邵阳学院毕业设计（论文）
2.2 电流环设计方案 2.2.1 电流调节器的工作原理
电流调节器也有两个输入信号。一个是速度调节器输出反映偏差大小的主控信号
Un，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号Uif，当突加速度给定一个
很大的输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转矩和最大加速度，使起、制动过渡时间最短。
如果电网电压发生突变(如降低)时，整流器输出电压也会随之变化(降低)，引起主回路电流变化(减小)，由于快速性好，不经过电动机机械环节的电流反馈环的作用，立即使调节器的输出变化(增大)，则α也变化（变小)，最后使整流器输出电压又恢复(增加)致电原来的数值，这就抑制了上回路电流的变化。也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。
同样，如果机械负载或电枢电流突然发生很大的变化，由于采用了频率响应较好的快速电流负反馈，当整流器直流侧发生类似短路的严重故障时，电流负反馈也及时地把电流故障反馈到电流控制回路中去，以便迅速减小输出电压，从而保护晶闸管和直流电动机不致因电流过大而损坏。
2.2.2 电流调节器的作用
① 对电网电压波动起及时抗扰作用；
② 启动时保证获得允许的最大电流，实现最佳启动过程； ③ 在转速调节过程中，能使电流跟随其给定电压Ui变化； ④ 依靠ACR的恒流调节作用可获得理想的下垂特性；
⑤ 当电动机过载甚至堵转时，可限制最大电枢电流，起到快速的安全保护作用，
一旦故障消失，系统能自动恢复正常。
电流环的控制对象由电枢回路形成的大惯性环节和晶闸管变流装置，电流检测及其反馈滤波等小惯性群组成，可以根据具体系统的要求，将电流环校正成典Ⅰ系统或典Ⅱ系统。若以电枢电流超调小，跟随性能好为主，则可校正成典Ⅰ系统；若以具有较好的抗绕性能为主，则应校正成典Ⅱ系统。
其具体设计步骤为：
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（1） 对电流环结构图进行简化； （2） 电流调节器结构选择及参数计算； （3） 电流调节器的实现。
2.3 转速环设计方案 2.3.1 转速调节器的工作原理
在主电机上安装一直流测速发电机，发出正比于主电机转速的电压，此电压Unf与给定电压Un相比较，其偏差△Un送到速度调节器ASR中去，如欲调整，可以改变给定电压，例如提高Un，则有较大△Un加到ASR输入端，ASR自动调节GT，使触发脉冲前移(α减小)，整流电压Ud提高，电动机转速上升，与此同时，Um也相应增加。当等于或接近给定值时，系统达到平衡，电动机在给定数值下以较高的转速稳定转动。
如果电动机负载或交流电压发生变化或其它扰动，则经过速度反馈后，系统能起到自动调节和稳定作用，当电机负载增加时转速下降，平衡状态被破坏，调节器输出电压增加，触发脉冲前移(α变小)，Ud提高，电动机转速上升。当其恢复到原来数值时，Unf又等于给定电压，系统又达到平衡状态。如果扰动不是来自负载而是来自交流电网，比如交流电压下降，则系统也会按上述过程进行调节，使电动机转速维持在给定值上运行。同样道理，当电动机负载下降，或交流电压提高时，系统将按与上相反调节，最后能维持电动机近似转速不变。
*
*
2.3.2 转速调节器的作用
① 实现转速调节无静差，使转速n跟随给定电压Un变化； ② 对负载变化起抗扰作用；
③ 能对电流环进行饱和非线性控制，且其输出限幅值决定允许的最大电流。
电流环是系统的内环，被包围在转速环内，在设计转速调节器时，可把已设计好的电流环看作是转速调节系统中的一个环节。根据系统的要求，将转速环校正为合适的典型系统，再由调速系统的动态性能指标和采用的参数选择准则对其主要参数选择。并以此为基础对系统超调量进行计算，看是否符合设计需要。
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3 直流双闭环调速系统设计
晶闸管整流装置供电的直流双闭环调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：
直流电动机 220V,15.6A,1500r/min,2.8kW,Ra=1.5Ω； 晶闸管整流装置 Ks=50; 时间常数 TL=0.008s,Tm=0.25s; 电枢回路总电阻 R=2.5Ω;
转速给定的最大电压为 Unm=10V,其对应的转速为 nmax=1200 r/min; 转速调节器限幅值 Uim=10V。 设计要求： 稳态指标 无静差；
动态指标 电流超调量 δi%≤5%；空载启动到1200 r/min时的转速超调量δn%
≤6%。
有关参数的计算。
a 电动机的电势常数
nN1500 (3.1)
Ce?UN?INRa?220?15.6 ?1.6?0.13V/r?min?1b 三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间
2mf2?6?50 (3.2)
Ts?1?1
?0.0017sc 电流反馈系数β 设最大允许电流Idm=1.25IN，则电流反馈系数为
(3.3) Idm1.25?15.6??Uim?10
?0.5V/Ad 转速反馈系数α
??Unmn?101200?0.0083V/r?min
?1max (3.4)
e 电流给定和反馈滤波时间常数Toi 一般取1—3ms，这里取
Toi=2ms=0.002s (3.5)
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f 转速给定和反馈滤波时间常数Ton 一般取5—3ms，这里取
Ton=10ms=0.01s (3.6)
3.1 电流环的设计
电流环的控制对象由电枢回路形成的大惯性环节和晶闸管变流装置[14—16]，电流检测及其反馈滤波等小惯性群组成，可以根据具体系统的要求，将电流环校正成典Ⅰ系统或典Ⅱ系统。若以电枢电流超调小，跟随性能好为主，则可校正成典Ⅰ系统；若以具有较好的抗绕性能为主，则应校正成典Ⅱ系统
Un?Tois?1±△UdILId+ 1Ufi+ASR-1Tois?1Ui+-ACRUc KsTois?1Ud+E1/RT1s?1-RTis T ons?1UfnCe?Tons?1图3.1 双闭环调速系统的动态结构图
3.1.1 电流环结构图的简化
图3.1虚线框内就是电流环的结构图。为按典型系统设计电流环，需对其结构图作以下工程近似和等效处理。
3.1.1.1 忽略反电势的影响
将电流环单独拿出来设计，首先遇到的问题是反电势产生的交叉反馈作用。在实际系统中，由于电磁时间常数TL远小于机电时间常数Tm，电流调节过程比转速的变化过程快得多，因而也比反电势E的变化快得多。因此，反电势对电流环的影响可以看作对恒流调节系统的一种变化缓慢的扰动，在电流调节器的快速调节过程中，可以认为E基本不变，或认为△E=0。这样，在进行电流环动态设计时，可暂不考虑反电势变化的影响，而将电势反馈作用忽略不计，以简化电流环结构图，如图3.2（a）所示。可推导其近似条件为
1 (3.7) ?ci?3TmT119
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3.1.1.2 变换成单位反馈系统
利用结构图的等效变换法，将给定滤波器和反馈滤波器两个环节等效地置于环内，使电流环变为单位反馈系统，其结构图如图3.2（b）所示。
(b)Ui/β+-?ToiS?1Ui1ToiS?1+-ACRKsTsS?1Ud1/RT1S?1Id?ToiS?1(a)ACRKs/R(Tis?1)(T?is?1)n
Ui?+ACR-?Ks/R(TiS?1)(T?iS?1)n(c)图3.2 电流环动态结构图及其简化
3.1.1.3 小惯性环节的近似处理
由图3.2(b)可见，电流调节器的调节对象由三个惯性环节串联而成，其中晶闸管变流装置滞后时间常数Ts和电流反馈滤波时间常数Toi都比电磁时间常数TL小得多，可以当作小惯性环节处理，将二者等效成一个时间常数为
T?i?Toi?Ts ?0.002 ? 0.0017 ? 0.0037 s (3.8)
的小惯性环节。其近似条件为
?ci?11?3ToiT s
1?1?196.1s 3 ? 0.0017
(3.9)
电流环结构图最终可简化成图3.2(c)
3.1.2 电流调节器结构选择及参数计算
如前所述，根据对电流环的具体要求不同可以按典Ⅰ系统也可按典Ⅱ系统来设计电流。但是，当控制对象的两个时间常数之比
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