转速电流双闭环直流调速系统课程设计

由天下分享时间：2024/9/14 3:12:31 加入收藏我要投稿点赞

图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数Toi按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。

由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。

Ui(s)ASRUn(s)+1Tons?1_Ufn1+Tois?1Uc(s)ACR_Ufi+ksTss?1Ud0(s)E(s)_1/RTls?1Id+_Idl(s)RTms1n(s)Ce?电流环Tois?1?Tons?1Toi—电流反馈滤波时间常数Ton—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图

2.3双闭环调速系统优点

一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图2.3所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。即为双闭环调速系统优点。

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图2.3理想启动过程

3. 方案实施

3.1转速给定电路设计

转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图3.1所示。

图3.1 转速给定电路原理图

3.2转速检测电路设计

转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流

分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图3.2所示。

图3.2 转速检测电路原理图

3.3电流检测电路设计

电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如图3.3所示。

图3.3 电流检测电路原理图

4 主电路保护电路设计

电力半导体元件虽有许多突出的优点，但承受过电流和过电压的性能都比一般电气设备脆弱的多，短时间的过电流和过电压都会使元件损坏，从而导致变流装置的故障。因此除了在选择元件的容量外，还必须有完善的保护装置。

4．1过电压保护设计

晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压UDRM一定值时，晶闸管将会立即损坏。因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。本设计采用如右图4.3阻容吸收回路来抑制过电压。

通过经验公式

C?(2?4)IT?10?3

R?10?30?

12 PR?CUm2 图4.1 阻容吸收回路得：

C?(2?4)IT?10?3?(2?4)?50?10?3?0.1?0.2?F

11 ER?CUm2??0.2?10?6?1402?1.96?10?3J

22由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此

2ER?2?1.96?10?3?3.92?10?3J

E3.92?10?3?0.196W P??T0.02 功率选择留5～6倍裕量 P?(5~6)P?(5~6)?0.196?1W~1.2W 因此，电阻R选择阻值为20?,功率选择1W的电阻。

电容C选择容量为0.20?F的电容。

4．2过电流保护设计

过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。