直流电动机双闭环调速系统设计

1、仅供个人参考1设计方案论证).1电流环调节器方案一,5用PID调节器,PID削节器是最冏想的请节器.能就平滑快速调速,仅在突际应用过科中存在做分冲击,将对电机产生较大用冲击作用,-般要小心使用.方案二.果用PI调节的,FI调节黯能解做到无静差调节,且电脂较PID调中器前单,取采用方案二.L2转速环调节器方案一，采H1PID询节器.PLD出门：器足睛理想的翁舞，能蝴平滑快速但在实际应用过程中而在微分冲山，将对电机产1收入时冲由作用.股骡小心使用nh窠二采用Pi调Was.pi调节器能幽侬到丸推?:闲行,目电路较PID调节薯前单，故果用方案二g不得用于商业用途2.2整流电踊本次课程设尚的招流士电器笊

2、川的是三相桥式全控理流电环，它可看成址由一纲共阴我注和另一组其川技法的三相半波可拄期流山路中联而成.只阴极组VTV和VJ在正半周导电.漉经变压器的电流为正向电流;共阳极组VTj.VTdfllVR在负半周导电流经变压品的电流为反向也SL变压渊短相绕组在正负半周都有电就流过.因此,变京器在空中没有直流磁通势,同时也提高了受压耨能第的利用率,三相桥式个界整流通器移用于声流电初机或要求实虹灯能逆变的仇械、为使负载业淅比馍平滑仃利支流电动机抛向及减小火花,以设科'电叨机的机械特性,一般要用人电携鼠观第大的平波电抗博.这就答同于舁仃反电动势的大电醮负囊.三相桥式全控整流电路的工作原理是当自=OWK

3、川作憎况.触发电路光后向各自所控制的6只用削管的U极l对应自然换相点）送出触发豚冲，即在三相电源电*i上半波的1、35点（正半波自然换相点）向共阴极组品闸管VT八VTVT$输出触发院冲，在三相电源电用优半波的2、4.踮点（负半波自然投相点）向其阳极州相闸恰丫丁hVT”VT*输出触发陈冲口以下三也是三相排式金控螯流电符所理遵循的规律（1）三桥式全控整流电路任一时刻必灌有两只晶间皆同时导通,才一形成负载电流.其中一只在共阳中一.在一只在共阴极组.(2) 一整流输出电压破形是由电源税电压U1/UM、Uvw1UvuUwv和Uwv的轮流看出所纲成的.冷浅电压正半波交点6分剧是VT15的H然换相点,(3)

4、 KR品闸管中例首寻通I20°*部间隔60行一0晶同管换波.除上所述，三相桥式：N'?流电路的整流瑜H；也压味岫小.脉动频率高，基波蜘率为30aH丸所以串入的平波电*L器电感盆较小.在负就要求相同的H流电压3晶加；受的最大电压，将比采用三相半波可控整流电路要减小一半，且无需要中线.半蜿电天也小所以,广泛应用于大功率自流电动机调魂系统.如果为了省去It减电压罂>可以选用额定电压为440V的克流电动#U相比其他骞炎整流也路而再.再根据其优点,所以宋阳三相带式全挎型流电路本次本祇课程说让的变质年滕鳍组别采用的是主变压器为Y/I和同步变压噩为Yy4二为热不同的联结组别的迷择会产

5、生不同的效果和作用,以卜为变压器联结"制选律的国家M推B为了蹿6和使用上的方便,国冢规定三相双绕组电力变用器的标率联结组为YyN.Y“yO.Yy0.Yd1,Yyd11中YynU用于低小但电由为4OO-23OV的配电表压器中,供给动力。妈期混介负族，变H、器的容量可达18(K)kVA,高歪侧的题定电质不楹过*kV.YyOJIJ于高瓶例常极地的场->VC：.(二用涉L中葫Y11川升口|：州1巾代胡时00V前荏嘱山利大容量为3l5O0kY.Ai高压依|电压在35kV以下.Y'dll用在高压侧需要接地IL低压恻电质超过400V的埃蹄中.三相受压器的绕出球站时应注意利用单相交压器

6、接成三相变压器如时，要注意统组的楹性.JE三相心式变IMS的一、二次的三相统组接成星形或三角形的.乳苜端都应为爵名瑞：一.二次绕组相序要一致23触发电路的抗择和同步而网管的电流容量楂大，要求的触发功率翅大-对于大中电流容量的晶闸ii-为了保证其触发脉冰具有足够的功评:.往往采用由品体管铝质的触发电踣,本次课程劭计的触发山胞求用的是孤内渡问步的触发电Fh该电瞪由五个落外组强.才利为何龙耳花里的妆形成及陵冲移和孙TcQ术冲形成.嗣人和分出环节：双麻冲将成耳节；强触发环世-择好触发电器后,就要当思同步的问题©所谓同步.就是要求触发朦冲和加于晶用管的电霹电压之间必缆保持假军一致和相位固定.实

7、现同生狗主要方法是通过同步变压器TS的不同联结酣别向善触发单人提供不同相传的交流电除称之为同比信号电乐,确既受泳装园中备晶网管能按战定的崛序和时刻我方触发赚冲笄有序地工作.通常.同步朝黑的联结组别与主电路整海变压器朕整组别.主电跻形苴.负裁性质以及柔用何种触发山新均有美系实际上所谓三相触发电PS同步定相.就是在主串路整流变压器联结组别、主电路形式.负蝌出的所需程相范以及触发电踹均LA确定的条件卜,如何”过简便的方法来确定同步受压黠联结绯现并给各触发单元选取相国的同步电班.由于同于同用器二次电压要分别接到各单元触发电发而各单元制发电发乂均有公共“接地”又点,所以同步变原罂的二次«施赤星

8、形联结.由于JKt变出鼎卬可方麦珠器一次浇铝总是接存同一的三相电源上，所以#J同力变压器»结组别的确定可以采用tt化的电氏相戢图H方法-2.4双闭环控制电路的工作睇理312.1观叩、门论调辿号统他国及罐网双闭环直流调速系统电跖原理图如图2.1所示，苜先是对双闱环控制电路的稳态工作原理的分折,可以根据系统的稳态结构框图来分析,分析用志丁甘M理的关健是要了髀P【调节器的稳态籽祉.，一般都会存在着两种状况二饱和一T也达到陶幅侑.不也和输出未达到闹瞩值.当调节器饱和时,输出为恒值，输入量的变化不再影响输出除非有反向的椅人信号使调节M源出饱和按句话说.饱和的和节器得时玛断了输入和输出阿的秋茶.

9、相宜于使陵调节对开环色调中繇不但利时、P的作用便输入偏豹11正在副态时总为不在实际的正常运行时.电流调节器是布会达到施利状态的,因此，只有转速调”露饱和和不饱和曲种情况n当转速调速器不饱不时.两个调M器都不饱和.稳态时,它们的输入儡差电压都是零.而当转速调节器饱和时，ASR输出达到限幅值，转速外环早开环状态.圮速的变化对赛统不杵产牛影呵.双闭外系统变成一个也流无静安的单电流阑环调节系统.在稳态工作点上.转速是由给定电压决定的,ASR的输出量昆由负载血流决定的.而控制电爪的大小粤时取决于特速利负载电SLPI遍节器的输出量在动态过程中决定于输入信的积分.到达稳毒时.输入为零，物出的荔需值与输入无美

10、，而是由它后面年节的铜要决定的口双闭环调速系统的静将性在负载电流小于I时表现为转速无静差，这时,转通装反tfi起主要调V作用.当允载电流达到Im时，对应于转速调节圈的包和输出.这时电瓶调节器起主要调节作用.赛统表现为电流无静差,得到过电流的自动保护，这就是秉用子两个PI调节需分别形成内、外两个闭环的效果.衣杆的府林忤比帝申流截"fi反馈的第闭环希绅静持件好一双闱环声流调速系统腌志结构图如图2.2所小,对其起动过程的分析，山于在起动过我中华速调书器ASR算出外过和，饱和、退饱和一种何况，犍个动态过程就分成I,II、111二个阶段.第I阶段电瀛上升阶段）突如给定电味后.”过两个调节器的黑

11、陋作用.UcUm，L那跟着上升，但是在船没有达到宽载电流Ll以前*电制机还不能转动.当1亡s而电司机开第起动由于机电惯性a用,转速不会长.阂而耕速调节器A$R的输入褊差电炉仍较大，水输曲电压保持限小值.强迫电枢电菰迅速上升直到电流调节器很快就瓜制了I的增长.标志着这一阶段的结束第1I阶段f恒流日速阶段）.这是起动过程中的主要鼾段.在这个阶段中.ASR始终k饱和的.轴速环相当于开外，系统或为在恒值电流给定下的电流道节系统,基本上保升电流Id恒定.国而系统的加速度恒定.转速写线件烟长，对电流调节系统来说E是一个线性渐增的状助呈.为了克服它，U加利U也必匏基本上按线忖增长T才能保持1/H定.第n阶段

12、(转速调节阶般),当转速上一升到第定俏时，转速调节器ASR的输入偏差减小到零.但其偏出却由于零分作用还雉持在网蟒.所以电动机旅在加速使转速超调。转速艇册后.ASR输入偏差也解费负.使它开始退出电和状态.U%iL很快卜降.但是,只史L仍大于负戴电流L一把速就维续L升.直到时转我,=,则dn/dt=M转速ri才到达峰值.此后,也动机开靖在第载的阻力下减速，当Id<ldL时，直到稳定=粽上所述，双闭环五流调速系统的起动过程有以下三个物由*饱和II线件按涮(2)转速超调(3)准性间域优控制*最后是对其动态抗扰性穗的分析.对于调速察统,最董要的动态性能是抗扰性能.主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的

13、性BL负装扰动作用在电流环之后.因此只能将找速调牌ASR来产生抗初载扰动的作用匚就蠡特性而言,系统对它ftl的抗抗效果是一样的.但从动态性能上看.由上扰动作用点不同,存在着建杏此时调节的笄别口负戟扰动能嬲比较快地反映到被曲；dnk从而得到调节，而电网电压扰动的作用电力被调量梢远，调节作用受加延海因此单闭耳调速瓶统典制电压初就的性能要差一点.3整流装置的设讨及其计算3d变压器副方电压为了战小电网与部流装置的和用T扰.使林:宛主电箱与电网隔周.为此波要配置整流装置,但由于电网电压波动，管子本身的压降以及整流变压SS等效内阻造成的田降等.所以设过时u斗应按下式谛书：r_*必才L-一叫式中：u.为货载

14、的腕定电压，取签UV力货汽工，凶i孙，取I、n为电流M路所纬过的聘流元件的个熟,排式电增收2A为理想情况For=。时Umu/5,取2出R为实际电E与理想空载电压比.取093%11m为西小格柏角，取IU匚为我净接会电力代票数.取U5"也为变压器阻数电沼比*取U.U5，/%为二次倒代许出现的最大电流与辆定电流之比.双口,HIE所以耕故山;代人2.Uxn9X(U.ys-U.5x005XO.K16>3. 2变压器和晶闸管的容旱“变压甥容地理想条件卜'变小瑞二次容量为Sr=3UJ,=3x170.816/.=10,6l7fflM££XimJVj®C2)

15、品闸管客量晶闸管额定电晶应选等于元件宴除承受最大峰值电氏U11f的Q-3)ffi口代=123H/r“=KlJ=31X).66K苫Eg3倍的过压J吃取虚I.啊晶网管物定电流"效但降八/JJ=23.55.A平均位=幅八石7)=15占用中-12.24考虑(L5-2)/m4n的过流幡量.取睇2M3.3平波电抗器的电感量为了使负载电流得到平滑的直流.通常花整流输出端巾人带疗”必饮心的业抗得二电流连续时：=i1T*+G)大中；匕=跖=居=0白6*=47,45内J5%IJ-/h+224“)"3 乂 (1U5 = U6M州L-niH所以上”=47.45-(2x0.461+fi=3*5钱mH

16、电流断致时：L2二L-QL+L式中；小堂.袅巾1),462x3,14x3W 。皿44淤106.311 *上广 »*H) = 11 n6f油”其中,给建的允许电流脓动系数,三相整海电路中.导U5-10浮，取5现7所以4.二1,566-(2X0.4&l+S)=2.&4W/平渡电抗器电感4二十外野小385要聊日平被电抗器电阻为此JOL1Q34晶闸管保护电路品阿管关管美电压保护为了避免晶闸管两瑞在关断过程中出现瞬时反向过电压尖峰波出,最常用的保炉方式空在品闸哈两端并接KC吸收，湾选抒框据降m=lM香表得；电阳/?=密流，电容匚;LU5mEll用功rhl-f)L5-I/乂iw.

17、力in-5心叶Ji*in121交流胧过电压尺护为了谶了接通、断开交丁侧电幕时出现不惠过程而引起的过电压,故采用尔容吸收电器包容（7现餐±=6x4%x幽华=O.U?5T1063-tj-见阳/?占2J 一=2,3x-xJ = .22 KQ3533鼠=现"410、=2x3.14x50x0.075x1503x10=0.01934电阻功率E之（34H；R=30,03932x8220=9.18W0）直流恻过电原保护直凝侧由丁是电感性负轨械在某种情况E会发生浪涌过山瓜如电压过高的话.仃可能会造成晶阐管硬开通而换坏二为避免它+战在直流负骐两湍并接压敏电阻来保护.造祥根据桃准电乐和通流客手通

18、过杳表nJ群出工=1$行仃4-L3xV5x22O=4Q4V迎漉容岸送挣U.54U故TT表得压嫩电阻型号爆将为阿K5I-3/0.5（4）过山端保护造成出刚性过电漉的主瞿原因足，电网此尿波动太人,电劫机轴地动的软载超过允许值-电跻中管谩导通以及管子击穿妞拈等,为避免这些影响.通常来取快速熔断髀来起寻过电流的傀护作用，怏速熔断谣接法有三种,本设计采用接入桥内与晶闸管串联的方法.选择根据L订端小，2M之小的计篇公式来进行选择本设计中人丁3）=15.所以杳表得邛号为兄不-5015）电压上升率和电流上升率避免品网管由于正向电氏上升率过大.而引起的加附筐误导通，造成校怖或品闸管烧坏,通格限制措施配尼晶一个晶

19、相管桥胃中串接一个空芯小电这（电感量约为2U7WHL本设计值辑儿二2山山的）效择触发电出主电路变压器迷播“V-12的联结组如同也变在将一组选择打F4、另一组选捋了“9。的联结班别4控制电路的设计41已知参数直流电动出1珠=&弁*=22加八，=3084%=lOOU/min.牝=0.180,放大倍数端=35电礴时间常配71=0,UI2v机电的间常数Tm=0Jij电动机也势常战C”Ul96Fmii。电动机机电时间常多汇=仇川542预选参数1调节霜输入阳抗(1=20m(2电流反调系数尸=匚雪=-=0“7人鼠他g'tf,0(3)转速反馈系数or二=53x10Vmin/r修寸150(1(4

20、J电流反调滤波时间常数，=1皿15)转速反惊船波时间常班T界5ms(6J电潴给定谑波时间常数兀=T#=bwjC7)转速给定危波时间常放心=%=5仍4.3最佳典型I型电流环的计算(I)问化事喳并确定村同常数工嘛去反电势E=C对电流变化的爨响.令并小福性环节，包括品向管廷迟和反循植被环节电流环小区间常数之和为：TVt=T+7=O.IWI+UWl67=U.04)267s3.17K网有常什的传递南的为；址(4 =1)求出固有部分的传遏西效.四山简化后的电流环结构因(rjC不+11(U.C)016工什Il(C.(J2K7s+>简化后的电流f宙i构恒工1所小为:出7/用£1泊化垢的电沆M，

21、纳枸鸟U)选押电流调节器结构但据设注要.求。,包5,井里怔柳态电流无;；伫刈按典型1维系统改计电流调节册*电源环控制对靠是双惯性型的，因此可用PI型电流调节豁其传递的数为mjd=凡匕-1卜丁卢检杳对电源电年的抗抗性能：匡="也=U.W3,K(W卸参照表后各项指林都是可接受的a(4)tl笄电澹调节器参数电流调。猾超近固网常数；&=7;之也。骂7)电流坤开环增益士要求珥M5%M.府城氏q二。一5.囚此出)忽略反电势变化对电流邪葫念影则的枭件满足近似条件1。电流环小时间常数近似处理条件(MX) l&7x 110()1= 257.94l兰涯,涡足近似条件f>)H疗调口群

22、电卬和电存运算放大曙=som.各虫版和电容厂为R=K&用£1=3苦*6*G.虱34Ailf11"AX"1.4最佳典型【I型速度坏的计算(I)确定时间常数IAJ电流外斗效时间常数】/*=2K=2双,00267=0,1X)534$(B；转速环小时间常数a=-十匚,=WMJ5344廿.M5=U,川。$独人选择转速调节器绪构按照没V鬟取r选用Pl调节器，其传递函数为下位3>二三金色力计算转速调节器参数拉现颉和抗扰就性危都粒好的原财，取h=5则小R的超前时间常数为.，返=5x0,01(134-U.CSISj其速开环增益为坪f"11=r=1122j,2

23、/rTj-2x25x0.01034-ASRA比网率效为* : th+1 质工一 一 必冰先(4)检验近似条件6xii.l3xai35BxU0942x5=<5._UDD 'x.6363x(JinU34=I LIU3©找逆耳赧止期率为财* 丛二fCR= 1152x0X)515= 5L7&J-'CA电流环传通函瓶简化条件为黑=科2小摘足收於件LB)我速用小时间常数近似处理条件为I JI87.275 U.OO5士3.3/皂以，满是近似条件计部调书器史阴和电容运算成大器叫e2OXC.各电阻和电容伯为-H.llJ.36x2(JW = 222O72W , 4£

24、; 23UKCU.051SU,丝F,以U.22/F 晨 4XU.UU5J = = i£Q5系统性能指标的分析计算5JI静态指标的计算(A)同型1型泵统j(U.UU167jIX0-00H + I)始定阶底输入：Kr=IimGa)=lim3T=0tB*典型II型系统的定阶跃输入*%二而回打二lier”35他此加旬_0j-0.005s+1)(0.0053s+L)272扰动阶跃输入m心=打面叫GO=-limj2s(0.0055+1)(0.00535+1)+6.3<U,0515s+1Js5.2 动态跟随指标的计算CD电流环可以达到的动态用Mid的指标为凡4J%<5-47jT&=0.LII25af-Qalg121空载起功到前定转速的“人起瑞锵疗，在饱串用线性忙以ASR“退