anyang转速电流双闭环直流调速标准系统 .docx
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1、精品名师归纳总结课程设计说 明 书课程名称:电力拖动自动把握系统设计题目:转速电流双闭环直流调速系统院系: 电子信息与电气工程学院同学姓名:学号:专业班级:级自动化班指导老师:雷慧杰2021 年 12 月 20 日可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结转速电流双闭环直流调速把握系统摘 要: 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,可以在系统中设置两个调剂器,分别调剂转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套 的连接方式:把转速调剂器的输出当做电流调剂器的输入,在用电流调剂器的输出去 把握电力电子变换器 UPE。前者通过电流元件的反馈作用稳固电流,后者通过转速检测元
2、件的反馈作用保持转速稳固,最终排除转速偏差,从而使系统达到调剂电流和转速 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,调剂起动电 流保持最大值不变,使转速线性变化,快速达到给定值。当系统稳态运行时,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 调剂电机的电枢电流以平稳负载电流。关键词: 双闭环,直流调速系统,转速调剂器,电流调剂器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录1、设计背景 11.1 设计背景 11.2 转速电流双闭环调速系统简介1 2 设计方案 22.1 方案对比 22.2 方案论证 32.3 方案选择 32.4
3、设计要求 3 3 方案实施 43.1 转速给定电路设计53.2 转速检测电路设计63.3 电流检测电路设计73.31 主电路器件的运算与选择73.32 主电路爱惜环节的设计与运算83.33 电抗器参数运算与选择9 4调速系统把握单元的确定和调整94.1 检测环节 94.2 调剂器的选择与调整 104.3 调剂器的限幅 144.4 、系统的给定电源 155. 触发电路的设计 166. 调速系统动态参数的工程设计167、系统仿真 177.1 使用一般限幅器进行仿真 177.2 积分输出加限幅环节仿真 197.3 使用积分带限幅的 PI 调剂器仿真 20心得体会 23参考文献 23附件 23可编辑资
4、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1、设计背景1.1 设计背景电机自动把握系统广泛应用于机械,钢铁,矿山,冶金,化工,石油,纺织,军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都接受电动机作原动机。有效的把握电机, 提高其运行性能,对国民经济具有特别重要的现实意义。20 世纪 90 岁月前的大约 50 年的时间里,直流电动机几乎是唯独的一种能实现高性能拖动把握的电动机,直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交,为控 制供应了便利的方式,使得电动机具有优良的起动,制动和调速性能。尽管近年来直 流电动机不断受到沟通电动机及其它电动机的挑战,但至今直流电动机仍然是大多数 变速运动把握和闭环位置伺
5、服把握首选。由于它具有良好的线性特性,优异的把握性 能,高效率等优点。直流调速仍然是目前最牢靠,精度最高的调速方法。本次设计的主要任务就是应用所学的学问对直流调速系统进行设计和把握,设计出能够达到性能指标要求转速、电流双闭环的调剂器。1.2 转速电流双闭环调速系统简介转速电流双闭环调速系统是一种当前应用广泛、经济、有用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰才能强等优点。我们知道反馈闭环把握系统具有良好的抗扰性能,它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。接受转速负反馈和 PI调剂器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳固的条件下实现转速无静差。但假如对系统的动态性能要求较高,例
6、如要求起制动、突加负载动态速降小等 等,单闭环系统就难以中意要求。这主要是由于在单闭环系统中不能完全依据需要来把握动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中,只有电流截止负反馈环节是特的用来把握电流的。但它只是在超过临界电流值以后,猛烈的负反馈作用限制电流的冲击, 并不能很理想的把握电流的动态波形。在实际工作中,我们期望在电机最大电流限制的条件下,充分利用电机的答应过载才能,最好是在过度过程中始终保持电流(转 矩)为答应最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳固转速后, 又让电流马上降下来使转矩马上与负载相平稳,从而转入稳态运行。这时,启动电流可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
7、纳总结成方波形,而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。从闭环结构上来看,电流环在里面,称作内环。转速环在外面,称作外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。2 设计方案2.1 方案对比方案一:单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环把握系统。在电动机轴上装一台测速发电机 SF , 引出与转速成正比的电压 Uf 与给定电压 Ud 比较后, 得偏差电压 U , 经放大器 FD , 产生触发装置 CF 的把握电压 Uk , 用以把握电动机的转速 , 如图 2.1 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结给定电压放大
8、器整流触发装置电动机负载可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结速度检测图 2.1 单闭环直流调速系统2. 方案二:双闭环直流调速系统该方案主要由给定环节、 ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用,系统设置了电流调节器 ACR和转速调剂器 ASR。电流调剂器 ACR和电流检测反馈回路构成了电流环。转速调剂器 ASR和转速检测反馈回路构成转速环,称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环,故称电流环为内环,转速环为外环。在电路中,ASR和 ACR串联,即把 ASR的输出当做 ACR的输入,再由 ACR得输出去把握晶闸管整
9、流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调剂器一般都接受具有输入输出限幅功能的PI 调剂器,且转速和电流都接受负反馈闭环。该方案的原理框图如图2.2 所示。电流检测电压ASRACR整流触发装置电动机负载可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结速度检测图 2.2双闭环直流调速系统2.2 方案论证方案一接受单闭环的速度反馈调剂时整流电路的脉波数m = 2 ,3 ,6 ,12 ,., 其数目总是有限的 , 比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此, 除非主电路电感 L= , 否就晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响, 主要有:1脉动电流产生脉动转矩 , 对生产机械不
10、利。 2 脉动电流 斜波电流 流入电源 , 对电网不利 , 同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流重量外, 仍含有沟通重量。把沟通重量引到运算放大器输入端 , 不仅不起正常的调剂作用 , 反而会产生干扰 , 严肃时会造成放大器局部饱和 , 从而破坏系统的正常工作。方案二接受双闭环转速电流调剂方法,虽然相对成本较高,但保证了系统的牢靠性能,保证了对生产工艺的要求的中意,既保证了稳态后速度的稳固,同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段,只有电流负反馈,没有转速负反馈,不让电流负反馈发挥主要作用,既能把握转速,实现转速无静差调剂,又能把握电流使系统在充分利用
11、电机过载才能的条件下获得正确过渡过程,很好的中意了生产需求。2.3 方案选择综上所述,所以本文选择方案二作为设计的最终方案。2.4 设计要求直流他励电机:功率 Pe 145KW,额定电压 Ue=220V,额定电流 Ie=6.5A ,磁极对数 P=,ne=1500r/min, ,励磁电压 220V,电枢绕组电阻 Ra=3.7, ,电路总电阻 R7.4 , Ks=27,电磁时间常数 Tl=0.033ms,Ton=0.01s,机电时间常数 Tm=0.26ms,滤波时间常数 Toi=0.0031s ,过载倍数 1.5 ,电流给定最大电压值 Um*=8V,速度给定最大电压值 Un*=10V,=0.007
12、Vmin/r ,=0.77V/A可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结要求:稳态无静差,电流超调量 i 5%。空载起动到额定转速时的转速超调n 10。3 方案实施为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用 , 在系统中设置了两个调剂器 , 分别调剂转速和电流 , 二者之间实行串级连接 . 把转速调剂器的输出当作电流调剂器的输入 , 再用电流调剂器的输出去把握晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,电流调剂环在里面,叫做内环。转速调剂环在外面,叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的动、静态性能,双闭环调速系统的两个调剂器一般都接受PI 调剂器,转速调剂器 ASR的输
13、出限幅电压是 Unmax,它准备了电流调剂器给定电压的最大值。电流调剂器 ACR的输出限幅电压是 Uimax,它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。双闭环直流调速系统的原理框图如图 3.1 所示。图3.1 双闭环直流调速系统系统框图双闭环直流调速系统的电气原理图如图3.2 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.2 双闭环直流调速系统的电气原理图其中GL给定器LSF 零速封锁器ASR转速调速器材ACR电流调剂器SB转速变速器材LB 电流变送器GL过流爱惜器材CF 触发器3.1 转速给定电路设计转速给定电路主要由滑动变阻器构成,调剂滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速
14、给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调剂的给定电压。其电路原理图如图 3.3 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3.4 转速给定电路3.2 转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号,滤除沟通重量,为系统供应中意要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组 成,将测速发电机与直流电动机同轴连接,测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号,经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图3.5所示。图 3.5 转速检测装置电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3 电流检测电路
15、设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号,经过滤波整流后,用于把握系统中。该电路主要由电流互感器构成,将电流互感器接于主电路中, 在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号,起到电气隔离的作用。其电路原理图如图 3.6 所示。图 3.6 电流检测电路3.31 主电路器件的运算与选择正确合理的选择晶闸管元件是保证主电路牢靠运行的重要条件之一。所谓正确合理的选择元件,是指晶闸管元件额定电流(通态平均电流)和额定电压确定要考虑合适的电流和电压裕量。从设计和使用的体会来看,其安全系数应适当选大些,以保证可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结系统工作牢靠,特别是对某些生产
16、。1. 整流元件的额定电压 UTNUTN=( 2 3) UTmUTM =2.45Ue所以晶闸管额定电压是1078 1617V2. 同上可求得: I TN=64 85A3.32 主电路爱惜环节的设计与运算由于晶闸管承担过电压和过电流的才能较差,所以短时间的过压或过流就会造成元件损坏。因此在系统主电路设计中,对晶闸管装置的各种爱惜措施及主要爱惜环节的设计与运算,应予以足够的重视。为使系统能长期牢靠的运行,除了合理的选择晶闸管外,必需针对过电压、过电流和电压、电流上升率的发生缘由实行恰当的爱惜措施。1. 晶闸管过电压爱惜直流侧与沟通侧过电压爱惜方法相同,元件选择原就也相同。实际中接受压敏电阻爱惜较为
17、合理。为防止在换相过程中,被关断的晶闸管显现反向过压,而导致反向击 穿。通常在晶闸管元件两端并联 RC阻容吸取电路。电容的耐压一般选取晶闸管实际承担最大电压的 1.1 1.5 倍。由于上述所选晶闸管额定电流为 85A,所以查表可知: C=0.25UF R=20。2. 整流以及晶闸管爱惜电路如下:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.33 电抗器参数运算与选择对晶闸管直流调速系统,当负载电流较小,会显现电流断续的现象,使电动机的机械特性变软,影响系统的静、动态性能。电动机电枢电感一般较小,不能中意电流连续的要求,故必需在晶闸管输出电路中串入电抗器。对于三相全控桥平波电抗器的大小选择
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