電流、轉速雙閉環調速系統的原理和應用

1電流、轉速雙閉環系統雙環流暢系統的結構不是復雜的，但速度的效果非常好。這個系統中一共有兩個調節器,一個是轉速,一個是電流調速器。它的結構原理圖如圖1所示,圖里面的符號分別為:ASR是轉速調節器;TG為測速發電機;ACR為電流調節器;TA是電流互感器;UPE為電力電子變換器;Un*-轉速給定電壓;Un-轉速反饋電壓;Ui-電流反饋電壓;Ui*是電流給定電壓。其原理是把ASR的輸出當成ACR的輸入,再用ACR的輸出去控制電力電子變換器UPE。如果從閉環結構上看,轉速環在外邊,叫作外環;電流環在里面,叫作內環。這就形成了電流、轉速雙閉環的調速系統。電路原理圖如圖2。2系統硬件保護2.1串聯擊穿電壓晶閘管元件的優點很多。比如承受電壓和電流容量在所有器件中最高,開關速度高,開關損耗小等特點。可是跟其他一些電氣元件比較來說,由于晶閘管的擊穿電壓較為接近運行電壓,而且熱時間常數比較小,因此過電壓、過電流能力很不好,過電壓、過電流在短時間內都可能損壞元件。所以如果要使晶閘管元件正常的工作,只通過選擇合理的器件還遠遠不夠,對于保護環節也要十分注意。一般在這類裝置中,要有相應的保護設計。對于晶閘管的保護設計,往往是通過計算其過電流,過電壓的產生的特性,分析其相應的原因,采取有效的措施,避免此類損壞元件的情況出現,進而讓裝置更加穩定工作。2.2元件用晶閘管段串聯電容晶閘管關斷時會有過電壓情況,這種過電壓是瞬時的。對于這種瞬時過電壓,如果能有個元件吸收掉這個瞬時電壓,讓電壓在允許的范圍內,這樣就能起到保護作用了。我們都知道電容器正好具有這樣的特點,因此我們最常用的方法就是在晶閘管兩段并聯電容。如果在電路中的電容電路加入一個電阻并且是串聯接法,那么我們就叫這種電路為過電壓阻容吸收電路。2.3b在晶閘管保護電當把負載斷開時,儲存在變壓器、交流電路的磁場能量會在開關和整流橋間產生過電壓。在整流器兩端某兩橋臂突然斷開(快速熔斷或晶閘管燒斷)的時候,因為大電感中電流具有不可能突變的性質,所以立刻在直流側感應出很高的反向電壓,此時通過負載加在處于關斷狀態的晶閘管上,可能出現硬開通導致損壞的情況。因為直流側過電壓的能量很大,所以應該采用小晶閘管來保護。用快速熔斷器作為晶閘管的保護電路是晶閘管裝置采用的幾種過電流保護措施中最常用的。因為這種保護電路與普通熔斷器相比具有快速熔斷性質,是最簡單有效的過電流保護器件。3平波電抗電路如果想要在電路中讓直流負載通過比較平穩的直流電,一般情況下會將鐵芯電抗器(帶有氣隙)串聯接入整流電路輸出端口,我們稱之為平波電抗。其中有兩個主要的計算方面:一是輸出電流脈動系數必須達到一定要求時電抗器電感值;二是在保證電流連續時電抗的電感值。3.1電抗器連續輸出電流的計算為了能否使得全部的工作區域里面輸出電流一直連續,必須使得臨界電流小于等于負載電流的最小值。3.2電抗器限制輸出電流動脈的計算為了讓輸出電流連續,在選取平波電感等于60mH時,能同時滿足脈動要求。3.3內阻器觸發電路的要求和分析本文的直流電動機是由三相橋式全控整流電路供電,采用鋸齒波同步雙脈沖觸發電路。3.3.1黃環設計確定時間常數,選擇調節器結構,校驗近似條件。3.3.2循環環的設計確定時間常數,選擇調節器結構,計算轉速調節器參數,驗近似條件。4晶閘管脈沖同步相或定相在三相晶閘管電路中,正確選擇觸發電路同步電壓的相位是十分重要的。在陽極電壓接入正電壓的一個區間內,觸發脈沖此時出現才會使得晶閘管被觸發導通。那么在一些常用的電路中,例如正弦波移相電路;鋸齒波移相觸發電路,脈沖送出的時刻是取決于接入觸發電路的不同相位同步電壓。想要實現移相就需要改變控制與偏移電壓的值。所以這里可以看出,要讓觸發電路在各個管子需要觸發信號時輸出脈沖,需要根據被觸發的管子的陽極電壓的相位,選擇合適的同步電壓。我們稱這樣的方法叫做晶閘管電路的同步或定相。實現同步的具體步驟如下。1)依照脈沖移相范圍和觸發的要求,我們可以首先確定一個相位關系即同步信號電壓與相對應的晶閘管陽極電壓兩者間的相位關系。2)通過將電網的線電壓,一般是380v作為矢量參考,加入整流變壓器的接法、鐘點數量,可以畫出晶閘管陽極電壓的矢量坐標位置,然后用步驟1)的結果可以描繪出對應的同步相電壓和線電壓的矢量圖。3)確定同步變壓器的鐘點數和接法,這個只需要根據同步變壓器一次,二次的線電壓位置即可。5pi控制器設計5.1信號的最高角頻率根據采樣定理,為了使得采樣后的信號不會出現失真情況,采樣的頻率Ws必須大于等于2Wmax。采樣角頻率ws等于2π*(1/Ts);信號的最高角頻率Wmax等于2πfma。采樣周期的上限值:Ts小于等于π/Wmax。一般情況常按照一定的原則,利用經驗來選擇采樣周期Ts:Tmin≤Ts≤Tmax。在非特殊情況下,可以讓采樣周期或者用采樣角頻率Ws≥(4~10)Wc,Wc為控制系統的截止頻率。由雙閉環的設計參數值:5.2實驗結果的時域方程在PI控制算法中,一般如果e(t)為輸入誤差函數,u(t)是輸出函數時,調節器的傳遞函數可以用公式:表示;所以輸出函數u(t)和誤差函數e(t)關系的時域表達式可表示為:系統電流環的開環截止頻率wci=135.1s-1選取電流環的采樣角頻率wsi=5wci=675.5s-1得電流環的采樣周