VM双闭环不可逆直流调速系统课设.doc
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1、VM双闭环不可逆直流调速系统课设 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途1 前言直流电动机拖动控制系统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。这主要由于直流电机具有良好的起,制动性能,宜于在大范围内平滑调速,并且直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟,从控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础。由于要对电机进行稳定的转速控制,双闭环直流调速系统是现今在工业生产中应用最广泛的调速装置。该装置转速控制稳定,抗干扰能力强但由于直流系统的本身缺陷为得到较大的调速范围自动控制的直流调速系统往往采用变压调速为主。而在变压整流装置中应用最广的是三相全控桥式整流。这是用于三相
2、全控桥式整流器输出直流电流的谐波小,脉动电流小,电流连续性好,往往只需要平波电抗器就可以输出稳定直流.可保证电机稳定运行不会有较大的脉动转矩,不仅保证了拖动系统的稳定同时对直流电机的损耗也小。本设计主要根据直流电机参数确定变压器,整流电路的相关参数,并且按照控制要求设计双闭环控制系统的结构及参数。 2主电路结构选择目前具有多种整流电路,但从有效降低脉动电流保证电流连续和电动机额定参数的情况出发本设计选用三相桥式全控整流电路,其原理如图21所示,习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管()称为共阴极;阳极连接在一起的3个晶闸管()称为共阳极,另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通,为此将晶闸管按图示的
3、顺序编号,即共阴极组中与a,b,c三相电源相接的3个晶体管分别是,共阳极组中与a,b,c三相电源相接的3个晶闸管分别是。 图2-1 三相桥式全控整流电路原理图 其工作特点为:1)每个时刻均需2个晶闸管同时导通,形成向负载供电的回路,其中1个晶闸管是共阴极组的,1个是共阳极组的,且不能为同一相的晶闸管。2)6个晶闸管的触发脉冲按的顺序相为、位依次相差;共阴极组的脉冲依次差,共阳极组也依次差;同一相的上下两个桥臂即与,与,与脉冲相差。3)整流输出电压一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样.4)在整流电路合闸启动过程中或电流断续时,为保证电路的正常工作,需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲.2.1
4、变压器参数计算 由于整流输出电压的波形在一周期内脉动6次的波形相同,因此在计算时只需对一个脉冲进行计算。由此得整流输出平均电压 () 显然=440V,如果忽略晶闸管和电抗器的压降,则可以求得变压器副边输出电压=217。1V 取=220V (通常取导通角为)副边输出有效电压为=311。1V副边输出有效电流=179.5A 考虑电机过载系数为那么输出电流应可以达到270A变压器容量为311270=145。43KVA考虑到晶闸管和电抗器的压降,变压器本身的漏磁,并根据变压器应留有一定裕量的原则。应选择参数为额定容量为200KVA,副边输出额定电流为250A的变压器2。2 平波电抗器参数计算 在VM系统
5、中,脉动电流会增加电机的发热,同时也产生脉动转矩,对生产机械不利,为了避免或减轻这种影响,须设置平波电抗器。平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常首先给定最小电流(以A为单位通常取电动机额定电流的510),再利用它计算所需的总电感量(以为单位),减去电枢电感,即得平波电抗器应有的电感值。 对于三相桥式整流电路总电感量为: L=0。693=0.693=20.13mH 电枢电感的计算公式为 P电动机磁极对数,计算系数,对一般无补偿电机:=812 那么电枢电感=1.96mH (取P=2,=10) 由于变压器的漏电感很小,可以忽略不计,那么平波电抗器电感值取为L=20。131
6、.96=17.17mH,取其电感值为18mH,根据电感量大小取其电阻为0。32。3可控晶闸管参数计算 通常取晶闸管的断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时,额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电压的23倍。本设计中峰值电压759。3V故晶闸管电压定额为:1518V-2277.9V取其电压定额为2000V 晶闸管的电流定额主要由其通态平均电流来标称,规定为晶闸管在环境为和规定的冷却状态下,稳定结温不超过额定结温是允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。因此在使用时同样应按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的发热效应相等,即有
7、效值相等的原则来选取晶闸管的电流定额,并留有一定裕量.一般取其通态平均电流为此原则所得计算结果的1.52倍。可按下式计算: =(1.52),式中计算系数=/1.57由整流电路型式而定,为波形系数,为共阴极或共阳极电路的支路数.当时,三相全控桥电路=0.368故计算的晶闸管额定电流为=(1.52) 0。368(2201.5)=182。16242。88A,取200A.3 双闭环直流调速系统设计 双闭环直流调速系统控制原理图如图3.1所示速度调节器根据转速给定电压和速度反馈电压的偏差进行调节,其输出是电流的给定电压(对于直流电动机来说,控制电枢电流就是控制电磁转矩,相应的可以调速)。电流调节器根据电
8、流给定电压和电流反馈电压的偏差进行调节,其输出是功率变换器件(三相整流装置)的的控制信号.通过电压进而调节镇流装置的输出,即电机的电枢电压,由于转速不能突变,电枢电压改变后,电枢电流跟着发生变化,相应的电磁转矩也跟着变化,由,只要与不相等那么转速n会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡,n不变后,达到稳定。 图3.1 双闭环直流调速系统电路原理图 在双闭环直流调速系统中,转速和电流调节器的结构选择与参数设计须从动态校正的需要来解决.如果采用单闭环中的伯德图设计串联校正装置的方法设计双闭环调速系统这样每次都需要先求出该闭环的原始系统开环对数频率特性,在根据性能指标确定校正后
9、系统的预期特性,经过反复调试才能确定调节器的特性,从而选定其结构并计算参数但是这样计算会比较麻烦。所以本设计采用工程设计方法:先确定调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳定精度。再选择调节器的参数,以满足动态性能指标的要求。这样做,就把稳,准,快和抗干扰之间相互交叉的矛盾问题分成两步来解决,第一步先解决主要矛盾,即动态稳定性和稳定精度,然后再进一步满足其他动态性能指标。 按照“先内环后外环” 的一般系统设计原则,从内环开始,逐步向外扩展.在这里,首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器如图3.2所示为双闭环直流调速系统动态结构框图。 图3.2
10、 双闭环直流调速系统动态结构框图 在双闭环调速系统在稳态工作中,当转速和电流两个调节器都不饱和时,各变量之间有下列关系: 在稳态工作点上,转速n是由给定电压Un决定的,ASR的输出量Ui是有负载电流IdL决定的,而控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id。这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。P调节器的输出量总是正比于其输入量,而PI调节器则不然,其输出量在动态过程中决定于输入量的积分,达到稳态时,输入为零,输出的稳态值与输入无关,而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值,它就能提供多少,直到饱和为止.双闭环调速系统的稳态参数计算和无静差系统的稳态计算相似,根据
11、各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数 转速反馈系数 电流反馈系数 本设计中电流调节器输出负限幅值为0V,正限幅值为10V;转速调节器输出负限幅值为10V,正限幅值为0V。根据已知参数可求得转速反馈系数为: 电流反馈系数为: 另外由 根据电机参数得3。1电流调节器的设计 在图3。2画线结构框图中,反电动势与电流反馈的作用相互交叉,这将给设计工作带来麻烦。实际反电动势与转速成正比,系统的电磁时间常数远小于机电时间常数,因此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。这样在按动态性能设计电流环时,可以不考虑反电动势
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