基于plc的双闭环直流调速系统

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1、前言直流调速系统具有调速性能优良、可靠性高的优点，被广泛的应用。直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号；强电部分根据控制信号调节电动机转速，拖动绞刀、钻机等机械负载进行作业，以满足不同作业现场的需要。可编程控制器PLC是通用的自动化控制装置，是船舶实现自动化、智能化控制的核心控制元件。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，采用模块式组合设计，具有控制功能强，可靠性高、使用灵活方便，易于扩展等优点，在船舶主机遥控系统、锅炉控制系统中央冷却控

2、制系统等重要设备上得到了广泛应用。本文首先详细的介绍了大功率直流调速系统的基本原理，分析了调速系统的基本组成以及基本调速方法；然后系统的论述了现代PLC控制技术，介绍了PLC控制系统的基本设计方法；接着本文以经济性好、可靠性高的大功率晶闸管为调速系统可控整流电源，根据现代控制理论，采用转速一电流双闭环调速方法对大功率直流调速系统的主电路、转速控制电路以及信号检测电路进行设计，结合现代PLC控制技术对调速系统运行进行控制，对电动机、晶闸管等元件主要参数进行监视、保护；最后利用protel电路图绘制软件对相关电路图进行绘制取得了满意的效果。19第一章总体方案设计1.

3、1调速方式的选择直流电动机电枢回路的电压平衡方程为电枢反电势为由此得到转速特性方程如下由转速特征方程可以看出，调节直流电动机的调速方法有如下3种：1.调节电枢电压调速改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。Ia变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。2.改变电动机励磁调速改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速，从电机额定转速向上调速，属于恒功率调速方法。If变化时间遇到的时间常数同Ia变化遇到的相比要大得多，响应速度较

4、慢，所需电源容量较小。3.改变电枢电阻调速在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软，空载时几乎没什么调速作用还会在调速电阻上消耗大量电能。19Tn123图1直流电动机机械特性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，其机械特性如图1所示改变电阻时，n随电枢电压的降低而降低，但机械特性的斜率保持不变；改变电阻只能有级调速；弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压调速方案，在基速以上作小范围的升速。所以本次设计采用调压调速。对于经常正、反转运行的调速系

5、统，利用双闭环调速系统具有十分明显的优势。它能充分利用电机的过载能力，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，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。转速、电流双闭环直流调速系统的框图如图2所示。图2转速、电流双闭环直流调速系统框图19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2所示。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

6、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。从图1可以看出PLC要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在PLC内部完成，数字给定也是用软件方法在PLC内部设定。第二章硬件设计2.1晶闸管-电动机电路设计晶闸管-电动机电路中，采用三相桥式全控整流电路。如图3所示。图3三相桥式全控整流电路原理图19如图所示，来自体统母线的三相交流电经断路器通过整流变压器向晶闸管供电，为了减少高次谐波对电网的不良影响，变压器采用△/Y接法，整流主电路采用三相全桥式整流电路。当晶闸

7、管的阳极和阴极之间承正向电压并且门极加触发信号晶闸管导通，并且去掉门极的触发信号晶闸管依然维持导通。当晶闸管的阳极和阴极之间承受反向电压并且门极不管加不加触发信号晶闸管关断。2.1.1整流变压器的设计对于三相桥式整流电路，变压器副边相电压副边有效电流变压器额定视在功率2.1.2.晶闸管的保护晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R—C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆

8、变工作状态，从而抑制过电