電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理和應(yīng)用

電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理和應(yīng)用

1電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)雙環(huán)流暢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不是復(fù)雜的，但速度的效果非常好。這個(gè)系統(tǒng)中一共有兩個(gè)調(diào)節(jié)器,一個(gè)是轉(zhuǎn)速,一個(gè)是電流調(diào)速器。它的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示,圖里面的符號分別為:ASR是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器;TG為測速發(fā)電機(jī);ACR為電流調(diào)節(jié)器;TA是電流互感器;UPE為電力電子變換器;Un*-轉(zhuǎn)速給定電壓;Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓;Ui-電流反饋電壓;Ui*是電流給定電壓。其原理是把ASR的輸出當(dāng)成ACR的輸入,再用ACR的輸出去控制電力電子變換器UPE。如果從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊,叫作外環(huán);電流環(huán)在里面,叫作內(nèi)環(huán)。這就形成了電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)。電路原理圖如圖2。2系統(tǒng)硬件保護(hù)2.1串聯(lián)擊穿電壓晶閘管元件的優(yōu)點(diǎn)很多。比如承受電壓和電流容量在所有器件中最高,開關(guān)速度高,開關(guān)損耗小等特點(diǎn)?？墒歉渌恍╇姎庠容^來說,由于晶閘管的擊穿電壓較為接近運(yùn)行電壓,而且熱時(shí)間常數(shù)比較小,因此過電壓、過電流能力很不好,過電壓、過電流在短時(shí)間內(nèi)都可能損壞元件。所以如果要使晶閘管元件正常的工作,只通過選擇合理的器件還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,對于保護(hù)環(huán)節(jié)也要十分注意。一般在這類裝置中,要有相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計(jì)。對于晶閘管的保護(hù)設(shè)計(jì),往往是通過計(jì)算其過電流,過電壓的產(chǎn)生的特性,分析其相應(yīng)的原因,采取有效的措施,避免此類損壞元件的情況出現(xiàn),進(jìn)而讓裝置更加穩(wěn)定工作。2.2元件用晶閘管段串聯(lián)電容晶閘管關(guān)斷時(shí)會有過電壓情況,這種過電壓是瞬時(shí)的。對于這種瞬時(shí)過電壓,如果能有個(gè)元件吸收掉這個(gè)瞬時(shí)電壓,讓電壓在允許的范圍內(nèi),這樣就能起到保護(hù)作用了。我們都知道電容器正好具有這樣的特點(diǎn),因此我們最常用的方法就是在晶閘管兩段并聯(lián)電容。如果在電路中的電容電路加入一個(gè)電阻并且是串聯(lián)接法,那么我們就叫這種電路為過電壓阻容吸收電路。2.3b在晶閘管保護(hù)電當(dāng)把負(fù)載斷開時(shí),儲存在變壓器、交流電路的磁場能量會在開關(guān)和整流橋間產(chǎn)生過電壓。在整流器兩端某兩橋臂突然斷開(快速熔斷或晶閘管燒斷)的時(shí)候,因?yàn)榇箅姼兄须娏骶哂胁豢赡芡蛔兊男再|(zhì),所以立刻在直流側(cè)感應(yīng)出很高的反向電壓,此時(shí)通過負(fù)載加在處于關(guān)斷狀態(tài)的晶閘管上,可能出現(xiàn)硬開通導(dǎo)致?lián)p壞的情況。因?yàn)橹绷鱾?cè)過電壓的能量很大,所以應(yīng)該采用小晶閘管來保護(hù)。用快速熔斷器作為晶閘管的保護(hù)電路是晶閘管裝置采用的幾種過電流保護(hù)措施中最常用的。因?yàn)檫@種保護(hù)電路與普通熔斷器相比具有快速熔斷性質(zhì),是最簡單有效的過電流保護(hù)器件。3平波電抗電路如果想要在電路中讓直流負(fù)載通過比較平穩(wěn)的直流電,一般情況下會將鐵芯電抗器(帶有氣隙)串聯(lián)接入整流電路輸出端口,我們稱之為平波電抗。其中有兩個(gè)主要的計(jì)算方面:一是輸出電流脈動(dòng)系數(shù)必須達(dá)到一定要求時(shí)電抗器電感值;二是在保證電流連續(xù)時(shí)電抗的電感值。3.1電抗器連續(xù)輸出電流的計(jì)算為了能否使得全部的工作區(qū)域里面輸出電流一直連續(xù),必須使得臨界電流小于等于負(fù)載電流的最小值。3.2電抗器限制輸出電流動(dòng)脈的計(jì)算為了讓輸出電流連續(xù),在選取平波電感等于60mH時(shí),能同時(shí)滿足脈動(dòng)要求。3.3內(nèi)阻器觸發(fā)電路的要求和分析本文的直流電動(dòng)機(jī)是由三相橋式全控整流電路供電,采用鋸齒波同步雙脈沖觸發(fā)電路。3.3.1黃環(huán)設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù),選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),校驗(yàn)近似條件。3.3.2循環(huán)環(huán)的設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù),選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù),驗(yàn)近似條件。4晶閘管脈沖同步相或定相在三相晶閘管電路中,正確選擇觸發(fā)電路同步電壓的相位是十分重要的。在陽極電壓接入正電壓的一個(gè)區(qū)間內(nèi),觸發(fā)脈沖此時(shí)出現(xiàn)才會使得晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。那么在一些常用的電路中,例如正弦波移相電路;鋸齒波移相觸發(fā)電路,脈沖送出的時(shí)刻是取決于接入觸發(fā)電路的不同相位同步電壓。想要實(shí)現(xiàn)移相就需要改變控制與偏移電壓的值。所以這里可以看出,要讓觸發(fā)電路在各個(gè)管子需要觸發(fā)信號時(shí)輸出脈沖,需要根據(jù)被觸發(fā)的管子的陽極電壓的相位,選擇合適的同步電壓。我們稱這樣的方法叫做晶閘管電路的同步或定相。實(shí)現(xiàn)同步的具體步驟如下。1)依照脈沖移相范圍和觸發(fā)的要求,我們可以首先確定一個(gè)相位關(guān)系即同步信號電壓與相對應(yīng)的晶閘管陽極電壓兩者間的相位關(guān)系。2)通過將電網(wǎng)的線電壓,一般是380v作為矢量參考,加入整流變壓器的接法、鐘點(diǎn)數(shù)量,可以畫出晶閘管陽極電壓的矢量坐標(biāo)位置,然后用步驟1)的結(jié)果可以描繪出對應(yīng)的同步相電壓和線電壓的矢量圖。3)確定同步變壓器的鐘點(diǎn)數(shù)和接法,這個(gè)只需要根據(jù)同步變壓器一次,二次的線電壓位置即可。5pi控制器設(shè)計(jì)5.1信號的最高角頻率根據(jù)采樣定理,為了使得采樣后的信號不會出現(xiàn)失真情況,采樣的頻率Ws必須大于等于2Wmax。采樣角頻率ws等于2π*(1/Ts);信號的最高角頻率Wmax等于2πfma。采樣周期的上限值:Ts小于等于π/Wmax。一般情況常按照一定的原則,利用經(jīng)驗(yàn)來選擇采樣周期Ts:Tmin≤Ts≤Tmax。在非特殊情況下,可以讓采樣周期或者用采樣角頻率Ws≥(4~10)Wc,Wc為控制系統(tǒng)的截止頻率。由雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)值:5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)域方程在PI控制算法中,一般如果e(t)為輸入誤差函數(shù),u(t)是輸出函數(shù)時(shí),調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以用公式:表示;所以輸出函數(shù)u(t)和誤差函數(shù)e(t)關(guān)系的時(shí)域表達(dá)式可表示為:系統(tǒng)電流環(huán)的開環(huán)截止頻率wci=135.1s-1選取電流環(huán)的采樣角頻率wsi=5wci=675.5s-1得電流環(huán)的采樣周