雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理分析目錄TOC\o"1-3"\h\u16567雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理分析 121021.1工作過(guò)程 1158781.2電流調(diào)節(jié)器ACR 2182071.3電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 2322331.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 4118321.5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 41.1工作過(guò)程通常來(lái)說(shuō)，直流電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，要求首先具有磁場(chǎng)，形成電流，然后添加勵(lì)磁電壓即可。往往電動(dòng)機(jī)具體轉(zhuǎn)速電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)值，速度調(diào)節(jié)器中將會(huì)有偏差信號(hào)出現(xiàn)，經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理將會(huì)輸出比額定電壓更低的電壓。若直接借助額定電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)，那么電流將會(huì)突增至額定電流的10倍之大。如此一來(lái)，將會(huì)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向造成影響，甚至出現(xiàn)火花等情況，影響系統(tǒng)的安全使用。因此，在直流電機(jī)啟動(dòng)前需要做好準(zhǔn)備工作，要求限制啟動(dòng)電樞紐的電流。通常情況下，Z2型直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間過(guò)載電流不能超過(guò)整個(gè)系統(tǒng)電流的1.5~2倍。因?yàn)橹绷麟姍C(jī)啟動(dòng)過(guò)程，速度調(diào)節(jié)器將處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓將會(huì)以電流固定值直接輸入電流調(diào)節(jié)器，并且借助最大電流給定值來(lái)確保通過(guò)電流調(diào)節(jié)器的電流是恒定的。電動(dòng)機(jī)中最大電流能夠通過(guò)控制速度調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。若電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸提高且達(dá)到恒定值，那么速度調(diào)節(jié)器輸入端偏差信號(hào)將會(huì)降低到零水平。此時(shí)，速度調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器均推出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)。關(guān)于負(fù)載也可能會(huì)造成轉(zhuǎn)速變化，速度調(diào)節(jié)器輸入端造成的偏差信號(hào)能夠借助速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)移相電壓調(diào)整，進(jìn)而改變整流橋中直流電壓的輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差調(diào)節(jié)。此外，電流調(diào)節(jié)器還可以對(duì)由外部環(huán)境不穩(wěn)定而產(chǎn)生突變電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，起到很好的穩(wěn)壓效果，確保直流電機(jī)可以正常運(yùn)作。圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖1.2電流調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器屬于內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的控制階段，其主要功能是確保電流緊緊跟隨著給定電壓而產(chǎn)生改變。關(guān)于電流調(diào)節(jié)器的功能，可以在外部電網(wǎng)電壓出現(xiàn)突變波動(dòng)情況下，發(fā)揮出抗擾的效果，確保整個(gè)系統(tǒng)電壓恒定。通常來(lái)說(shuō)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，電流調(diào)節(jié)器能夠確保電機(jī)獲取都最大的工作電流，進(jìn)而提升整體動(dòng)態(tài)過(guò)程。若電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)問(wèn)題，將會(huì)對(duì)整個(gè)電樞電流最大值造成限制，而發(fā)揮出保護(hù)系統(tǒng)的功能。若故障已經(jīng)被處理，系統(tǒng)便可以自動(dòng)恢復(fù)正常，繼續(xù)運(yùn)作。由此可見(jiàn)，電流調(diào)節(jié)器在整個(gè)系統(tǒng)中將起到非常關(guān)鍵的作用，是非常有必要的[15]。按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，ACR選用PI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2-2PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖1.3電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)直流電動(dòng)機(jī)相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)如下：采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓=220V，額定電流=1.1A，額定轉(zhuǎn)速是1600r/min，反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)=0.1217V.min/r，許可過(guò)載倍數(shù)λ=1.1。PWM變換器參數(shù)如下：開(kāi)關(guān)頻率f=600Hz，放大系數(shù)=110。電樞回路總電阻大小是R=39Ω。時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)=0.01143s，電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.173s，轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.0038s。對(duì)應(yīng)額定轉(zhuǎn)速額定電壓=10V。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大輸出電壓10V，電流調(diào)節(jié)輸出幅度同樣是10V。計(jì)算反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)：β=V/A轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：V.min/r時(shí)間常數(shù)PWM變換器滯反時(shí)間：電流反饋濾波時(shí)間：電流環(huán)小時(shí)間：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于，根據(jù)典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以采用PI調(diào)節(jié)器，相應(yīng)傳遞函數(shù)是：計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù);取校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：，滿足條件忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：=187.27，滿足條件電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)圖2-3電流調(diào)節(jié)器取按上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為：，滿足要求1.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR同樣，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在整個(gè)系統(tǒng)中是非常重要的，能夠確保電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)快速的給定電壓輸出，同時(shí)在電機(jī)穩(wěn)態(tài)過(guò)程中能夠降低轉(zhuǎn)速誤差。若采取PI調(diào)節(jié)器，便能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速。一般情況下，ASR在負(fù)載出現(xiàn)改變情況下將會(huì)發(fā)揮抗擾效果，相應(yīng)輸出最大電流由設(shè)備自身決定[15]。依據(jù)典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)將采用PI調(diào)節(jié)器。1.5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)明確時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間：轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù):選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選擇PI調(diào)節(jié)器，對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)表達(dá)式：計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，本文h取值5，那么ASR相應(yīng)時(shí)間是：轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益是：ASR的比例系數(shù)：校驗(yàn)近似標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：簡(jiǎn)化處理后電流環(huán)傳遞函數(shù)：，符合近似標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化處理后轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：=65.6，符合近似標(biāo)準(zhǔn)按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方式計(jì)算超調(diào)量設(shè)理想空載啟動(dòng)時(shí)z=0，由上述計(jì)算知：λ=1.1，R=39Ω,=1.1A,160