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1、课程设计课程电力拖动控制系统班级电气自动化姓名学号指导教师二零一三年十13一、转速、电流双闭环直流调速系统组成及原理1.1、转速、电流双闭环直流调速系统的组成对于经常正、反转运行的调速系统，利用双闭环调速系统具有十分明显的优势。它能充分利用电动的过载能力，在过渡过程中保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统以最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳定运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转
2、速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套连接，如图1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环：转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。1.2、转速、电流双闭环直流调速系统的原理图13为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如上图所示。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压U为正电压的情况标
3、出的并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压U决定了电流调节器ACR的最大给定电压，电流调节器ACR的输出限幅电压U限制了电力电子变换器的最大输出电压一、直流调速系统控制方案的对比2.1方案一:单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机周上装一台测速发动机，引出与转速成正比的电压给定电压比较后，得偏差电压ΔU，经放大器，产生触发装置的控制电压Uk，用于控制电动机的转速，如下图2.2方案二：双闭环直流调速系统13该
4、方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了时转速反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环：转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环节，故称电流环为内环，转速为外环。电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR的输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入限幅功能的P
5、I调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如下图：2.3.方案论证方案一采用单闭环的速度反馈调节时整流电路的脉波数m = 2 ,3 ,6 ,12 , ⋯,其数目总是有限的,比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此,除非主电路电感L = ∞,否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响,主要有:(1) 脉动电流产生脉动转矩,对生产机械不利; (2)脉动电流(斜波电流) 流入电源,对电网不利,同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。把交流分量引到运算放大器输入端
6、,不仅不起正常的调节作用,反而会产生干扰,严重时会造成放大器局部饱和,从而破坏系统的正常工作。 方案二采用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。2.4.直流调速系统控制方案的确定1.在单闭环调速系统中
7、用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。 132.系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。所以本文选择方案二作为设计的最终方案。2.5.设计要求直流电动机设计双闭环直流晶闸管系统，技术要求如下：1.直流他励电动机
8、：功率Pnom＝60kW，额定电压Unom＝220V，额定电流Inom＝305，磁极对数P＝2，,nnom＝1000rpm，Ra＝0.06Ω，Idmax＝400A，总电阻R＝0.18Ω，电磁时间常数Tl＝0.012s，机电时间常数Tm＝0.12s，晶闸管装置放大倍数Ks＝30，测速发电机:Pnom＝23.1W，Uno
