双闭环直流调速系统
双
闭
环
直
流
调
速
系
统
姓名:
学号:
专业:电气工程及其自动化
摘要
直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大围平滑调速,
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*im U 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cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
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:K s =40
电枢回路总电阻:R=0.5欧
时间常数:T l=0.015s, T m=0.2s, 转速滤波环节时间常数T on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。
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围不出现电流断续,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。
1) 直流电动机电枢电感:3102?=N
N N D D I pn U K L mH 式中 N U ——直流电动机的额定电压(V );
N I ——直流电动机的额定电流(A );
N n ——直流电动机的额定转速(rpm/min );
P ——直流电动机的磁极对数;
D K ——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:
N
dl T T I U U K L 2=(mH ) 式中 T K ——计算系数,三相全桥取3.9,三相半波取6.75;
dl U ——整流变压器短路电压百分比,一般取0.05~0.1; 2U ——整流变压器二次相电压(V );
N I ——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1L 可用下式计算:m in 211d I U K L =(mH )
式中 1K ——临界计算系数,三相全控桥0.693;
2U ——整流变压器二次相电压(V );
m in d I ——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)(1T D p NL L L L +-= 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