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1、雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計題目直流他勵電動機:功率Pe=145KW,額定電壓Ue=220V,額定電流Ie=6.5A,磁極對數(shù)P=1,ne=1500r/min,勵磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=3.7Ω,主電路總電阻R=7.4Ω,Ks=27,電磁時間常數(shù)TL=0.033s,機電時間常數(shù)Tm=0.26s,濾波時間常數(shù)Toi=0.0031s,Ton=0.01s,過載倍數(shù)λ=1.5,電流給定最大值,速度給定最大值,β=0.77V/A,α=0.007Vmin/r。設(shè)計雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。2.雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的概述2.1什么是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用P
2、I調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是,如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高,例如要求快速起制動、突加負載動態(tài)速降小等等,單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。因為單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。為了讓電動機在起動過程中只有電流負反饋,沒有轉(zhuǎn)速負反饋,達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,又只有轉(zhuǎn)速負反饋,不在讓電流負反饋發(fā)揮作用,既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋又使他們分別在不同階段起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。兩者實現(xiàn)嵌套聯(lián)接,電流環(huán)在里,轉(zhuǎn)速環(huán)在外,就形成了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能,它對于被
3、反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強優(yōu)點。2.2轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用:減小轉(zhuǎn)速誤差,采用PI調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)無靜差;對負載變化起抗擾作用;其輸出限幅決定電動機允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用:使電流緊緊跟隨其給定電壓的變化;對電網(wǎng)的波動起及時抗干擾作用;加快動態(tài)過程;堵轉(zhuǎn)或過載時起快速自動保護作用。3.系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計的一般步驟:-7-(1)先進
4、行電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計,再進行速度外環(huán)的設(shè)計。(2)對已知系統(tǒng)的固有部分做合理的近似處理,以簡化調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)。(3)根據(jù)具體情況選定預(yù)期特性,即典型I型或典型II型系統(tǒng),并確定串聯(lián)調(diào)節(jié)器的類型。(4)根據(jù)要求的性能指標,求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。3.2選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)為獲得電動機的動靜態(tài)性能好,抗擾性能佳。速度調(diào)節(jié)及抗負載和電網(wǎng)擾動,采用雙PI調(diào)節(jié)器,可獲得良好的動靜態(tài)效果。電流調(diào)節(jié)器的選擇:從穩(wěn)態(tài)上看,要求電流無靜差,可得到理想的堵轉(zhuǎn)性。從動態(tài)上看,系統(tǒng)不應(yīng)該有電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值。而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素。
5、為此,電流環(huán)以跟隨性為主。選用典型型系統(tǒng),采用PI調(diào)節(jié)器,校正成典型I型系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇:ASR采用PI調(diào)節(jié)器。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個積分,在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中,使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差,并具有較好的抗擾性能。所以應(yīng)該選擇典型II型系統(tǒng),這樣系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能好。4.參數(shù)計算和選型設(shè)計4.1整流裝置選用三相零式晶閘管整流裝置供電。三相零式電路每個波頭時間為6.67ms。三相零式電路平均失控時間:4.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計4.21確定時間參數(shù)(1)整流裝置滯后時間。(2)電流濾波時間常數(shù)。三相零式電
6、路每個波頭時間為6.67ms,為基本濾平波頭,應(yīng)有(1~2)-7-=6.67ms,與所給定的數(shù)據(jù)符合。(3)電流環(huán)小時間常數(shù)之和。4.22電流環(huán)框圖及簡化圖:電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其簡化4.23電流調(diào)節(jié)器的選擇。從穩(wěn)態(tài)上看,要求電流無靜差,可得到理想的堵轉(zhuǎn)性。從動態(tài)上看,系統(tǒng)不應(yīng)該有電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值。而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素。為此,電流環(huán)以跟隨性為主。選用典型型系統(tǒng),采用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為:4.24計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)(1)為了讓調(diào)節(jié)器的零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消,則電流調(diào)節(jié)器
7、超前時間常數(shù):。(2)采用西門子“最佳整定”方法的“模最佳系統(tǒng)”,參數(shù)?。?,,。因此,電流開環(huán)增益:-7-ACR的比例系數(shù)為:4.25校驗近似條件。電流環(huán)截止頻率:(1)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件2)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件滿足近似條件3)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件4.26計算調(diào)節(jié)器電阻和電容。含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如下。圖:給定濾波和反饋濾波的PI電流調(diào)節(jié)器所用運算放大器取,則各電阻和電容值為:-7-電流調(diào)節(jié)器設(shè)計完成。4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計4.31確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時間常數(shù):(2)轉(zhuǎn)
8、速濾波時間