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《晶闸管直流调速系统——自动控制原理与系统

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-01-11 16:14    浏览量:

  直流调速编造拥有杰出的起动、造动职能,可能利便地正在宽边界内滑润调速,于是,我国工业出产中很多局面照旧应用着直流调速编造。 直流调速编造正在反应把持表面及执行操纵上对照成熟,因此熟谙直流调速编造对交换调速编造的分解与策画有直接的指挥旨趣。 (1)调理电枢供电电压 Ud,也许杀青无级调速; (2)削弱励磁磁通 ?,也许滑润调速。但研商到直流电动机额定运转下励磁磁通?仍然亲密饱和,励磁电流只可向幼于额定磁通的目标改观,电动机将高于额定转速。因为电动机的最高转速受换向器和呆板强度的限定,因此弱磁调速边界不大,往往只是配合调压计划,正在额定转速以上作幼边界的弱磁升速; (3)转化电枢回道电阻 R,杀青有级调速。 二.直流调速编造的供电办法 遵循前面分解,调压调速是直流调速编造的紧要本领,而调理电枢电压需求有特意向电动机供电的可控直流电源。 先容几种紧要的可控直流电源。 常用的可控直流电源有以下三种 旋改变流机组——用交换电动机和直流发电机构成机组,以得到可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整流器,以得到可调的直流电压。 直流脉宽调造变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电,愚弄电力电子开合器件斩波或举办脉宽调造,以发生可变的均匀电压。 1. 旋改变流机组 2. 静止式可控整流器 V-M编造的特性 与G-M编造比拟较: 晶闸管整流安装不光正在经济性和牢靠性上都有很大升高,并且正在时间职能上也显示出较大的出色性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数正在10 4 以上,其门极电流可能直接用晶体管来把持,不再像直流发电机那样需求较大功率的放大器。 正在把持用意的敏捷性上,变流机组是秒级,而晶闸管整流器是毫秒级,这将大大升高编造的动态职能。 V-M编造的题目 因为晶闸管的单领导电性,它不批准电流反向,给编造的可逆运转酿成坚苦。 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都很是敏锐,若跨越批准值会正在很短的时刻内损坏器件。 由谐波与无功功率惹起电网电压波形畸变,殃及相近的用电修设,酿成“电力公害”。 3. 直流脉宽调造变换器 正在道理图中,VT 表现电力电子开合器件,VD 表现续流二极管。当VT 导通时,直流电源电压 Us 加到电动机上;当VT 合断时,直流电源与电机脱开,电动机电枢经 VD 续流,两头电压亲密于零。如斯一再,电枢端电压波形如图b ,相同是电源电压Us正在ton 时刻内被接上,又正在 T – ton 时刻内被斩断,故称“斩波”。云云的编造称为直流脉宽调速编造,简称为PWM编造. PWM编造的便宜 (1)主电途径道单纯,需用的功率器件少; (2)开合频率高,电流容易相接,谐波少,电机损耗及发烧都较幼; (3)低速职能好,稳速精度高,调速边界宽,可达1:10000足下; (4)若与敏捷呼应的电机配合,则编造频带宽,动态呼应速,动态抗扰才力强; (5)功率开合器件处事正在开合形态,导通损耗幼,当开合频率相宜时,开合损耗也不大,所以安装结果较高; (6)直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。 幼 结 三种可控直流电源,V-M编造正在上世纪60~70年代取得普遍操纵,目前紧要用于大容量编造。 直流PWM调速编造行动一种新时间,开展神速,操纵日益普遍,极端正在中、幼容量的编造中,已代替V-M编造成为紧要的直流调速办法。 三.出产呆板对转速把持的恳求及静态调速恳求 各样差异的出产呆板因为实在出产工艺流程差异,对转速的恳求也差异,但总结起来通常蕴涵以下几个方面: (1)调速——正在肯定的最高转速和最低转速边界内,分挡地(有级)或 滑润地(无级)调理转速; (2)稳速——以肯定的精度正在所需转速上巩固运转,正在各类滋扰下不批准有过大的转速震动,以确保产物格料; (3)加、减速——对屡次起、造动的修设恳求加、减速尽量速,以升高出产结果;对不宜经受猛烈速率改观的呆板则恳求起、造动尽量平定。 调速和稳速是调速编造静态方面的恳求,而加、减速是动态方面的恳求。 针对换速和稳速两项恳求,界说了调速编造两个静态(稳态)职能目标。 1.静差率:当编造正在某一呆板特质下运转时,负载由理念空载填补到额定值时所对应的转速降下 ?nN ,与理念空载转速 n0 之比,称作静差率 s ,即(转速改观率) 静差率:当编造正在某一呆板特质下运转时,负载由理念空载填补到额定值时所对应的转速降下 ?nN ,与理念空载转速 n0 之比,称作静差率 s ,即(转速改观率) 2.调速边界: 出产呆板恳求电动机供应的最高转速和最低转速之比叫做调速边界,用字母 D 表现,即 调速边界、静差率和额定速降之间的合连 电机额定转速nN为最高转速,转速降下为?nN,编造的静差率该当是最低速时的静差率,即 而调速边界为 上式表现调压调速编造的调速边界、静差率和额定速降之间所应满意的合连。关于统一个调速编造, ?nN 值肯定,倘若对静差率恳求越厉,即恳求 s 值越幼时,编造也许批准的调速边界也越幼。 某直流调速编造电动机额定转速为nN = 1430r/min ,额定速降 ?nN = 115r/min,当恳求静差率30%时,批准多大的调速边界?倘若恳求静差率20%,则调速边界是多少?倘若盼望调速边界抵达10,所能满意的静差率是多少? 解 恳求30%时,调速边界为 若恳求20%,则调速边界惟有 若调速边界抵达10,则静差率只可是 本相上,调速边界与静差率往往是遵循出产工艺的恳求而定的.正在电动机的额定转速肯定的景况下,为了同时满意出产工艺对静差率和调速边界的恳求,就务必把额定负载下电动机的转速降下限定正在肯定边界内。 咨询:因为主回道总电阻、电动机电动势系数、额定电流都不行转化,故而开环编造无法低落转速降下。遵循自愿把持表面,闭环反应把持编造是根据被调量偏向举办把持的编造,只消被调量显现偏向,它就会自愿发生校正偏向的用意。转速降下恰是由负载惹起的转速偏向,咱们以转速行动被调量引入转速负反应把持,组成的转速负反应闭环调速编造,转速降下也许大幅度降低。 晶闸管整流电道 闭环编造可能得到比开环编造硬得多的静特质,闭环编造的开环放大倍数越大,静特质就越硬,这是闭环编造的特别便宜。 1. 拥有比例放大器的反应把持编造是有静差的 从静特质分解中可能看出,闭环编造的开环放大系数K值越大,编造的稳态职能越好。 然而K 是常数,稳态速降就只可减幼,却不大概打消。惟有 K = ?,材干使 ?n = 0,而这是不大概的.并且倘若无差,则ΔU=0→Uk、Udo均为零,电动机不大概挽回。 于是,云云的调速编造叫做有静差调速编造。实践上,这种编造恰是依附被调量的偏向举办把持的。 2. 闭环编造拥有较强的抗滋扰职能 扰动——除给定信号表,用意正在把持编造各合键上的一齐会惹起输出量改观的身分都叫做“扰动用意”。 图中各类扰动用意都正在稳态机合框图上表现出来,全数这些身分最终都要影响到转速。 反应把持编造对被反应环覆盖的用意正在主通道上的扰动都有遏抑性能。 比方(电源)Us? ? Ud? ? n? ? Ufn? ? ?Ufn ? ? n? ? Ud ? ? Uc? 不过,倘若正在反应通道上的测速反应系数受到某种影响而发作改观,编造是仰天长叹的。 比方: ?? ? Un? ? ?Un? ? Uc ? ? Udo? ? n? 于是,反应把持编造所能遏抑的只是被反应环覆盖的前向通道上的扰动。 关于转速给定信号,它的微细改观都市使被调量随之改观。 比方: Us*? ? ?Un ? ? Uc ? ? Udo ? ? n ? 反应把持编造的秩序是:一方面也许有用地遏抑一齐被包正在负反应环内前向通道上的扰动用意;另一方面,则紧紧地跟跟着给定用意,对给定信号的任何改观都是唯命是从的。 4. 闭环把持编造的精度依赖于给定和反应检测精度 倘若给定电压的电源发作震动,反应把持编造无法识别是对给定电压的寻常调理照样不应有的电压震动。于是,高精度的调速编造务必有更高精度的给定稳压电源。 五.稳态参数计划示例 题目的提出: 编造起动倏地加上给定电压时,因为惯性,转速不大概随即修设起来,反应电压仍为零,给定电压相当于偏向电压,这时,因为放大器和变换器的惯性都很幼,电枢电压霎时抵达它的最高值,对电动机来说,相当于全压起动。全电压起动时,会发生很大的冲锋电流,对电机换向倒霉,对过载才力低的电力电子器件来说,也是不批准的。 有些出产呆板的电动机正在运转时大概会碰到堵转的景况。比方,因为毛病呆板轴被卡住,或挖土机运转时曰镪坚硬的石块等等。若无尽流合键,电流将远远跨越批准值。倘若只依附过流继电器或熔断器珍惜,一过载就跳闸,也会给寻常处事带来未便。 为懂得决单闭环调速编造的起动和堵转时电流过大的题目,编造中务必有自愿限定电枢电流的合键。 遵循反应把持道理,要撑持哪一个物理量根本褂讪,就该当引入谁人物理量的负反应。那么,要限定电流不跨越批准值,就该当引入电流负反应。 倘若编造同时采用转速和电流负反应 1. 电流检测安装 (1)电枢回道串检测电阻; (2)电枢回道接直流互感器; (3)交换电道接交换互感器; (4)采用霍尔传感器。 2. 编造稳态机合如图 3. 静特质方程 4. 静特质 IB—截止电流; Idm—n=0时的电流,称为堵转电流 研商到,限流用意只需正在起动和堵转时升引意,因此咱们盼望惟有当电流大到肯定水平时编造才接入电流负反应以限定电流,而电流寻常时仅有转速负反应升引意把持转速,以保障运转段拥有硬的静特质。云云确当电流大到肯定水平才显现的电流负反应,叫做电流截止负反应,简称截流反应。 电流截止负反应合键的杀青 电流截止负反应合键的杀青 静特质方程与特质弧线 编造两段静特质的方程式。 当 Id ≤IB 时,电流负反应被截止,静特质和惟有转速负反应调速编造的静特质式肖似 当 Id ? IB时,引入了电流负反应,静特质形成 云云的两段静特质常称作下垂特质或挖土机特质。当挖土机碰到坚硬的石块而过载时,电动机停下,电流也只是是堵转电流,令 n = 0,得 电流截止负反应合键参数策画 Idm应幼于电机批准的最大电流,通常取 Idm ≤(1.5~2) IN 从调速编造的稳态职能上看,盼望稳态运转边界足够大,截止电流应大于电机的额定电流,通常取 IB ≥(1.1~1.2)IN 操纵电流截止负反应合键后,固然限定了最大电流,但正在主回道中,为预防短道还务必接入熔断器。为预防正在截止合键出毛病时把晶闸管烧坏,正在恳求较高的局面,还应增设过电流熔断器。 带电流截止负反应合键的转速单闭环调速编造只是发端办理了限流题目,不过启动特质并不睬念,于是仅合用于幼容量且对启动特质恳求不高的局面。 前面紧要咨询的是,采用比例(P)放大器把持的直流调速编造,是有静差的调速编造。 下面将咨询用积分(I)调理器或比例积分(PI)调理器庖代比例放大器,可能组成无静差调速编造。 ---题目的提出 如前所述,采用P放大器把持的有静差的调速编造,进一步分解静差发生的原由,因为采用比例调理器, 其输出为 Uc = Kp ?Un ?Un ? 0 ,Uc ? 0,电动机运转; ?Un = 0 ,Uc = 0,电动机截止。 于是,正在采用比例调理器把持的调速编造中,输入偏向是维系编造运转的基本,于是采用比例调理器把持的调速编造肯定是有静差编造。 倘若要打消编造偏差,务必寻找其他把持本领,好比:采用积分(I)调理器或比例积分(PI)调理器来庖代比例放大器。 1.积分调理器和积分把持秩序 积分调理器 如图,用运算放大器可组成一个积分电道。遵循电道分解,其电道方程 方程双方取积分,得 积分器的三个首要特质 1)延缓性 积分调理器输入阶跃信号时,输出按积分线)积聚性 只消积分调理器输入信号存正在,不管信号巨细何如改观,积分的积聚用意就赓续下去,只只是输出值上升速度差异罢了。 3)回顾性 正在积分流程中,倘若输入信号变为零,输出电压能连结正在输入信号为零时的值,若要使输出值降低,务必转化输入信号的极性。 分解结果解释: 采用积分调理器做把持器,惟有当转速抵达给定转速,即转速偏向信号?Un为零时,编造才有恒定的把持信号Uc ,此时编造材干巩固运转,从而杀青无静差调速。 那么,倘若既要稳态精度高,又要动态呼应速,该奈何办呢?只消把比例和积分两种把持连接起来就行了,这便是比例积分(PI)把持。 2.PI调理器 正在模仿电子时间中,用运算放大器来杀青PI调理器,其线道如图所示。 PI输入输出合连 根据运算放大器的输入输出合连,可得 以阶跃输入为例注解PI调理器输出特质 突加输入信号时,因为电容C1两头电压不行突变,相当于两头霎时短道,正在运算放大器反应回道中只剩下电阻R1,电道等效于一个放大系数为 Kpi 的比例调理器,正在输出端随即发现电压 Kpi Uin ,杀青敏捷把持,阐发了比例把持敏捷性的利益。 以来,跟着电容C1被充电,输出电压Uex 起首积分,其数值一向延长,直到稳态。稳态时, C1两头电压等于Uex,R1已不升引意,又和积分调理器一律了,这时又能阐发积分把持的便宜,杀青了稳态无静差。 PI调理器阶跃输入下的输出特质弧线 可见, 比例积分把持既拥有敏捷呼应职能,又足以打消调速编造的静差。除此以表,比例积分调理器照样升高编造巩固性的校正安装,于是,它正在调速编造和其他把持编造中得到了普遍的操纵。 分解结果 稳态机合图中咱们用阶跃输入下的输出特质来表现PI调理器稳态时输出与输入的合连。 采用比例积分把持的闭环无静差调速编造只是正在稳态时无差,动态照样有差的。 无静差调速编造突加负载时的动态流程: 编造正在某一值上巩固运转时,负载填补即: Id↑→n↓→ΔU↑→Uc↑→Ud↑→n回升→ ΔU ↓→ 只消△U极性褂讪,Uc就连续上升→ n连续回升,当n回升至原稳态值时, ΔU降低至零→ Uc为恒定值→编造从头进入稳态。用图形表现: 调速编造正在动态流程中最大的转速降下△n叫做动态速降。动态速降和动态复原时刻是首要的动态职能目标。北京赛车pk10历史记录出产呆板除了有静态精度恳求表又有动态精度恳求。比方,热连轧机通常恳求静差率幼于0.2%-0.5%,动态速降幼于1%-3%,动态复原时刻幼于0.2-0.3S,倘若跨越了这些目标,就会酿成两个机架间的堆钢或拉钢表象。 当负载填补时,电动机转速n降低,因为电流Id的填补,Ud的低落,使Ufi填补、Ufv裁汰,从而使△U填补(△U=Us-Ufv+Ufi),UK填补,整流安装输出电压Udo填补。并进而使电流填补,电磁转矩Td填补,电动机转速n回升。 采用PI调理器的转速负反应单闭环直流调速编造可能正在保障编造巩固的条件下杀青转速无静差。不过很多出产呆板很大一局部时刻是处事正在过渡流程中,有的乃至几秒钟就正反转一次。为了升高出产结果,恳求尽量缩短启动和造动流程所需的时刻。前述单闭环编造难以满意需求。 1. 紧要原由 正在单闭环直流调速编造中,电流截止负反应合键是特意用来把持电流的,但它只可正在跨越临界电流值往后,靠剧烈的负反应用意限定电流的冲锋,并不行理念地把持电流的动态波形。 带电流截止负反应的单闭环直流调速编造起动电流抵达最大值 Idm 后,受电流负反应的用意会低落下来,电机的电磁转矩也随之减幼,使起动流程伸长。 理念起动流程波形如图,这时,起动电流呈方形波,转速按线性延长。这是正在最大电流(转矩)受限定时调速编造所能得到的最速的起动流程。 3. 办理思绪 为了杀青正在批准要求下的最速起动,合头是要得到一段使电流连结为最大值Idm的恒流流程。 根据反应把持秩序,采用某个物理量的负反应就可能连结该量根本褂讪,那么,采用电流负反应该当也许取得近似的恒流流程。 现正在的题目是,咱们盼望能杀青云云的把持: 起动流程,为连结电流为最大值褂讪,惟有电流负反应,没有转速负反应; 稳态时,为做到转速无静差,只消转速负反应,不再让电流负反应阐发用意。 若何材干做到编造既存正在转速和电流两种负反应,又使它们只可辞别正在差异的阶段里升引意呢? 为了杀青转速和电流两种负反应辞别升引意,可正在编造中设备两个调理器,辞别调理转速和电流,即辞别引入转速负反应和电流负反应。二者之间实行嵌套(或称串级)联接如下图所示。 PI 调理器稳态时存正在两种处境: 饱和—输出抵达限幅值 当调理器饱和时,输出抵达限幅值,是恒值。输入量的改观不再影响输出,除非有反向的输入信号使调理器退出饱和;换句话说,饱和的调理器姑且隔离了输入和输出间的干系。 不饱和——输出未抵达限幅值 输出量未抵达限幅值,输入量正在稳态老是为零,而输出为某一恒定的值。 双闭环调速编造将ACR策画得不会饱和,将ASR策画得有饱和和不饱和两种景况,正在寻常运转时,ACR是不会饱和的。 (1)转速调理器不饱和 (2) 转速调理器饱和 上式所描绘的静特质是笔直的特质。云云的下垂特质只适合于 n n0 的景况,由于倘若 n n0 ,则Ufn Usn ,ASR将退出饱和形态。 编造静特质 双闭环调速编造的静特质正在负载电流幼于Idm时发扬为转速无静差,这时,转速负反应起紧要调理用意。 当转速调理器饱和时,负载电流抵达 Idm ,电流调理器起紧要调理用意,编造发扬为电流无静差。 四. 起动流程分解 因为正在起动流程中转速调理器ASR经验了不饱和、饱和、退饱和三种景况,一切动态流程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 第I阶段电流上升的阶段(0 ~ t1) 突加给定电压 后,Id 上升,当 Id 幼于负载电流 IL 时,电机还不行动弹。 当 Id ≥IL 后,电机起首起动,因为机电惯性用意,转速不会很速延长,所以转速调理器ASR的输入偏向电压的数值较大, ASR很速饱和,其输出限幅值 Usim,强迫电流 Id 神速上升。 第 II 阶段恒流升速阶段(t1 ~ t2) 正在这个阶段中,ASR永远是饱和的,转速环相当于开环,编造成为正在Usim 给定下的电流调理编造,根本上连结电流 Id≈ Idm 恒定,正在批准的最大电流(即最大转矩)用意下,转速呈线性延长。 第 Ⅲ 阶段转速调理阶段( t2 往后) 当转速上升到给定值时,转速调理器ASR的输入偏向裁汰到零,但其输出却因为积分用意还撑持正在限幅值Usim ,因此电机仍正在加快,使转速超调。转速超调后,ASR输入偏向电压变负,使它退出饱和形态, Usi 和 Id 很速降低。不过,只消 Id 大于负载电流 IL ,转速就连续上升。 直到Id = IL时,转矩Te= TL ,转速n达到峰值(t = t3时)不再上升。以来,电动机起首正在负载的阻力下减速,与此相应,正在一幼段时刻内( t3 ~ t4 ), Id IL ,直到巩固,倘若调理器参数整定得不敷好,也会有少少振荡流程。 正在这最终的转速调理阶段内,ASR和ACR都不饱和,ASR起主导的转速调理用意,而ACR则力求使 Id 尽速地陪同其给定值 Usi ,或者说,电流内环是一个电流随动编造。 (1)?饱和非线性把持 遵循ASR的饱和与不饱和,一切编造处于全部差异的两种形态: 当ASR饱和时,转速环开环,编造发扬为恒值电流调理的单闭环编造; 当ASR不饱和时,转速环闭环,一切编造是一个无静差调速编造,而电流内环发扬为电流随动编造。 (2)准时刻最优把持 起动流程中的紧要阶段是第II阶段的恒流升速,它的特性是电流连结恒定。通常拔取为电动机批准的最大电流,以便充足阐发电动机的过载才力,使电动机正在最大转矩下起动。 这阶段属于有限定要求的最短时刻把持。于是,一切起动流程可看行动是一个准时刻最优把持。 (3)转速超调 因为起动第一阶段ASR就饱和了,进入转速调理阶段后,务必使转速超调, ASR 的输入偏向电压为负值,材干使ASR退出饱和。 云云,采用PI调理器的双闭环调速编造的转速呼应肯定是有超调的。 五. 双闭环调速编造动态职能 通常来说,双闭环调速编造拥有对照得意的动态职能。 1. 动态陪同职能 如上所述,双闭环直流调速编造正在起动和升速流程中,也许正在最大转矩下,发扬出很速的动态转速陪同职能。正在减速和造动流程中,因为主电道电流的弗成逆性,陪同职能变差。 2. 动态抗扰职能 (1)抗负载扰动 由机合图中可能看出,负载扰动用意正在电流环之后,于是只可靠转速调理器ASR来发生抗负载扰动的用意。 双闭环编造中,因为增设了电流内环,电压震动时,可能通过电流反应实时取得遏抑,不必等它影响到转速往后编造才有所响应,因此双闭环编造电网电压震动惹起的动态速降要比单闭环编造幼得多,调理要速的多。 1.转速调理器的用意 (a)转速调理器是调速编造的主导调理器,它使转速 n 很速地陪同给定电压改观,稳态时可减幼转速偏差,倘若采用PI调理器,则可杀青无静差。 (b)对负载改观起抗扰用意。 (c)其输出限幅值确定电机批准的最大电流。 2.电流调理器的用意 (d)当电机过载乃至堵转时,限定电枢电流的最大值,起敏捷的自愿珍惜用意。一朝毛病没落,编造随即自愿复原寻常。这个用意对编造的牢靠运转来说是很是首要的。 逻辑把持的无环流道理 当一组晶闸督工作时,用逻辑电道(硬件)或逻辑算法(软件)去封闭另一组晶闸管的触发脉冲,使它全部处于阻断形态,以确保两组晶闸管差异时处事,从基本上堵截了环流的通道,这即是逻辑把持的无环流可逆编造。 ?编造机合的特性 主电道采用两组晶闸管安装反并联线道; 因为没有环流,不消设备环流电抗器; 仍保存平波电抗器 Ld ,以保障巩固运转时电流波形相接; 把持编造采用转速、电流双闭环计划; 电流环分设两个电流调理器,1CR用来把持正组触发安装GTF,2CR把持反组触发安装GTR; 1CR的给定信号经反号器A行动2CR的给定信号,于是电流反应信号的极性不需求遵循电枢电流目标差异而转化,可能采用不响应极性的电流检测安装。 为了保障不显现环流,设备了无环流逻辑把持安装LC,它根据编造的处事形态,带领编造举办正、反组的自愿切换,其输出信号 Uc1用来把持正组触发脉冲的封闭或盛开,Uc2 用来把持反组触发脉冲的封闭或盛开。 跟着电动机的转速神速降到零,而且正在仍然反向的电磁转矩的用意下,起首加快反向运转,这一流程向来要到转速升到新的给定值为止,编造从头处于稳态。至此,电动机完工由正向至反向的处事流程。 逻辑把持的无环流可逆调速编造因为没有环流,因此避免了由环流惹起的诸多害处,正在过渡流程滑润性和敏捷性恳求不高的局面取得普遍的操纵. IL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t IL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 起动流程的特性 ?—转速反应系数; ? —电流反应系数 Ks ? 1/Ceφ Usn Uc Id E n Ud Ufn + + - ASR + Usi - R∑a ? ACR - Ufi UPE a a S R I + + - - S K a eφ 1 C / n d U U D * n U n U ct U PI 调理器 (2)抗电网电压扰动 单闭环: U~↑→Ud↑→n↑ →Ufn↑→ΔU↓=Usn-Ufn →Uc↓→脉冲后移 →Ud↓→n↓ 正在单闭环调速编造中,电网电压震动务必比及影响到转速n后,材干通过转速负反应来调理编造。 U~↑→Ud↑→Id↑→Ufi↑→ΔUi=Usi-Ufi<0 →Uc↓→脉冲后移 →Ud↓→Id↓ 通过Id的改观举办调理,(速、影响幼) 双闭环: 六. 转速和电流两个调理器的用意 综上所述,转速调理器和电流调理器正在双闭环直流调速编造中的用意可能辞别总结如下: (a)行动内环的调理器,正在表环转速的调理流程中,它的用意是使电流紧紧陪同其给定电压改观。 (b)对电网电压的震动起实时抗扰的用意。 (c)正在转速动态流程中,保障得到电机批准的最大电流,从而加快动态流程。 七.双闭环调速编造拥有的便宜: 拥有杰出的静特质(较理念的挖土机特质) 拥有较好的动态特质,启动时刻短(动态呼应速),超调量也较幼。 编造抗扰动才力强。 由两个调理器辞别调理电流和转速,可能辞别举办策画,辞别调节,调节利便。 6.8 可逆直流调速编造 一、可逆调速编造的电道 转化电磁转矩的目标有两种本领: 转化电动机电枢电流的目标 转化电动机励磁磁通的目标 ------电枢可逆电道 ------磁场可逆电道 电枢可逆电道 接触器切换电枢可逆电道 合用:恳求不高,手脚不屡次的幼容量的出产呆板上。 特性:机合单纯、经济,但切换速率低,噪声较大, 触点寿命较短。 晶闸管切换的电枢可逆电道 特性:切换速率速,电道对照单纯,处事牢靠性对照高;但对晶闸管耐压和电流容量的恳求高。 两组晶闸管整流安装供电的电枢可逆电道 特性:正、反向转换很是神速,因此正在恳求屡次敏捷正、反转的出产呆板的拖动上取得普遍的操纵。 磁场可逆电道 电动机电枢只消用一组晶闸管整流安装供电,而电动机励磁绕组可用: 接触器切换磁场可逆电道 晶闸管切换磁场的可逆电道 两组晶闸管整流安装供电的磁场可逆电道 电枢可逆电道与磁场可逆电道的对照 磁场可逆电道中电枢回道只需一套整流安装。励磁回道虽用两套整流安装,但因为电动机励磁功率幼,投资用度可俭约。 电枢可逆电道需求两套容量较大的晶闸管整流安装,投资往往较大,正在大容量编造中尤甚。 电枢回道电感幼,时刻常数幼(约几十毫秒),所以切换的敏捷性好。 励磁回道电感大,时刻常数大(约为零点几秒至几秒),所以励磁反向的流程要比电枢反向慢得多。 投资 敏捷性 电枢把持编造单纯 励磁把持编造繁杂 把持 繁杂性 正反转屡次、对敏捷性恳求高; 中、幼容量出产呆板。 正反转不太屡次、对敏捷性恳求不高的大容量可逆编造。 合用局面 采用两组晶闸管整流安装反并联可逆线道是可逆编造中对照样板的线道。 二、环流的把持办法及可逆调速编造的分类 什么是环流 不流过负载,只正在正反两组晶闸管间流过的电流称为环流。 反并联可逆V-M编造中的环流 M VR VF Ud0f + - - + Ud0r Rrec Rrec Ra -- ~ ~ Ic 环流的两重性 相宜的环风行动流过晶闸管的根本电流,越过呆板特质的电流断续区,有利于编造职能的刷新。 破费功率,加重晶闸管和变压器的责任,并使功率因数变差。 可逆调速编造的分类 有环流可逆编造 无环流可逆编造 天然环流可逆编造 给定环流可逆编造 可控环流可逆编造 逻辑无环流可逆编造 错位无环流可逆编造 三、逻辑把持无环流可逆调速编造 编造的构成 逻辑把持安装 逻辑把持安装 逻辑把持安装 4.无静差编造的杀青 比例调理器→比例积分调理器——无静差编造 §6-2 无静差直流调速编造 带比例积分调理器的自愿调速编造静态机合图 a a S R I + + - - S K a eφ 1 C / n d U U D * n U n U ct U PI 调理器 . 6-20 . 调理流程的后期,积分局部起紧要用意,并最终打消偏向。 正在调理流程的初、中期,速降Δn较大,比例局部起紧要用意,滞碍转速降低,使转速回升。 §6-2 无静差直流调速编造 6.5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 一、机合特性和时间数据 编造紧要装备Z3系列(电枢电压160V,激磁电压180V)的幼型直流他励电动机 6-33 合用于4KW以下直流电动机无级调速 安装的电源电压为单结交流220V 输出电压为直流160V 输出最大电流30A 励磁电压为直流180V,励磁电流为1A 分解晶闸管调速编造线道的通常依序是: 主电道→触发电道→把持电道→辅帮电道(蕴涵珍惜、指示、报警等) §6-5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 6-34 主电道 采用单相桥式半控桥整流电道 也许确保的最大直流电压为: Ud=220V×0.95×0.9=188V 平波电抗器Ld: 限定电流脉动,刷新换向要求,裁汰电枢损耗,并使电流相接。 电抗器Ld两头并联一电阻(R11):裁汰掣住电流修设的时刻。 电动机励磁由零丁的整流电道供电. 触发电道 采用由单结晶管(UJT)构成的张弛振荡器。 用意:给直流电动机供电 6-34 二、定性分解 §6-5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 6-35 把持电道 放大电道 用意:把微细的偏向电压举办放大 把持信号的归纳 采用电压负反应和电流正反应合键来庖代转速负反应 反应时势的拔取 把持信号为给定信号Us、电压负反应信号Ufv和电流正反应信号Ufi的归纳,即ΔU=Us-Ufv-Ufi。 §6-5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 6-36 电流截止珍惜电道 Id较幼时→UI’较幼→2CW9截止、V4截止→电流截止负反应合键不升引意。 Id较大时→UI’较大→2CW9导通、V4导通→有ib →将C1旁道→使ic减幼→脉冲后移→Ud减幼→限定电流Id的填补。 抗滋扰、消振荡合键 §6-5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 KZD-II型直流调速编造的构成框图: §6-5 幼功率有静差直流调速编造实例分解 三、编造的自愿调理流程 6.6 速率和电流双闭环直流调速编造 一.题目的提出 IL n t Id O Idm Ib 带电流截止负反应的单闭环调速编造 IL n t Ia O Idm 理念的敏捷起动流程 2. 理念的起动流程 二、双闭环调速编造的构成及处事道理 电流互感器 图中,把转速调理器的输出看成电流调理器的输入,再用电流调理器的输出去把持电力电子变换器。从闭环机合上看,电流环正在内里,称作内环;转速环正在表边,称作表环。这就酿成了转速、电流双闭环调速编造。 - 双闭环调速编造的稳态机合图可能很利便地遵循编造的道理丹青出来,这里用带限幅的阶跃输入下的输出特质表现PI 调理器稳态时的输出输入合连。 ?—转速反应系数; ? —电流反应系数 Ks ? 1/Ceφ Usn Uc Id E n Ud Ufn + + - ASR + Usi - R∑ ? ACR - Ufi 双闭环调速编造的处事道理 电流调理器ACR的调理用意 :巩固电流 稳态时△Ui=-Usi+Ufi=0 自愿调理电流 Id↑→Ufi↑→ΔUi=Usi-Ufi<0 →UC↓→脉冲后移→Ud↓→Id↓ 速率调理器ASR的调理用意 :巩固转速 稳态时△Un=Usn-Ufn=0 TL↑→n↓ →Ufn↓ →ΔUn↑(=Usn-Ufn)0 →Usi↑ →ΔUi↑ →UC↑ →脉冲前移→Ud↑ →n↑ 调理流程: 分解编造静特质的合头是 是支配PI 调理器的稳态特性 三、双闭环调速编造的静特质 式中?,? —— 转速和电流反应系数。 由式可得 于是,这段静特质从 I d=0向来延续到I d=Idm ,n连结褂讪,为运转段。 ASR输出抵达限幅值Usim ,转速的改观对编造不再发生影响,转速环呈开环形态。双闭环编造形成一个电流无静差的单闭环调理编造。稳态时 式中,最大电流 Idm 是由策画者选定的,取决于电机的容许的短时过载才力和拖动编造批准的最大加快率。 n0 Ia Iam IN O n A B C n O O t t Idm IdL Id n* I II III t4 t3 t2 t1 IL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t n IL Id n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t Idm IB n0 Ia O n0 B A 电流负反应的用意相当于正在主电道中串入一个大电阻 ,所以稳态速降极大,特质快速下垂。 对照电压 Uo 与给定电压 Us* 的用意一概,好象把理念空载转速升高.实践上虚线段因电流负反应被截止而不存正在。 6.4 电压负反应和电流正反应调速编造 一、电压负反应调速编造 构成 6-27 电压负反应 Ud 稳态框图 电压反应系数 s 1/Ceφ 静特质方程式 扰动量IdRa不覆盖正在电压负反应环内,不行被反应用意遏抑。 何如办理? 此中 Kv=KpKsαv 加电流正反应合键 特性 于是电压负反应编造的调速成果不足转速负反应。 二、电压负反应加电流正反应调速编造 1、构成 电流正反应 2.稳态框图 3.静特质方程式 电流正反应 电流正反应 由电流正反应发生的第四项,可抵消第二、三项稳态速降,从而减幼转速降下,升高呆板特质硬度。 正反应合键容易惹起振荡,通常很少零丁采用,经常与电压负反应配合应用,起辅帮的赔偿用意。 上述的电压负反应带电流正反应调速编造通常只合用于调速边界幼于20,静差率大于10%的调速编造. 4.特性 6.5 无静差直流调速编造 + + C Uo Rbal Ui R0 + A 式中, — 积分时刻常数。 积分把持秩序 每偶尔刻 Uo 的巨细和 Ui与横轴所覆盖的面积成正比,倘若Ui是阶跃函数,则 Uo 按线性秩序延长。 ? Uo Ui t Ui Uo O 阶跃输入时的输出特质 Ui Uo 正在动态流程中,当 Ui 改观时,只消其极性褂讪,积分调理器的输出 Uo 便向来延长;惟有抵达 Ui = 0时,Uo才截止上升; 值得极端夸大的是,当 Ui = 0时,Uo并不是零,倘若 Ui 不再改观向来为零,Uo便连结恒定褂讪,这是积分把持的特性。 从无静差的角度即编造的稳态精度看积分把持优于比例把持,不过另一方面,正在把持的敏捷性上,积分把持却又不如比例把持。比方正在同样的阶跃输入用意下,比例调理器的输出可能随即呼应,而积分调理器的输出却只可渐渐地改观。 Uex + + C1 Rbal Uin R0 + A R1 比例积分(PI)调理器 式中 — PI调理器比例局部的放大系数; — PI调理器的积分时刻常数。 Uex + + C1 Rbal Uin R0 + A R1 比例积分(PI)调理器 Uex + + C1 Rbal Uin R0 + A R1 比例积分(PI)调理器 Uex + + C1 Rbal Uin R0 + A R1 比例积分(PI)调理器 Uex Uin t Uin Uex O KpUin 由此可见,比例积分把持归纳了比例把持和积分把持两种秩序的便宜,又抑造了各自的坏处,取长补短,相互添补。比例局部能神速呼应把持用意,积分局部则最终打消静差。 . 6-16 . 3.调理器的适用线道 调理器零点的调理、零点漂移的遏抑和锁零电道 寄生振荡的打消 调理器的输入限幅和输入滤波电道 调理器的输出限幅电道 §6-2 无静差直流调速编造 . 6-17 . . 6-18 . 二极管箝位的输出限幅电道(又称表限幅) 当输出电压UcUM+UD→二极管VD3导通→输出电压被箝位正在UM+UD的数值上,即UcM+=UM+UD。 M点对地电压 VD3 管压降 调理器的输出功率放大电道: 集成运算放大器的最大输出功率是有限的,于是,通常不行直接驱动负载,而务必表加功率放大电道(见6-17)。 一.调速编造的构成 正在电动机轴上装置一台直流测速发电机TG,从而引出与转速n成正比的转速负反应电压Ufn ,与转速给定电压Us对照,取得转速偏向电压,经历放大器放大发生触发器GT的把持电压Uc ,用以把持电动机转速。 Uc 晶闸管有良多便宜,但应用不妥也会显现毛病,乃至损坏元件,应加珍惜电道。 用意:把交换电变换成直流电。 时势:单相整流电道和三相整流电道。 6-4 §6-1 转速负反应有静差直流调速编造 直流电动机 他励直流电动机M是编造的把持对象,被控量是电动机的转速n。 触发电道 . 6-5 . 时势:单结晶体管触发电道、正弦波触发电道、锯齿波触发电道。 放大电道 用意:是向晶闸管门极供应所需的触发信号,并能遵循把持恳求使晶闸管牢靠导通,杀青整流安装的把持。 用意:将薄弱的偏向信号举办放大来把持触发器的输出脉冲。 时势:线性集成运算放大器构成的比例调理器。 转速检测合键 测速发电机是调速编造常用的检测单位,它将电动机的转速信号变换为电压信号,其输出电压与转速成正比。 测速发电机分直流测速发电机和交换测速发电机两大类。直流测速发电机输出直流电压信号,交换测速发电机输出交换电压信号。 填补了转速检测合键 填补放大合键 由测速发电机引出与被调量转速成正比的负反应电压与给定电压(与给定转速对应)比拟较,取得偏向电压(为转速偏向信号),经放大器发生触发安装的把持电压,从而把持电动机的转速。该编造用转速偏向信号举办调速,发生自愿校正转速偏向的用意,从而减幼了转速降下。编造惟有一个转速反应环,为转速负反应单闭环调速编造。 填补了转速检测合键 填补放大合键 编造的自愿调理流程: TL↑→n↓ →Ufn↓ →ΔU↑=Us-Ufn →Uc↑ →脉冲前移 →Ud↑ →n↑(回升) 二. 调速编造的处事道理 三、编造的稳态特质分解 触发器和晶闸管整流安装:Udo=KsUc 放大器:ΔU=Us-Ufn Uc=KpΔU Kp为放大器的放大倍数 1.稳态框图 Ks为触发器和晶闸管整流安装的放大倍数 列写调速编造各个合键稳态输入输出合连 转速检测合键:Ufn=αnn 直流电动机: 遵循上述合连可能画出编造的稳态框图: 此中R∑为电动机电枢回道总电阻 式中αn为转速负反应系数 §6-1 转速负反应有静差直流调速编造 1/Ceφ Ks 2.编造的静特质方程式: 加转速负反应后,闭环编造的稳态速降Δncl是开环编造转速降Δnop的1/(1+K)倍。 3.编造的静特质分解: 此中 ——闭环编造的稳态速降 K 为转速负反应编造的开环放大倍数。 . 6-10 . 闭环后使呆板特质变硬的物理骨子: 闭环编造中,因为引入转速负反应,转速稍有降低,反应电压也随之裁汰,通过放大器的对照和放大,升高晶闸管整流安装的输出电压Udo1,使编造处事正在新的呆板特质上,所以转速能有所回升,使得闭环编造的稳态速降比开环时幼得多。 闭环编造的静特质即是正在很多开环呆板特质上各取一个相应的处事点贯串而成的。 四. 反应把持的秩序 调速编造紧要的扰动源 负载改观的扰动(使Id改观); 交换电源电压震动的扰动(使Ks改观); 电动机励磁的改观的扰动(酿成Ce φ改观 ); 放大器输出电压漂移的扰动(使Kp改观); 温升惹起主电道电阻增大的扰动(使R∑改观); 检测偏差的扰动(使? 改观) 。 励磁改观 负载改观 电源震动 Kp改观 电阻改观 检测偏差 Kp Ks ? 1/Ceφ U*n Uc ?Ufn E n Ud0 Un + + - - R Kp Ks ? 1/Ceφ U*n Uc ?Ufn E n Ud0 Un + + - - R 3.被调量陪同给定量而变 检测精度——反应检测安装的偏差也是反应把持编造无法抑造的,于是检测精度确定了编造输出精度。 已知: 1)电动机额定参数为22kW,220V,116A,1500r/min,电枢电阻Ra= 0.112Ω。 2)触发整流安装放大系数Ks= 33,整流安装内阻Rr=3.24Ω。 3)V-M编造主回道总电阻R=0.32Ω。 4)测速发电机的额定参数为23.1W,110V,0.2A,1900r/min。 5)出产呆板恳求调速边界D=10,静差率s≤10%。 遵循以上数据和稳态目标恳求,计划调速编造的稳态参数。 解:1)为了满意D=10,s≤5%,额定负载时调速编造闭环稳态速降应为: 2)遵循Δncl,求出编造的开环放大系数K。 3)计划测速合键的放大系数和参数 测速反应系数αn包罗测速发电机的电动势常数和输出电位器的分压比 4)计划比例放大器的放大系数和参数 6.3 单闭环直流调速编造的限流珍惜 M + - Ud Id RC Ui 接放大器 M 电流检测与反应电道 转速和电流负反应编造稳态机合 Kp Ks ? 1/Ceφ U*s Uc ?Un Id E n Ud0 Ufn + + - - R∑ - Rc Ui 与转速闭环把持调速编造特质方程比拟,上式多了一项由电流反应惹起的转速降下。 Idm 0 n0 —转速负反应静特质 —转速电流负反应静特质 从图中可能看出,静态速降很大,不行满意通常调速编造的恳求。 Id O Idm IB n0 Id O B A a)愚弄独立直流电源作对照电压 M + + - - Ud Id Rc VD Ui Uo 接放大器 M b) 愚弄稳压管发生对照电压 Uo M + - Ud Id Rc VST Ui 接放大器 M a)愚弄独立直流电源作对照电压 M + + - - Ud Id Rc VD Ui Uo 接放大器 M 当Id较幼,即IdRc≤Uo时,则二极管VD截止,电流截止负反应不升引意。 当Id较大,即IdRc≥Uo时,则二极管VD导通,电流截止负反应升引意.Ui= IdRc-Uo 电流截止负反应合键 编造的构成: 带电流截止负反应编造的稳态机合图 电流截止负反应合键的I/O特质 带电流截止负反应的闭环直流调速稳态机合图 n Ia Ufn - - Uo IdRc - Uo 0 Ui Id Rc - Uo Kp Ks ? 1/Ceφ U*s Uc ?Un E Ud + + R∑ Ri - - * * 第六章 晶闸管直流调速编造 6.1直流调速编造相识 一.直流电动机的调速本领 由此可能看出,直流电动机有三种调速本领: 直流电动机的转速公式: (1) 转化电枢电压Ud (2) 转化磁通Φ (3)转化电枢回道电阻(串附加电阻) . 6-2 . 三种调速本领的职能与对照 转化电阻只可有级调速;削弱磁通固然也许滑润调速,但调速边界不大,往往只是配合调压计划,正在额定转速以上作幼边界的弱磁升速。对恳求正在肯定边界内无级滑润调速的编造来说,以调理电枢电压的办法为最好。 于是,自愿把持的直流调速编造往往以调压调速为主。 由原动机(柴油机、交换异步或同步电动机)拖动直流发电机 G 杀青变流,由 G 给需求调速的直流电动机 M 供电,调理G 的励磁电流 if 即可转化其输出电压 U,从而调理电动机的转速 n 。 云云的调速编造简称G-M编造。 图中VT是晶闸管可控整流器,通过调理触发安装 GT 的把持电压 Uc 来转移触发脉冲的相位,即可转化整流电压Ud ,从而杀青滑润调速。云云的调速编造简称V-M编造。 a)道理图 b)电压波形图 t O u Us Ud T ton 把持电道 M 0 TN Te(Ia) n0 a ? nN n O 或用百分数表现 此中nmin 和nmax 通常都指电机额定负载时的转速。关于调压调速编造, nmax即是电机的额定转速nN 。 0 TN Te n0a n0b a b ? nNa ? nNb n O 静差率与呆板特质硬度的区别 调压调速编造正在差异转速下的呆板特质相互平行 。 关于同样硬度的特质,理念空载转速越低时,静差率越大,转速的相对巩固度越差。 正在1000r/min时降下10r/min,只占1%;正在100r/min时同样降下10r/min,就占10%; 倘若正在惟有10r/min时,再降下10r/min,就占100%。 调速编造的静差率目标是以最低速时所能抵达的数值为准。也即是说编造的静差率指的是最低速时的静差率。 举例 于是,最低转速为 0 TeN Te n0a n0b a b ? nNa ? nNb n O 将上面的式代入 nmin,得 例题 闭环编造的策画思绪:闭环反应把持编造是根据被调量偏向举办把持的编造,只消被调量显现偏向,它就会自愿发生校正偏向的用意。转速降下恰是由负载惹起的转速偏向,于是,咱们以转速行动被调量引入转速负反应把持,组成的转速负反应闭环调速编造,转速降下也许大幅度减幼。 6.2 转速负反应有静差直流调速编造

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