1、直流雙閉環可逆調速系統研究直流雙閉環可逆調速系統研究3.1可逆直流調速系統有許多生產機械要求電動機既能正傳,又能反轉,而且常常還需要快速的起動和制動,這就需要電力拖動系統具有四象限運行的特性,也就是說,需要可逆的調速系統.XX改變電樞電壓的極性,或者改變勵磁磁通的方向,都能改變直流電動機的旋轉方向,這本來是很簡單的事.然而,當電動機采用電力電子裝置供電時,由于電力電子器件的單向導電性,問題就變得越來越復雜起來了,需要專用的可逆電力電子裝置和自動.3.1.1有環流限制的可逆品閘管-電動機系統 XX較大功率的可逆直流調速系統多采用晶閘管-電動機系統.由于晶閘管的單向導電性,需要可逆運行時經常采用兩

2、組晶閘管可控整流裝置反并聯的可逆線路,如以下圖所示.XX圖3-1兩組晶閘管可控整流裝置反并聯可逆線路 XX電動機正轉時,由正組晶閘管裝置VF供電；反轉時,由反組晶閘管裝置VR供電.XX兩組晶閘管分別由兩套觸發裝置限制,都能靈活地限制電動機的起、制動和升、降速.但是,不允許讓兩組晶閘管同時處于整流狀態,否那么將造成電源短路,因此對限制電路提出了嚴格的要求.XX在兩組晶閘管反并聯線路的VM系統中,晶閘管裝置可以工作在整流或有源逆變狀態.在電流連續的條件下,晶閘管裝置的平均理想空載輸出電壓為：XX(31)XX當限制角為a90,晶閘管裝置處于整流狀態；當限制角為a90,晶閘管裝置處于逆變狀態.因此在整

3、流狀態中,Ud0 為正值；在逆變狀態中,Ud0為負值.為了方便起見,定義逆變角b=180a,那么逆變電壓公式可改寫為：Ud0=Ud0maxco.兩組晶閘管裝置反并聯可逆線路的整流和逆變狀態原理與此相同,只是出現逆變狀態的具體條件不一樣,現以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變為例,說明兩組晶閘管裝置反并聯可逆線路的工作原理,如下：XX(a)正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態：此時,af90,UdofE,n0電機從電路輸入能量作電動運行.圖32兩組晶閘管反并聯可逆V-M系統的正組整流和反組逆變狀態 XX(b)反組晶閘管裝置VR逆變當電動機需要回饋制動時,由于電機反電動勢的極性未變,要回饋電

4、能必須產生反向電流,而反向電流是不可能通過VF流通的.這時,可以利用限制電路切換到反組晶閘管裝置VR,并使它工作在逆變狀態.VR逆變處于狀態：此時,ar90,E|Udor|,n0XX電機輸出電能實現回饋制動.XX圖3-3兩組晶閘管反并聯可逆 V-M系統的反組逆變狀態 XX(c)機械特性范圍 XX整流狀態：V-M系統工作在第一象限逆變X犬態:VM系統工作在第二象限.XX圖3-4機械特性運行范圍在可逆調速系統中,正轉運行時可利用反組晶閘管實現回饋制動,反轉運行時同樣可以利用正組晶閘管實現回饋制動.這樣,采用兩組晶閘管裝置的反并聯,就可實現電動機的四象限運行,歸納起來,可將可逆線路正反轉時品閘管裝置

5、和電機的工作狀態列于表31中.XX表3-1V-M系統反并聯可逆線路的工作狀態 XX注:表中*量的極性均以正向電動運行時為 XX采用兩組晶閘管反并聯的可逆VM系統,如果兩組裝置的整流電壓同時出現,便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流,稱作環流,如以下圖中所示.圖3-5反并聯可逆VM系統中的環流環流的危害：一般地說,這樣的環流對負載無益,徒然加重品閘管和變壓器的負擔,消耗功率,環流太大時會導致晶閘管損壞,因此應該予以抑制或消除.XX環流的利用：只要合理的對環流進行限制,保證品閘管的平安工作,可以利用環流作為流過晶閘管的根本負載電流,使電動機在空載或輕載時可工作在品閘管裝置的電流連

6、續區,以預防電流斷續引起的非線性對系統性能的影響.XX在不同tf況下,會出現以下不質的環流：(a)靜態環流兩組可逆線路在一定限制角下穩定工作時出現的環流,其中又有兩類:直流平均環流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產生的環流稱作直流平均環流.XX瞬時脈動環流兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零,但因電壓波形不同,瞬時電壓差仍會產生脈動的環流,稱作瞬時脈動環流.(b)動態環流僅在可逆V-M系統處于過渡過程中出現的環流.在這里,主要分析靜態環流的原因,并討論其限制方法和抑制舉措.XX在兩組晶閘管反并聯的可逆VM系統中,如果讓正組VF和反組VR都處于整流狀態,兩組的直流平均電壓正負相連,必然產生較大的直

7、流平均環流.為了預防直流平均環流的產生,需要采取必要的舉措,比方:采用觸發脈沖的方法,在任何時候,只允許一組晶閘管裝置工作；采用配合限制的策略,使一組晶閘管裝置工作在整流狀態,另一組那么工作在逆變狀態.為了預防產生直流平均環流,應該當正組處于整流狀態時,讓反組處于逆變狀態,且限制其幅值與之相等,用逆變電壓把整流電壓頂住,那么直流平均環流為零.于是Udor=-Udor.由式(31),有：Udof=Udomaxcosaf(3-2)Udor=Udomaxcosar(33)XX其中：af和ar分別為VF和VR的限制角.由于兩組晶閘管裝置相同,兩組的最大輸出電壓Udomax是一樣的,因直流雙閉環可逆調速

8、系統研究(4)理解了這一點可給我們的設計帶來極大的方便,使得我們對退卷卷徑的大范圍變化給轉速的變化要求不予以刻意的去限制,而是通過限制退卷張力恒定,間接地到達退卷線速度跟蹤前后底的目的.具體的設計方法是：一方面把對退卷張力的總限制量計算出來后,送至力矩運算器內轉換成力矩,再送至張力電流運算器轉換成電流信號,電流信號在轉矩運算器內轉換成電流的限幅值；另一方面使速度環在正常運行時一直工作在飽和狀態,輸出一個飽和負限幅值,這個飽和限幅值的大小是上面計算出的電流限幅值,這個值再去限制電流環,使電機電樞電流一直跟蹤速度環的輸出限幅值,也即是跟蹤退卷張力的給定值.3.2.2現行方案分析 XX復卷機在卷取的

9、過程中,放卷的卷徑和轉動慣量不斷減小,為時變參數.為了保證紙張在卷取過程中平穩工作,必須要求紙幅的張力和線速度恒定.因此,對于放卷系統而言,進行張力限制是核心技術,放卷的張力限制主要有以下要求：(a)放卷在正常運行中,兩底由紙幅拉著放卷紙卷向前運行,要保持紙幅有一定的退卷張力,放卷電機必須工作在發電制動狀態.XX(b)放卷棍在退卷過程中,紙直徑一直在減小,要保持張力不變,放卷電機的制動轉矩應隨著此,當直流平均環流為零時,應有:cosacosafxx減小.從退紙的限制特點可知,退紙的限制關鍵在于對退卷張力的限制上.從直觀來看,在復卷機主傳動系統中,前、后底是穩速系統,而退紙為退卷系統,如果退紙的

10、車速不隨卷徑D的減小而變化的話,那么退紙的線速度必然下降,造成前、 后底與退紙間紙幅產生張力,設前后兩底的線速度為V1,退紙的線速度為V2,那么紙幅的退卷張力為：(36)XX式中：T紙張承受的張力；S紙張的截面積；L后底與退紙兩傳動點之間的距離；Y紙張的彈性模量.XX從式(36)可以看出：要使張力恒定,必須保持線速度恒定.根據V=,要使V恒定,必須使電機轉速n1/d,即N1/M,可見復卷機的負載特性為恒功率負載特性.由于張力波動是由線速度波動引起的,所以從直觀來看,張力恒定即線速度恒定.而欲使線速度恒定,就需卷繞功率為恒定值.所以恒張力限制、恒線速度限制、恒功率限制在本質上是相同的.這里只以恒

11、張力限制為例,說明復卷機退卷張力限制的組成及原理.紙幅張力限制分為直接張力限制和間接張力限制兩種.XX(1)直接張力限制 XX直接張力限制是利用張力傳感器把紙幅張力檢測出來,按負反應原理,要限制哪個量,就引入哪個量的反應信號,即把張力信號轉換成相應的號,反應到張力調節器輸入端與張力給定值比擬,組成張力閉環調節系統.這種系統原理簡單彳艮容易理解,XX但是由于復卷機工作車速很高,且在工作時紙卷及筒跳動很大,采用張力反應時,這些因素都將作為擾動信號,通過張力傳感器參加系統,如果對反應信號處理不好,將會直接影響系統的穩定性.另外在升、降速時紙卷轉動慣量很大,運行時紙卷直徑的大范圍變化,給張力限制提出了

12、很高的要求.XX基于這些原因,如對張力的限制精度不是很高的話,一般都采用間接張力,但如對張力的限制精度及靈敏度要求較高的話,就應采用直接張力.XX(2)間接張力 XX間接張力限制方式是根據恒張力卷繞過程中*參數之間的約束關系,找出影響張力的*個參數,將它們檢測出來,加以補償限制,間接地保持張力近似不變;它雖不如直接張力限制精度高,但易于穩定且較低.XX采用間接張力限制有兩種方法可以實現：XX復合張力調節法：通過調節電樞電壓保持電樞電流不變,隨著卷材卷徑變化調節電機的磁通,使/D不變,保持張力恒定.最大轉矩法： 保持正比于/D,即不管卷材卷徑的大小,當電機的轉速低于額定轉速時,保持電機磁通為額定

13、值不變,電機電樞電流隨卷材卷徑變化而變化,保持/D不變；當電機的轉速高于額定轉速時,保持不變,隨卷材卷徑的變化而變化,保持/D不變,從而保持張力恒定.XX在復合張力調節法中,IF、D,限制起來比擬直觀；其缺點是只要不在最大卷徑情況下,不管是高速還是低速,電動機都處于弱磁工作狀態,所以電動機轉矩得不到充分利用.由于D,所以電動機的弱磁倍數等于卷徑變化的倍數,當卷徑倍數大時,要求電動機弱磁倍數也要大,于是使得電動機體積增大.另外由于卷材的直徑變化比擬大,一般為620倍,而直流電機的弱磁調速范圍一般都小于3倍,即使特殊訂貨,也不會超過5 倍,因此復合張力調節法無法滿足要求.綜合兩方面的原因,一般我們

14、采用最大轉矩法對張力進行間接限制.XX(a)限制思想不用張力檢測計,直接分析張力變化的原因,對其主要擾動量進行補償,如能同時對幾個擾動量結合著進行限制,可以到達很好的效果.例如對退紙的卷徑變化引起的線速度變化從而引起的張力變化,直接對退紙的線速度給定進行補償,這樣做直觀也較簡單,但是補償精度一般不是很高.對于歐陸590可直接利用模塊組態的智能運算限制功能,根據對卷徑變化引起的力矩擾動的分析,分不同情況、利用恒線速度與轉矩限制相結合的方法直接對電機的電流與轉矩進行補償.XX上面已提到過,本系統的電動機在正常運行時處于發電回饋制動狀態,電磁轉矩M為制動力矩.當不考慮動態轉矩及機械損耗時,張力矩 M

15、T 與電磁制動力矩相平衡.在張力恒定時,隨著退卷卷徑的減少,張力矩亦減少,這就要求制動力矩M與卷徑成比例減小.這樣可補償掉大局部的張力擾動,使張力保持基本穩定.b設計分析 XX由析可有如下原理圖：XX圖3-22間接張力組態圖卷徑運算器檢測退紙的線速度給定、角速度、最小卷徑、卷徑預置等信號進行XX理布到卷徑信號.錐度計算其功能是把對張力的給定信號轉換成實時卷徑下的張力給定,設計思想是：要得到內緊外松的成品紙卷,一方面壓紙的壓力應隨成品紙卷的直徑增大而減小,另一方面,在退卷過程中,張力給定信號也應隨退卷卷徑的減小而有所減小,有一個錐度變化,具體算法是：錐度要求=張力給定.XX直流雙閉環可逆調速系統

16、研究6重要事項：如果電機完全短路,那么電流跳閘過電流保護不會保護調速器.始終要提供高速品閘管,從而在出現直接輸出短路情況下,為品閘管堆棧提供保護.將一個三相交流進線電抗器與接入主三相交流電源串聯安裝,電抗器應該在限制器與2型RCD之間進行連接,從而提供最正確的保護與平安.5電機電樞A、A-XX電機電樞連接至端子A和端子A一上.XX圖328電樞連接示意圖6速度反應與技術選項選項如下：1速度反應模擬轉速表校準選項板或者微型測速器/編碼器反應選項卡2通訊技術盒8055連接 II、Prof1bus、DeviceNet以及串行RS485XX根據圖示,可插入到兩個位置中.XX圖3-29速度反應示意圖您可以

17、利用速度反應和或通訊技術選項來運行調速器.3.3.3590調速器的配合使用 XX本設計是交流和直流混合傳動限制復卷機運行,在這里使用590直流數字調速器來做直流傳動的限制,直流傳動組態圖如下：圖3-30直流組態圖 XX由上圖可以看出在此牽扯到直徑計算模塊、設定值總數1和設定值總數2模塊、轉矩計算模塊、速度回路模塊以及電流回路模塊.XX(1)直徑計算本功能塊運算出卷軸直徑,作為卷軸速度與線速度的一個函數.參數描述：直徑(Diametcr)：該參數是功能塊的輸出值,能夠連接到卷取機的相應的點上.范圍：xxx.xx%XX線速模數(dofLineSpeed)范圍：xxx.xx%卷軸速度模式(dofRe

18、e1Speed范圍：xxx.xx%未濾波直徑(UnfilteredDiameter):直徑的未濾波值.范圍：xxX.xx%XX線速度(LineSpecd):通常需配置為模擬測速輸入,并在校準期間進行相應換算.范圍：一105.00 到 105.00%卷軸速度(Ree1Speed):通常需配置為調速器自身的速度反應,即編碼器或者電樞電壓反應.范圍：105.00到105.00%最小直徑(MINDiameter):通常指的是空卷心直徑.范圍：0.00到100.00%XX最小速度(MINSpeed):指的是最小的線速度水平,在此水平以下無法運算直徑.范圍：0.00到100.00%XX復位值(ResetV

19、alue):通常針對卷繞器的需要,需設定為最小直徑.在啟用外部復位時,該參數值將提前加載到斜坡(濾波器)輸出中.范圍：0.00至U100.00%XX外部復位(ExternalReset):在啟用本輸入的同時,斜坡將保持在復位值上.0:已禁用,1:已啟用.斜坡率(RAMPRate)用于過濾直徑運算器的輸出結果.范圍:0.1到 600.0秒(2)設定值總數1XX可以對該參數進行配置,從而根據一定數量的輸入來執行幾個功能中的一種功能.XX參數描述:XX設定值總數(SPT.SUM)(設定值總數輸出)比率 1(Ratio1):模擬輸入 1 換算.范圍：一 3.0000至IJ3.0000XX比率 0(Ra

20、tio0):輸入0換算.范圍：一3.0000至U3.0000符號 1(Sign1):模擬輸入1極性.【注：0:負向,1:正向】符號0(Sign0):模擬輸入0極性.【注：0:負向,1:正向】除數1(Divider1):模擬輸入1換算,除以0(零)的結果是零輸出.范圍：一3.0000至U3.0000除數0(Divider0)：模擬輸入0換算,除以0(零)的結果是零輸出.范圍:一3.0000到3.0000死區(死區寬度)：模擬輸入1的死區寬度.范圍：0.00至IJ100.00%(h)限值(Limit):設定值總和可編程限值具有對稱性,具范圍自0.00%至200.00%o該限值適用于比率運算的中間結

21、果和全部輸出.XX輸入 2(Input2):輸入2參數值在默認情況下,并不連接到任何模擬輸入端上.范圍：一200.00 到200.00%輸入1(Input1):輸入1參數值在默認情況下,將連接到模擬輸入 1(A2).范圍：一200.0到200.00%輸入0(Input0):輸入0參數值在默認情況下,并不連接到任何模擬輸入端上.范圍：-200.00 到200.00%XX對于設定值總數2和設定值總數1根本一致,在此不做介紹.XX(3)轉矩計算此功能塊用來別離電機電流給定并根據卷軸的旋轉方向使用適當的電流限制鉗位.XX參數描述：正電流鉗位(S.ICLAMP):正電流鉗位輸出目的,默認為沒有連接.范圍

22、：0至U549XX負電流鉗位(NEG.ICLAMP):負電流鉗位輸出目的.默認為沒有連接.范圍:0到549轉矩給定TORUEDEMAND:這是功能塊的轉矩給定.范圍：一200.00至IJ200.00張力使能TENSIONENABLE:啟用時,適用轉矩給定；禁用時,轉矩給定為0.【注：0:D*BLED禁用,1:ENABLED啟用】XX過卷OVERWIND:啟用時,選擇過卷,就是說轉矩給定被施加在正象限正電流鉗位,標記編號.301;禁用時,選擇欠卷,就是說轉矩給定被施加在負象限負電流鉗位,標識號為48.【注：0:D*BLED禁用,1 :ENABLED啟用】XX功能描述 XX4速度回路 XX本功能塊包括設置速度回路所需的參數.可通過人機接口上的兩個菜單來查閱本功能塊.XX參數描述：XX輸出OUTPUT設定值回路輸出范圍：Xxx.xX%速度反應SPEEDFBK初始速度