逻辑无环流可逆调速系统设计Word下载.docx

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逻辑无环流可逆调速直流系统主要分为三部分：

主电路和稳压电源，驱动电路，逻辑无环流控制器。

系统原理图如图1.1。

图1.1逻辑无环流可逆调速系统原理图

ASR——速度调节器

ACR1﹑ACR2——正﹑反组电流调节器

GTF、GTR——正反组整流装置

VF、VR——正反组整流桥

DLC——无环流逻辑控制器

HX——推装置

TA——交流互感器

TG——测速发电机

M——工作台电动机

LB——电流变换器

AR——反号器

GL——过流保护环节

2逻辑无环流直流调速系统参数和缓解特性的测定

2.1电枢回路电阻R的测定

电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的阻Rn，即R=Ra+RL+Rn

为测出晶闸管整流装置的电源阻，可采用福安比较法来测定电阻。

将变压器RP（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。

测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。

MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

调节偏移电压电位器RP2，使α=150°

。

合上主电路电源开关。

调节Ug使整流装置输出电压Ud=110V，然后调整RP使电枢电流为0.88A，读取电流表A和电压表V的数值为，，则此时整流装置的理想空载电压为

调节RP，使电流表A的读数为0.44A。

在Ud不变的条件下读取A,V表数值，则

求解两式，可得电枢回路总电阻

如把电机的电枢两端短接，重复上述实验，可得

则电机的电枢电阻为

同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器之久电阻RL。

测试结果：

当示波器显示如图2.1时，开始测定参数。

图2.1

表2.1电枢回路总电阻测试

79

62

0.44

0.88

据公式得，

表2.2平波电抗器的直流电阻RL与整流装置的阻Rn之和测试

82

91

表2.3整流装置的阻Rn与电枢电阻Ra之和测试

71

85

所以可得：

电枢回路总电阻R≈38.64Ω

整流装置的阻Rn≈13.63Ω

电枢电阻Ra≈18.19Ω

平波电抗器的直流电阻RL≈6.82Ω

2.2主电路电磁时间常数的测定

采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升

其电流变化曲线如图2.1所示。

当t=Td时，有

电机不加励磁。

调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为（50~90）Inom。

然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用示波器拍摄id=f（t）的波形，由波形图上测量出当电流上升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。

图2.2电流变化曲线

测定结果如图2.3

图2.3主电路电磁时间常数的测定

由图2.3可知，电磁时间常数

三相桥式整流电路L=0.693=0.693796.74mH取L=0.80H

===0.02s

2.3电动机电势常数和转矩常数的测定

将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下式算出Ce

Ce的单位为V/（r/min）

转矩常数（额定磁通时）CM的单位为N.m/A，可由Ce求出

由实验测得两组数据

表2.4电动机电势常数的测定

Ud/V

177

147

n/（rad/s）

1200

1000

由公式得，

2.4系统机电时间常数Tm的测定

系统的机电时间常数可由下式计算

由于Tm>

>

Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即

当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。

测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。

MCL—31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。

电动机M加额定励磁。

调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。

然后保持Uct不变，断开主电路开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用示波器拍摄过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。

实测曲线如图2.4所示：

由实验测得：

Tm=37ms

图2.4系统机电时间常数Tm的测定

2.5测速发电机特性的测定

电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG，的数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f（n）。

晶闸管整流装置放大倍数。

实验结果如表2.5

表2.5测速发电机特性的测定

n（r/min）

1100

1300

1400

Uct（V）

6.89

7.63

8.30

8.99

9.68

UCT（V）

1.07

1．20

1.36

1.55

1.76

Ud（V）

152.50

166.51

180.28

194.83

209.34

分析可知取Ks≈20

3驱动电路的设计

由晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，由第二章测的，基本数据如下：

直流电动机：

220V,185W,1.1A,1600r/min；

晶闸管装置放大系数：

Ks≈20

电枢回路总电阻：

R=24.35Ω；

时间常数：

Td=21ms，Tm=49ms；

电流反馈系数：

转速反馈系数：

设计要求：

设计电流调节器，要求电流超调量；

设计转速调节器，要求转速超调量

3.1电流调节器的设计

3.1.1电流调节器的原理图

如图3.1

图3.1电流调节器原理图

3.1.2电流调节器的参数计算

1.确定时间常数

1）整流装置滞后常数Ts。

三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。

2）电流滤波时间常数Toi。

三相桥式电路每个波头时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1~2）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。

3）电流环小时间常数之和。

按小时间常数近似处理，取

2选择电流调节器结构

根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。

电流环控制对象是双惯性的，因此可用型电流调节器，其传递函数为：

检查对电流电压的抗扰性能：

，参照附录表1的典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。

3.计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数：

电流环开环增益：

要求时，按照附录表2，应取，因此

于是，ACR的比例系数为

4.校验近似条件

电流环截止频率：

⑴晶闸管整流装置传递函数的近似条件

满足近似条件。

⑵忽略反电动势变化对电流环动态影像的条件

⑶电流环小时间常数近似处理条件

5计算调节器电阻和电容

如图3.2，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为

图3.2PI型电流调节器

，取

取

按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。

3.2速度调节器的设计

3.2.1速度调节器的原理图

原理图如图3.3

图3.3电流调节器原理图

3.2.2速度调节器的参数计算

1）电流环等效时间常数:

有前面的计算可得

2）转速滤波时间常数：

有条件可知s

3）转速环时间常数：

s

2.选择转速调节器结构

按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数表达式为

3.计算转速调节器参数

按跟随和抗扰性能都比较好的原则，取,则ASR的超前时间常数为

转速开环增益

ASR的比例系数

4.检验近似条件

由公式可得转速环截止频率为

（1）电流环传递函数简化条件为

（2）转速环小时间常数近似处理条件为

均满足近似要求。

5.计算调节器电阻和电容

根据图3.4，取=40K

图3.4PI转速调节器

，，

.取

6.校核转速超调量

当时，由附录表3得，，不能满足设计的要求。

实际上，由于表3是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况计算超调量。

下面对转速调节器退饱和时转速超调量的计算：

设理想空载启动时，

，带入

可得，可以满足设计要求。

3.3触发电路的设计

3.3.1系统对触发器的要求

1）为保证较宽的调速围和可逆运行，要求触发脉冲能够在180°

围移向。

2）对于三相全控桥式整流电路，为了保证可控硅可靠换流，要求触发脉冲宽度大于60°

，或者用双窄脉冲。

3）对可逆系统，为了防止逆变颠