基于PLC的双闭环串级调速系统的.docVIP

摘要 本文用电源反相序和动力制动的方法设计了双闭环串级调速系统的可逆和制动控制线路。双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。 本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，第1章：引言 - 3 - 第2章：双闭环串级调速系统的可逆和制动方案 - 4 - 第3章：串级调速系统的动态数学模型 - 6 - 3.1 ?转子直流回路的传递函数 - 6 - 3.2 异步电动机的传递函数 - 8 - 3.3串级调速系统的动态结构框图 - 9 - 第4章：调节器参数的设计 - 10 - 4.1 电流环的设计 - 10 - 4.2 转速环的设计 - 12 - 第5章 串级调速系统的起动方式 - 15 - 5.1间接起动 - 15 - 5.2 直接启动 - 17 - 第6章：操作控制电路 - 18 - 6.1 PLC的选择 - 18 - 6.2可编程序控制器的I/O接口 - 18 - 6.3 操作线路图的梯形图 - 19 - 6.4 可编程序控制器程序清单 - 21 - 结束语 - 24 - 参考文献 - 25 - 第1章：引言 由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。 图1 双闭环控制串级调速系统主电路图 图1?所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。图中，转速反馈信号取自异步电动机轴上连接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为?。图1?所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。在图1?所示的系统中，可控整流装置、调节器以及反馈环节的动态结构框图均与直流调速系统中相同。在异步电动机转子直流回路中，不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。?转子直流回路的传递函数?????根据图2?的等效电路图可以列出串级调速系统转子直流回路的动态电压平衡方程式 式中 Ud0?——当?s=1?时转子整流器输出的空载电压，Ui0?——?逆变器直流侧的空载电压，；L——?转子直流回路总电感，L?=?2LD?+?2LT?+?LL LD?——折算到转子侧的异步电动机每相漏感，；LT?——折算到二次侧的逆变变压器每相漏感，；LL?——?平波电抗器电感； R?——?转差率为?s?时转子直流回路等效电阻，。于是，式(1)可改写成 将式(2)两边取拉氏变换，可求得转子直流回路的传递函数?????? 式中 TLr?——转子直流回路的时间常数， ； ????? ?Ki?——?转子直流回路的放大系数，。转子直流回路的动态结构框图如图3所示。需要指出，串级调速系统转子直流回路传递函数中的时间常数?TLr?和放大系数?KLr?都是转 图3 转子直流回路动态框图 3.2 异步电动机的传递函数??? 异步电动机的电磁转矩为???? 电力拖动系统的运动方程式为?????? 或写成 ???? 式中 IL——负载转矩TL所对应的等效直流电流。???由此可得异步电动机在串级调速时的传递函数为?????? 其中，?为机电时间常数，TM?与?R、CE、CM?都有关系，所以也不是常数，而是 Id 和?n?的函数。 串级调速系统的动态结构框图????把图1 中的异步电动机和转子直流回路都画成传递函数框图，再考虑给定滤波环节和反馈滤波环节就可直接画出双闭环控制串级调速系统的动态结构框图，如图4所示。 图4 双闭环控制串级调速系统动态结构图 第4章：调节器参数的设计 双闭环控制串级调速系统的动态校正一般主要按抗扰性能考虑，即应使系统在负载扰动时有良好的动态响应。在采用工程设计方法进行动态设计时，可以像直流调速系统那样，电流环按典型I型系统设计，转速环按典型型系统设计。 图8 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器 第5章 串级调速系统的起动方式 串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势而工作的，为了使系统工作正常，对系统的起动与停车控制必须有合理的措施予以保证。总的原则是在起动时必须使逆变器先于电机接上电网，停车时则比电机后脱离电网，以防止逆变器交流侧断电，而使晶闸管无法关断，造成逆变器的短路事故。??? 串级调速系统的起动方式通常有间接起