转速、电流双闭环直流调速系统主电路设计.doc

转速、电流双闭环直流调速系统主电路设计 0 前言 采用比例积分调节器的转速负反馈单闭环调速系统，既保证了系统的稳定性，又能实现转速无静差，引入电流截止负反馈环节后，能够限制启动和堵转时的冲击电流。但是系统的动态性能还不能令人满意。这是因为电流截止负反馈只能限制最大电流，系统起动时，随着转速的上升，反馈电压的增加及电机反电动势的增长，会使电枢电流达到最大值后迅速降低下来，电动机转矩亦迅速减小，使起动加速过程变长。 对于经常处于起动、制动、反转运行的产机械，为了提高生产效率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。一个比较理想的办法是，在整个起动过程中，充分利用电动机的过载能力，将电枢电流保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，转速直线迅速上升，使过渡过程时间大大缩短，得到理想起动过程。根据反馈控制规律可知，采用某一物理量的负反馈构成闭环控制，可以近似地保持该量恒定不变。显然，采用电流负反馈便能得到近似的恒流过程。为了避免在一个调节器的输入端综合几个信号造成各个参数间的互相影响， 经过研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。 1 转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成 为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1 所示。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。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 1.1 电流调节器的选择和作用 1.1.1 电流调节器结构的选择转速的变化往往比电流变化慢得多， 对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即△E≈0。把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成ui (s)/β，则电流环便等效成单位负反馈系统。 电流环应以跟随性能为主，应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成WACR (s)= Ki(τi*s＋1)/τi*s，Ki—电流调节器的比例系数；τi—电流调节器的超前时间常数。 1.1.2 电流调节器的作用 (a)作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui* （即外环调节器的输出量）变化。 (b)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 (c)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 (d)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。 1.2 转速调节器的选择、作用 1.2.1 转速调节器结构的选择 转速控制系统把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成Un* (s)/α，再把时间常数为1/Ki和Ton的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为TΣn的惯性环节，TΣn＝ 1/KI＋Ton。 为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR 中，在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节。 1.2.2 转速调节器的作用 (a)转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压Un* 变化,稳态时可减小转速误差，如果采用PI 调节器，则可实现无静差。 (b)对负载变化起抗扰作用。 (c)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2 转速、电流双闭环直流调速系统的特点和性能 2.1 稳态结构图和静特性转速、电流双闭环调速系统稳态结构图 如图2-1 所示。当调节器饱和时，输出为恒值，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压△U 在稳态时总是零。在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 α—转速反馈系数β—电流反馈系数 图2-1 双闭环直流调速系统的稳态结构框图(ASR 未饱和) 2.1.1 转速调节器不饱和稳态时 Un* =Un=αn=αno、ui* =Ui=βId，α,β———转速和电流反馈系数。n= Un/α =no，。Id＜Idm，静特性从理想空载状态的Id＝0 一直延续到Id＝Idm，而Idm一般都是大于额定电流IdN的。这就是静特性的运行段，它是水平的特性。 2.1.2 转速调节器饱和 ASR 输出达到限幅值Uim* ，转速外环呈开环状态，成电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时Id=Uim*β ＝Idm，Idm为最大电流。静特性是垂直的特性。这样的下垂特性只适合于n＜n0的情况，因为如果n＞n0，则Un＞Un* ，ASR