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1、KPSF-35传动用自动职业技能鉴定高级技师论文论文题目：电流自适应与平波电抗器在控制系统中的组合应用此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除!电流自适应与平波电抗器在 KPSF-35传动用 自动控制系统中的组合应用关键词传动系统 平波电抗器 电流自适应摘要:传动用自控系统设计，传统的设计是采用平波电抗器维持电流连续来维持电 流连续和限制电流脉动，以此来确保控制对象的工作，但此种设计造成系统铜耗 较多、系统体积庞大笨重。电流自适应也可解决问题但效果欠佳，本设计采用“电 流自适应与平波电抗器组合应用” 的解决方案，充分利用了各自的优点，既降低 了铜耗又最大限度满足了系统的动态和稳态要求，提高

2、了系统的性能价格比。一、概述在要求较高的传动用自动控制系统设计中，被控制对象通常是他励直流电动机，控制上采用电流、转速双闭环满足系统的动态要求和静态要求。可控电源作 为执行部件，为使控制对象直流电动机运行特性满足要求， 必须保证其电流连续， 传统的设计采用平波电抗器来维持电流连续和限制电流脉动。设计平波电抗器 时，一般系统理论上电流连续的临界点在 5%额定电流，5%额定电流以下电流仍 为断续区，若系统要求更高，平波电抗器电感量还要加大。因为电抗器电感量较 大，造成系统体积庞大笨重，又因铜耗较多，使性能价格比下降，同时在轻微负 载时仍不能保证电流连续。从系统设计的角度和经典控制论的看，电流连续与

3、断续仅仅是电流环数学模 型的不同，系统其他环节模型均没有改变。为此，只需要在电流断续时将电流环 数学模型与电流连续时数学模型保持一致即可解决电流断续的问题，即引入电流自适应环节，采用电流自适应环节，理论上可达到使用平波电抗器时的数学模型， 从而达到原设计要求满足动态指标。但实际上只是近似，实验证明，电流断续检测器LDJ投投入不可能达到理想化，整流输出平均电压一整流输出平均电流之 间的数学模型，也只能近似与电流连续时相等，调节器小参数的改变和忽略对系 统还是有一定影响。考虑被控制对象对电流连续及电流脉动的要求，充分利用平波电抗器的优 点、电流自适应环节的优点，进行优化组合组成“平波电抗器+电流自

4、适应”方案。本次设计在20%额定电流以上采用平波电抗器维持电流连续， 20%额定电流 以下采用电流自适应，平波电抗器电感量由原来的 8.974mH降到0.834mH,经 实践检验满足KPSF-35系统的动态响应指标(cr5%, on10%)要求。二、电流断续对直流电动机的机械特性以及传动系统的影响1 .电流连续时直流电动机的机械特性电动势公式 Ea =Ce：1，nEa直流电动机电枢端电动势Ce直流电动机的电势常数 直流电动机每极下磁通 n 直流电动机轴上转速转矩势公式T 直流电动机的电磁转矩 Ct直流电动机的转矩常数 Id 直流电动机电枢电流电压方程Ud = Ea Id RaRa直流电动机电枢

5、电阻机械特性n:Id%Ce：， Ce：，将可控整流输出的一般形式Ud =Udcosu-NAU - IdRz)代入上式电流连续时机械特性为Ud0 cosRn =- NU _ I d = n0 -nCe：，Ce：R一电枢回路总电阻2 .电流断续时直流电动机的机械特性电流断续时可控整流电路不存在换相，所以可用单回路进行等效分析。如三 相全控桥电路，假设 VT1、VT2在t1cot2导通，等效电路如图所示回路电压方程didUuw = .6U2iSin .t = Ea Ld 力解微分方程得回路电流JT初始条件：0t1= +仪时，id=06_6U1.Ld)旦.旦(三.：)LdLd 6电枢电流平均值1)3

6、-? 6U 21,二。修id=cos(二)(0 cos- - 2sin2 二 Ld 622机械特性当2 =二十a+6时，id =0 代入回路电流方程 62-6U2,j .一 。n =L sin(- -) sin 一Ce 中。 622根据Id、n表达式，在某一 a值时，给出不同的0,可求得对应的n和Id, 绘制出电流断续时机械特性曲线。3.对直流电动机的机械特性及传动系统的影响(1)理想空载转速升高。(2)电流断续时电动机机械特性显著变软。(3)导致电动机轴上负载有很小的扰动会引起电动机转速很大变化，使原设计系统不能达到动态及稳态指标。(4)整流装置外特性变陡，等效内阻大大增加，使电流环调节对象

7、总放大倍 数大大降低。三、常规解决办法通常的解决方法是按5%额定电流连续时设置平波电抗器 Ld设计课题：KPSF-35中，要求5%直流电动机额定电流时维持电流连续 电抗器计算如下：直流电动机电枢电感U 103Ld = Kd 2PnId230 1032 2 1450 152= 1.57mHUn=230V,P=2, 有补偿绕组Kd=56,取 6Z82 数据：Pn=35KW, In=152A, n=1450r/min,Kd计算系数，有补偿电动机 变压器电感0.05 119= 3.9 = 0.153mH152Kd一整流变压器漏感计算系数，查表 3.9Udl变压器短路电压比，100KVA以下取Udl=0

8、.05,容量越大，Udl越大(最大为0.1)U2中一变压器副边相电压Id电动机额定电流回路临界电感=K1U 2：二, 1 d min= 0.6931195% 152=10.85mHK1临界电感计算系数，查表Idmin 电动机最小电流，一般取Idmin=5%lN因三相桥式电路变压器两相绕组用联导电，为此，取2Lb平波电抗器计算参数表电路名称临界电 感计 算系 数K1最大脉 动时的 a值最大脉动时U dM输出最 低频率 fd (Hz)整流艾 压器漏 感计算 系数KbU 2次U 2 )单相全控桥2.87901.21003.18三相半波1.46900.881506.75三相全控桥0.693900.46

9、3003.9带平衡电抗器双反星形0.348900.4630011平波电抗器电感Ld =Li -(2Lb Ld)= 10.85-(2 0.153 1.57) = 8.974mH由于平波电抗器电感量大时铜耗过高，体积大，导致设备造价高、体积庞大、 性能价格比下降。四、“平波电抗器+电流自适应” 解决方案采用“平波电抗器+电流自适应”方案，在Idmin=20%额定电流时由平波电抗 器维持电流连续及限制电流脉动，在 Idmin=20%额定电流以下由电流自适应环节 保证电流连续时的数学模型，从而在大负载时电抗器工作，在轻载时电流自适应 环节介入，既满足了高控制要求，又节省大部分铜耗开支。具体如下1 .平

10、波电抗器计算Ld = L1 (2Lb Ld) = 10.85 一(2 0,153 1.57)4=2.71 -1.876 =0.834mH2 .电流自适应环节(1)电流连续时的电枢回路电流连续时由于时间常数Ti的存在，从Ud0的突变到Id响应不能瞬时完成 模型是惯性环节。电动机枢回路电流连续时Udo IdTiS+1R-电流连续时电枢回路等效总电阻(2)电流断续时的电枢回路Ud0突变后,电流断续时由于电感对电流的延缓作用已在一个波头内结束, 下一个波头的Id也随电压变化，相当Ti=0,模型是比例环节。.动机枢回路电流连续时 Ud0 -； IdI RR-电流断续时电枢回路等效总电阻(3)电流断续时模

11、型=电流断续时模型1Glt(s) =Ki(1 .)连续时设计的电流调节器 iSGLt(s)黑工= Glt(s)父-=(1+上)黑-设计时取 T=TiRTis 1-is is - 1Glt (s)=Kii Rs1 ，、一 r-电流断续时要求LT是小时间常数积分调节器/ R、()sR接电流检测Glt (s)-Uk(s)(R1R2.Ugi(s)Ro R1R2 C1SRiR2R2R(Ri R2) R1R2C1SR0R2cls选R2 R1,则R111Glt = R0(1 而)= Ki(1/)R1Ki =R按电流连续设计的PI的比例常数V =R2C1 电流断续时积分常数t=R1C1按电流连续设计的PI的积分时间常数因积分时间常数很小，所以电流断续时调节器近似为小时间常数的积分调节 器。一 .1即： Glt (s)三一7一-