电机与控制课程设计--双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统设计

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1、 1 摘要 双闭环直流调速系统是电力拖动自动控制系统中一个很重要的系统，而逻辑无环流可 逆直流调速系统是双闭环直流调速系统的典型系统。 在系统设计中， 通过转速环反馈环 ASR 作为外环和电流反馈环 ACR 作为内环的控制，可以很好的获得良好的静、动态性能。两组 晶闸管装置反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一，这种线路有能实现可 逆运行、回馈制动等优点。逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另 一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种 系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。 关键词：逻辑无环流 可逆调速 ACR AS

2、R 2 双闭环逻辑无环流直流可逆调速 系统设计 1 设计方案 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。采用转 速负反馈和 PI 调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静 差，而在此甚础上再加中电流负反馈，则可使系统的电流不能无限制的增加，而当系统在 最大电流（转矩）受限制时，调速系统所能获得的最快的起动过程。由此可知，双闭环使 得系统的调速性能大大提高。带电流截止负反馈的调速系统虽然能大大改善系统在起动和 堵转时的性能，但实际上由于其实质是电流与转速共用一个调节器，所以在实际生产过程 中，电流和转速之间出现互相扯皮的现象，不能在根本上解决问题

3、。 逻辑无环流可逆调速系统是目前在生产中应用最为广泛的可逆系统。由于无环流，所 以不在设置环流电抗器。但为保证稳定运行时电流波形的连续，仍保留平波电抗器 Ld。所 以它兼有无环流和电流波形连续的特点，所以比直流平均环流与配合控制有更好的效果。 2 双闭环调节器的设计 2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理 双闭环直流调试系统稳态结构如图 2-1 所示，两个调节器均采用的是 PI 调节器。转 速调节器 ASR 的输出限幅电压 * im U决定了电流给定的最大值，电流调节器 ACR 的输出限幅 值 cm U限制了电力电子变换器的最大输出电压 dm U。当调节器饱和时，输出达到限幅值。 输入量的

4、变化不再影响输出，除非有反向的输入信号是调节器退出饱和。当调节器不饱和 时，PI 调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压 U 在稳态时为零。双闭环 直流调速系统的静特性在负载电流小于 dm I 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主 要调节作用。当负载电流达到 dm I时，对应于转速调节器为饱和输出 * im U，这时电流调节器 起主要作用，系统表现为无静差，起到过电流的自动保护作用。这就体现了两个 PI 调节 器分别形成内、外两个闭环的效果。 3 图 2-1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 双闭环反馈控制系统的动态数学模型如图 2-2 所示： 图 2-2 双闭环调速系统的动

5、态数学模型 2.2 电流调节器电路设计 2.2.1 电流调节器电路图 采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式 PI 型电流调节器， 其原理图如图 1 所示。 图中 i U 为电流给定电压， d I为电流负反馈电压， 调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压 c U。 4 2-2 含给定滤波和反馈滤波的 PI 型电流调节器 图 2-3 电流调节器电路 2.2.2 电流调节器参数计算 2.2.2.1 确定时间常数 1.对于三相桥式整流电路，总电感量 L： L=0.693 min 2 d I U =0.693* 1.01403 220 6.3mH 其中 mind I=(5%10%) N I 2.电磁时间常

6、数 l T： 5 l T= R L = 4.0 0063.0H =0.0158s 3.电动机电动势系数 e C： N aNN e n RIU C 1100 4.0140220 =0.149min/rv 4.计算电流反馈系数： AV I N /0476.0 1405.1 10 5.1 10 5.三相桥式滞后装置滞后时间常数 s T： s T= 2 1 m T= 50*6 1 * 2 1 =0.0017s 6.电流滤波时间常数 oi T。三相桥式电路每个波头的时间是 3.3ms，为了基本滤平波头，取 oi T=2ms=0.002s。 7.电流环最小时间常数之和 0.0037 isoi TTTs 。 2.2.2.2 选择电流调节器结构 根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电流调节器。电流环控 制对象是双惯性的，因此可用 P I 型电流调节器，