双闭环直流调速系统设计..docVIP

摘要 传统直流电动机的整流装置采用晶闸管。本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。采用转速调节器ASR，电流调节器ACR。但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式。可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。同时加入触发电路，并通过对各模块的保护，使系统能够持久稳定运行。 关键字：晶闸管 ASR ACR 双闭环 触发 保护模块 第1章 调速方案的总体选择及论证 以下介绍在直流调速系统中比较常用的开环控制、转速负反馈控制、转速、电流双闭环控制等控制方法。 1.1直流调速的一般原理 理想化直流电动机直流电动机可表示为： 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（）——励磁磁通（Wb）——由电机结构决定的电动势常数在上式中，是常数，电流I是由负载决定的，因此调节电动机的转速可以有三种方法调节电枢供电电压；减弱励磁磁通；改变电枢回路电阻。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好改变电阻只能实现有级调速减弱磁通虽然能够平滑调速，但是调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速以上小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。 晶闸管——电动机调速系统(V——M系统)原理图 其整流原理为三相桥式全控整流，通过改变触发角从而改变整流电压以进行调速，基本原理见下图所示。 三相桥式全控整流电路 开环直流调速系统控制电路简单，有利于在实验室实现，并且能实现一定范围内的无级调速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统是可以满住要求的。 然而，开环直流调速系统没有控制结果的反馈，控制精度不高，在需要调速的生产机械对静差率有一定的要求的场合往往不能满住要求。例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小常有波动，但是为了保证工件的加工精度和加工后的表面洁净度，加工过程中的速度却必须基本稳定，也就是说，静差率不能太大，这时就不能使用开环直流调速系统了。 1.3闭环直流调速系统： 方案一：转速负反馈直流调速系统 为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。 转速单闭环系统原理图和转速单闭环系统结构框图如图所示。 转速单闭环系统原理图 转速单闭环系统结构框图 可见转速单闭环系统实际上是开环直流调速系统的“闭环化”。转速单闭环系统将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经检测转化与给定信号相比较并经放大后，得到移相控制电压，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。 与开环系统相比，转速单闭环直流调速系统性能更为稳定。转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式： 式中：Kp—放大器的电压放大系数 Ks—电力电子变换器的电压放大系数 α—转速反馈系数 U1—给定电压 设 闭环系统的转速降： 闭环系统的静差率： 调速范围： 可见经过适当调节Kp、Ks，可以使系统的特性更硬，调速范围更宽。 方案二： 双闭环直流调速系统 通过转速、电流双闭环来控制电流和转矩的双闭环控制直流调速系统。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动电流和转速波形如图所示。 单闭环直流调速系统起动电流和转速波形图 起动电流突破以后，受电流负反馈的作用，