广泛应用。本文主要是根据三相全波全控整流电路的原理，选择合适的变压器、晶闸管、平波电抗器以及晶闸管保护、触发电路，组成整流电路 ASR—速度调节器　ACR—电流调节器　TA—交流变换器 TG—测速发电机　U*n—给定速度信号　Un—速度反馈信号 U*i—给定电流信号　Ui—电流反馈信号 图1-1　转速、电流双闭环调速系统结构图 该系统有两个 PI 调节器, 一个是用于转速调节的转速调节器, 另一个是用于电流调节的电流调节器, 两个调节器串级连接, 其输出均有限幅, 输出限幅值分别为 Usm 和 Umi。由于调速系统的主要被调量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环( 主环) , 以保证电动机的转速准确地跟随给定值, 并抵抗外来的干扰; 把由电流负反馈组成的环作内环( 副环) , 以保证动态电流为最大值并保持不变, 使电动机快速地起动、制动, 同时还能起限流作用, 并可以对电网电压波动起及时抗扰作用。电动机转速由给定电压 Ug 来确定, 转速调节器 ST 的输入 M偏差电压为 ΔUis=Ug- Unf, 转速调节器 ST 的输出电压 Us 作为电流调节器 LT 的给定信号 (ST 输出电压的限幅值 Usm 决定了 LT 给定信号的最大值) ; 电流调节器 LT 的输入偏差电压为 ΔUci=- Us+Ufi, 电流调节器 LT 的输出电压 Uc 作为触发电路的控制电压 (LT 输出电压的限幅值 Umi 决定了晶闸管整流电压的最大值 Udm) ; Uc 控制着触发延迟角, 使电动机在期望转速下运转。 系统中电流内环的作用是使电机电枢电流Id服从它的给定值U*i,当U*i不变时,它表现为恒流调节,否则表现为随动调节。 速度外环的输出为U*i,不直接推动后面的放大器,而是作为电流环的给定值,二者共同构成串级控制系统,不仅能控制转速,而且能控制电流,可充分利用电机的过载能力,获得较快的动态响应。 1.2转速、电流双闭环系统电路原理图 图1-2　转速、电流双闭环系统电路原理图 两个调节器输出都带有限幅，转速ASR的输出限幅U*im，决定了电流(给定电压)的最大值；电流ACR的输出限幅Ucm ，决定最大输出电压Udm。 1.3 转速、电流双闭环系统动态结构图 由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数Toi按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。 2、调速系统主电路元部件的确定及其参数计算?晶闸管的电流、电压定额计算UN 晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2～3倍的安全系数，即按下式选取UN＝（2～3）Um，式中系数2～3的取值应视运行条件，元件质量和对可靠性的要求程度而定。 2.1.2晶闸管额定电流IN 为使晶闸管元件不因过热而损坏，需要按电流的有效值来计算其电流额定值。即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。可按下式计算：IN=(1.5~2)KfbIMAX。 式中计算系数Kfb=Kf/1.57Kb由整流电路型式而定，Kf为波形系数，Kb为共阴极或共阳极电路的支路数。当α=0时，三相全控桥电路Kfb=0.368,故计算的晶闸管额定电流为IN=(1.5~2)KfbIMAX =(1.5~2) ×0.368×(220×1.5)=182.16～24288A，取200A?平波电抗器电感量计算LM按下式计算 P—电动机磁极对数，KD—计算系数，对一般无补偿电机：KD=8~12。 2.2?.2整