案例5.3转速、电流双闭环直流调速系统.doc

案例5.3 转速、电流双闭环直流调速系统一、概述晶闸管电动机直流调速系统在工业生产中获得广泛应用。国内外晶闸管电动机直流调速装置品种繁多。现以zcc1系列晶闸管电动机直流调速装置（简称zcc1系列）为例，来阐述晶闸管电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。zcc1系列晶闸管电动机直流调速装置为三相全控桥不可逆直流调速装置，是以z2、z3系列直流电动机电枢供电为主要用途的、通用的晶闸管电动机调速装置。该装置的基本性能如下：(1) 装置的负荷性质按连续工作制考核。(2) 装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。(3) 装置在交流进线端的电压为（0.91.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。(4) 装置在采用转速反馈情况下，调速范围为201，在电动机负载从10%100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用zys型永磁直流测速发电机。(5) 装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为101，电流负载从10%100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。(6) 装置在采用电压反馈情况下，调压范围为201，电流负载从10%100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。(7) 装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于10时，其精度为1%。二、系统的组成1、主电路zcc1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器（或者交流进线电抗器）接至380v交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器l。2、 控制系统zcc1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示由图3-1可知，控制系统主要由给定积分器（gj）、速度（转速）调节器（asr）、电流调节器（acr）、触发输入及保护单元（csr）、触发器（cf）、速度变换器（sb）、电流变换器（lb）等组成。速度（转速）调速器的输出作为电流调节器的给定电压，电流调节器的输出作为触发装置的移相控制电压，速度（转速）调节器和电流调节器采用pi调节器。zcc1系列晶闸管直流调速装置各单元的电气原理图如图3-2至图3-9所示。 三、 直流调速系统简单工作原理下面结合整个系统对不可逆直流调速系统停车、正向启动、减速各种运行工作过程进行分析。(1) 停车状态 电动机停车时，开关s打开，给定电压ugn=0，速度（转速）调节器单元中a1速度比较器输出一个大于+8v的推信号电压，使速度（转速）调节器输出电压为负向限幅值-ugi，电流调节器输出电压为正向限幅值ukmax，通过触发输入单元csr、触发器cf，使晶闸管变流器控制角处于最小逆变角min，电动机处于停车状态。(2) 电动机正向启动运行 当开关s闭合，给出负的正向速度给定电压（ugn=-），当速度给定电压ug0.2时a1速度比较器迅速翻转输出为负电压，使速度（转速）调节器迅速退出负限幅值-ugi并开始按速度偏差信号进行p、i调节。经积分给定器使给出负的给定电压变成线性变化的负的给定电压ugn。速度（转速）调节器的输入偏差un=ugn-ufn，其极性为负。由于转速反馈电压ufn受机械惯性影响，增加较慢，所以速度（转速）调节器的输出ugi为正的限幅值。该输出电压ugi是电流调节器的电流给定电压，电流调节器输入电压ui=ugi-ufi,极性为正，因而电流调节器的输出电压uk为负。经过触发输入单元csr-1，触发器cf-1使晶闸管变流器的控制角从min向前移动使90，晶闸管变流器工作于整流状态，电动机正向启动。以后启动过程和前面所述的速度电流双闭环调速系统启动过程一样，不再重复。稳态运行时，速度反馈电压ufn基本上等于速度给定电压ugn，速度（转速）调节器的输出电压ugi基本上与负载电流反馈电压ufi相等。(3) 减速（或停车） 正向减速时速度给定值减小，极性不变仍为负给定电压，而电动机转速来不及改变，所以速度（转速）调节器的输入端偏差un=ugn-ufn为正，速度（转速）调节器asr的输出ugi为负的限幅值，使电流调节器的输出电压uc为正，经过触发输入单元csr，触发器cf使晶闸管变流器的控制角从90迅速后移至min，主回路电流经本桥逆变后很快衰减到零。对于不可逆系统由于晶闸管变流器只能提供一个方向的电流，电动机只在负载阻力矩作用下减速，直至电动机转速降至接近新的给定值时，由于速度微分反馈的提前作用使速度给定值ugn重新大于速度反馈值ufn，速度（转速）调节器输出开始退出负的限幅值，电流调节器输出从正的最大值向负电压变化，触发器cf的触发脉冲从min开始前移，电流环和速度（转速）环相继投入闭环工作，晶闸管变流器控制角90工作在整流状态，电动机在新的给定值下运行。当正向停车时速度给定电压ugn=0（0.2v时），速度（