双闭环直流调速系统.doc

PAGE\*MERGEFORMAT-22-调速系统的方案选择直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的的应用。近年来，虽然高性能的交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流拖动控制系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。直流电动机的稳态转速可以表示为（1-1）式中：n——转速（r/min）；U——电枢电压（V）；I——电枢电流（A）；R——电枢回路总电阻（Ω）；——励磁磁通（Wb）；——由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，有三种调速电动机的方法：调节电枢供电电压U；减弱励磁磁通；改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上作小范围的弱磁升速。因此，采用变压调速来控制直流电动机。1.1直流电动机的选择直流电动机的额定参数为：额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，电动机的过载系数，电枢电阻1.2电动机供电方案的选择电动机采用三相桥式全控整流电路供电，三相桥式全控整流电路输出的电压脉动较小，带负载容量较大，其原理图如图1所示。三相桥式全控整流电路的特点：一般变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星型，晶闸管分为共阴极和共阳极。有两个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个晶闸管，且不能为同一相的晶闸管。对触发脉冲的要求：按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的顺序，相位依次差；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差。整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。需保证同时导通的两个晶闸管都有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种是双脉冲触发。图1三相桥式全控整流电路1.3系统的结构选择方案一，采用转速反馈控制直流调速系统，即单闭环调速系统，用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过流现象。方案二，采用转速、电流反馈的控制直流调速系统，即双闭环调速系统。由于转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程，对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。为此，在起动（制动）的过渡过程中，希望始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，而且双闭环直流调速系统具有比较满意的动态性能和良好的抗扰动性能。因此，选择方案二。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接，电流环做内环，转速环做外环，这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统，即双闭环系统。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用PI调节器。1.4确定直流调速系统的总体结构框图图2双闭环直流调速系统的结构图注：ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器—转速给定电压—转速反馈电压—电流给定电压—电流反馈电压如图2所示，双闭环直流调速系统的结构图，电动机的起动过程分为三个阶段：第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压后，经过两个调节器的跟随作用，、、都上升，但是在没有达到负载电流以前电动机还不能转动。当后，电动机开始起动，由于电机惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压（）的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电枢电流迅速上升。直到，，电流调节器很快就压制了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第二阶段是恒流升速阶段，在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒流给定下的电流调节系统，基本上保持电流恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，是起动过程的主要阶段。第三阶段是转速调节阶段，在这阶段中，当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR的输入偏差电压变为负，使它开始退出饱和状态，