直流双闭环调速系统(4)

2019-04-14 13:23

本设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管,触发顺序依次为:VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6,晶闸管必须严格按编号轮流导通,6个触发脉冲相位依次相差60O,可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块,即可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大,就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图4-2。

至VT6至VT5至VT4至VT3至VT2至VT1(15~10脚为6路双脉冲输出)(1~3脚为6路单脉冲输入)

图4-2 三相全控桥整流电路的集成触发电路

2.6双闭环调速系统的组成和设计

双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的,实际的调速系统除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求,这就需要一个电流截止负反馈系统。

由5-1图启动电流的变化特性可知,在电机启动时, 启动 电流很快加大到允许过载能力值Idm, 并且保持不变, 在这个

条件下, 转速n得到线性增长, 当开到需要的大小时, 电机的

I电流急剧下降到克服负载所需的电流fz值,对应这种要求可控

硅整流器的电压在启动一开始时应为IdmR?, 随着转速n的

U?IfzR??Cen上升,U?IdmR??Cen 也上升, 达到稳转速时, 。

这就要求在启动过程中把电动机的电流当作被调节量, 使之维持

在电机允许的最大值Idm, 并保持不变。这就要求一个电流调节 图5-1 带截止负反馈系统启动电流波形

器来完成这个任务。带有速度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。

图5-2转速、电流双闭环直流调速系统原理框图

(注: ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子装置 Un*—转速给定电压 Un—转速反馈电压 Ui*—电流给定电压 Ui —电流反馈电压)

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设

置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串级联接,如图5-2所示。这就是说把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫内环;转速调节环在外边,叫做外环,这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

(1) 电流调节器的设计

1. 时间常数的确定 (1) 整流装置滞后时间常数,即三相桥式电路的平均失控时间 Ts=0.0017s。

(2)电流滤波时间常数Toi?0.0031。

(3)电流环小时间常数之和T?i。按小时间常数近似处理,取T?i=Ts+Toi=0.0049s。

(4)电磁时间常数Tl=0.033。 2. 选择电流调节器的结构

根据设计要求?i?5%,并保证稳态电流无静差,可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的,因此可用PI型调节器,其传递函数为

K(?s?1) (5-1) WACR(s)?ii?is式中 Ki------电流调节器的比例系数;

?i-------电流调节器的超前时间常数。

检查对电源电压的抗扰性能:

Tl0.033??6.73,参照表5-1的T?i0.0049典型I型系统动态抗扰性能,各项指标都是可以接受的,因此基本确定电流调节器按典型I型系统设计。

表5-1 典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系 参数关系KT 0.25 0.39 0.5 0.69 1.0 阻尼比? 1.0 0.8 0.707 0.6 0.5 超调量? 0% 1.5% 4.3% 9.5% 16.3% 上升时间tr 峰值时间tp 相角稳定裕度? 截止频率?c ? 6.6T 8.3T 4.7T 6.2T 3.3T 4.7T 2.4T 3.6T ? 76.3? 0.243/T 69.9? 0.367/T 65.5? 0.455/T 59.2? 0.596/T 51.8? 0.786/T

3. 计算电流调节器的参数

电流调节器超前时间常数: ?i?Tl=0.033s,

电流开环增益:要求?i?5%时,取KIT?i?0.5,

所以 KI?0.50.5?1 ??105.s1T?i0.004s9于是,ACR的比例系数为 K?R Ki?Ii?105.1?0.033?0.56/?27?0.77?=0.1

Ks?式中,?为电流反馈系数;晶闸管装置放大系数Ks=27。 4. 校验近似条件

电流环截止频率:?ci?KI?105.1s?1

1)晶闸管整流装置传递函数的近似条件 11??196.1s?1??ci 满足近似条件 3Ts3?0.0017s

2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

11?3 3?32.39s?1??ci 满足近似条件

0.26?0.033TmTl3)电流环小时间常数近似处理条件

1111??145.2s?1??ci 满足近似条件

3TsToi30.0017s?0.0031s5. 计算调节器电阻和电容

由图5-3,按所用运算放大器取R0=40k?,各电阻和电容值为

Ri?Ki?R0?0.1?40k??4k? Ci??iRi?0.033s?8.25?10?6F 4k?

图5-3 含滤波环节的PI型电流调节器

Coi?4Toi4?0.0031?F?0.31?10?6F?0.31?F 3R040?10照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为

?i?4.3%?5%,满足设计要求。 (2)转速调节器的设计 1. 确定时间常数

(1)电流环等效时间常数1/KI。由前述已知,KIT?i?0.5,

1则 ?2T?i?2?0.0049s?0.0098s

KI(2)转速滤波时间常数Ton=0.01s.

(3)转速环小时间常数T?n。按小时间常数近似处理,取

1 T?n??Ton?0.0098s?0.01s?0.0198s

KI2. 选择转速调节器结构

按照设计要求,选用PI调节器,其传递函数式为

K(?s?1) WASR(s)?nn

?ns

3. 计算转速调节器参数

按跟随和抗扰性能都较好的原则,先取h=5,则ASR的超前时间常数为

?n=hT?n=5?0.0198s=0.099s 则转速环开环增益

h?16 KN??s?2?306.1s?2 22222hT?n2?5?0.0198

可得ASR的比例系数为 ?h?1??CeTm6?0.77?0.131?0.26Kn???10.23

2h?R?T?n2?5?0.007?11.1?0.0198


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