课程设计_三相零式整流的直流电机调速系统设计及仿真.docVIP

第一章 双闭环直流调速系统的工作原理 1.1 双闭环直流调速系统的介绍 双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。 在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1.1-（a）1.1-（b）(a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图1.1 调速系统起动过程的电流和转速波形 实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 1.2 双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，1.2所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速环在外面，叫外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。ASR和ACR一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。 图1.2 转速、电流双闭环直流调速系统 图中: U*n、UnU*i、UiASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器 1.3 双闭环直流调速系统的稳太结构图和静特性 首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图1.3所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳太特征。一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳太时总是为零。 图1.3 双闭环直流系统的稳态结构图 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。双闭环直流调速系统的动态结构框图如图1.4所示。图中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流显露出来。 图1.4 双闭环直流调速系统的动态结构框图 1.5双闭环直流调速系统两个调节器的作用 1) 转速调节器的作用 使转速n跟随给定电压变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差； 对负载变化起抗扰作用； 其输出限幅值决定允许的最大电流。 2) 电流调节器的作用 在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化； 对电网电压波动起及时抗扰作用； 起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动； 当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。当故障消失时，系统能够自动恢复正常。 1.6 三相零式可控整流电路 本次课程设计所用的三相零式可控整流电路又名三相半波可控整流，其电路图如图1.5所示。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流人电网。三个晶闸管分别接入a、b、c 图1.5 三相零式可控整流电路 三相半波整流带阻感负载的移相范围为0-90度，当电感很大时，整流电流的波波形基本是平直的，流过晶阐管的电流接近矩形。 第二章 转速、电流双闭环直流调速系统——调节器设