轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)可逆直流pwm調(diào)速系統(tǒng)設計-文庫吧
2025-05-18 09:19 本頁面
【正文】 為電機提供的最大電流為 25A，速度檢測采用光電編碼器，且其輸出的 A、 B兩 相脈沖經(jīng)光電隔離后獲得每轉(zhuǎn) 1024 個脈沖角度分辨率和方向信號；電流傳感器 采用霍爾傳感器，其原、副邊電流比為 1000:1，額定電流 50A，已知直流電動機： 電動勢系數(shù) eC = V min/r , 主回路總電阻 R = ,。電流反饋濾波時間常數(shù) iT0 =,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) nT0 =。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓(Un*)N =10V,調(diào)節(jié)器 ASR， ACR 飽和輸出電壓 Uim*=8V,Ucm =。 H型 PWM 功率放大器、工作頻率為 2KHZ，采用單極性、雙極性工作方式；直流電源電壓 264V。 直流電動機 (一 )： （ 1）輸出功率為 : 電樞額定電壓 220V （ 2）電樞額定電流 36A 額定勵磁電流 2A （ 3）額定勵磁電壓 110V 功率因數(shù) （ 4）電樞電阻 歐姆 電樞回路電感 100mH （ 5）電機機電時間常數(shù) 2S 電樞允許過載系數(shù) （ 6）額定轉(zhuǎn)速 1430rpm 環(huán)境條件 : （ 1）電網(wǎng)額定電壓 : 380/220V。 （ 2）電網(wǎng)電壓波動 : 10%。 4 （ 3）環(huán)境溫度 : 40~+40 攝氏度 。 （ 4）環(huán)境濕度 : 10~90%； 控制系統(tǒng)性能指標 : （ 1）電流超調(diào)量小于等于 5%。 （ 2）空 載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于等于 10%。 （ 3）調(diào)速范圍： D＝ 10。 （ 4）靜差率小于等于 。 三、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理 對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，應盡量縮短啟、制動過程的時間，達到圖 1 所示的理想過度過程曲線，完成時間最優(yōu)控制。即在過渡過程中始終保持轉(zhuǎn)矩為允許的最大值，使直流電動機以最大的加速度加、減速。到達給定轉(zhuǎn)速時，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。對于恒磁通的他勵直流電動機而言，轉(zhuǎn)矩控制就成為了電流控制。 實際上，由于主電路電感的作用， 電流不可能突變，圖 1 所示的理想過度過程只能得到近似的逼近，其關鍵是要獲得使電流保持為最大值 dmI 的恒流啟 =制動過程。 圖 1 時間最優(yōu)的理想過渡過程 5 電流截止負反饋環(huán)節(jié)只能限制電動機的動態(tài)電流不超過某一數(shù)值，而不能控制電流保持為某一所需值。根據(jù)反饋控制原理，以某物理量作為負反饋控制，就能實現(xiàn)對該物理量的無差控制。用一個調(diào)節(jié)器 難以兼顧對轉(zhuǎn)速的控制和對電流的控制。如果在系統(tǒng)中另設一個電流調(diào)節(jié)器 ，就可以構成電流閉環(huán)。電流調(diào)節(jié)器串聯(lián)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之后，形成以電流反饋作為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速作為外環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 在啟、制動過程中，電流閉環(huán)起作用，保持電流恒定，縮小系統(tǒng)的過度過程 時間。一旦到達給定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)自動進入轉(zhuǎn)速控制方式，轉(zhuǎn)速閉環(huán)起主導作用，而電流內(nèi)環(huán)則起跟隨作用，使實際電流快速跟隨給定值（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出），以保持轉(zhuǎn)速恒定。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖見圖 2，為了獲得良好的 靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器。 轉(zhuǎn)速閉環(huán)環(huán)節(jié)的原理和轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)基本一致，只不過它的輸出不再作 為電力電子變換器的控制電壓 cU ，而是用來和電流反饋量作比較，故被稱為電流給定 *iU 。 ASR 調(diào)節(jié)器和 ACR 調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的， ASR 調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值， ACR 調(diào)節(jié)器的輸出電壓 cmU 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 dmU 。 6 圖 2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電動機 TA電流互感器 UPE電力電子變換器 *nU 轉(zhuǎn)速給定電壓 nU 轉(zhuǎn)速反饋電壓 *iU 電流給定電壓 iU 電流反饋電壓 、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析 根據(jù)圖 2 可以很方便地繪出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖，如圖 3 所示，在圖中是用帶限幅的輸出特性表示了 PI 調(diào)節(jié)器。 圖 3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖 α轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β電流反饋系數(shù) PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特性一般存在兩種狀況：飽和 —— 輸出達到限幅值，不飽和 —— 輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時 當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，也就是說飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 的作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)態(tài)時總為零。 實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時， PI調(diào)節(jié)器的作用使得 輸入偏差電壓 U?都是零，因此， 7 0n*n nn ?? ??? UU （ 1） di*i IUU ??? （ 2） 由式（ 1）可得 0*n nn ?? ?U （ 3） 圖 4 繪制了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，圖中 CA 段就是描述了兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時的靜特性，電流的大小是從理想空載狀態(tài) 0d?I 一直延續(xù)到 dmd II ? ，表現(xiàn)為一條水平的特性。 系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行
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