错位控制无环流可逆调速系统设计

题目5：错位控制无环流可逆调速系统设计一．设计目的1.了解并熟悉错位控制无环流可逆调速系统的组成结构。2.熟悉错位控制无环流可逆调速系统中各单元环节的工作原理，特性和作用。3.了解错位控制无环流可逆调速系统的静特性和动态特性。4.了解错位控制无环流可逆调速系统的优缺点。二．设计内容1.系统方案的选择。2.系统方案的实体设计，包括各种功能电路或部件的设计与选择参数计算。3.系统各主要保护环节的设计。4.系统的动态工程设计，包括转速调节器，电流调节器的结构和参数选择。5．详细分析错位控制无环流可逆调速系统的设计过程。参数选择：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。基本参数如下：直流电动机：220V，136A，1000r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=2.0。晶闸管装置放大系数：Ks=40。电枢回路总电阻：R=0.5Ω。时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s。电流反馈系数：β=0.05V/A（≈10V/1.5Inom）。转速反馈系数：α=0.007Vmin/r（≈10V/Nnom）。测速发电机：永磁式，23.1W，110V，0.21A，1900r/min三．错位无环流可逆调速系统的原理1.可逆调速系统的原理两组晶闸管装置反并联可逆线路由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。电机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但在一般情况下不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路。V-M系统反并联可逆线路的工作状态2.环流的产生和分类在可逆系统中，解决了电动机频繁正反转运行和回馈制动中电能的回馈通道，但出现了环流问题。所谓环流是指不流过电动机或其他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。环流的存在会明显加重晶闸管和变压器的负担，消耗无用的功率，环流太大时甚至会导致晶闸管损坏，，因此必须予以抑制。环流可分为两大类，静态环流和动态环流。静态环流又分为直流平均环流和瞬时脉动环流。3.静态环流的错位消除法错位控制的无环流可逆调速系统是借助于可控硅触发脉冲初始相位的错位整定来实现无环流。有环流系统采用配合控制时，两组脉冲的关系是，Uct=0时的初始相位整定在，因而可以消除直流平均环流，但仍然存在瞬时动态环流。在错位无环流系统中，同样采用配合控制的移相方法，但两组脉冲的关系是或，也就是初始相位整定在或。因而当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管一直处在反向阻断状态，不可能导通，当然也就不会产生静态环流了。错位控制的无环流可逆调速系统框图如下：4.错位无环流系统中电压环的作用缩小电压调节死区，提高切换的快速性错位无环流系统的零位定在180°固然可以消除环流，但在触发脉冲从180°移到90°期间，始终没有整流电压输出，形成了移相死区。有了电压环之后，在电流调节器和触发器之间引入了具有足够大的放大倍数的电压调节器，能够明显减小电压死区。防止动态环流，保证电流安全换向为了防止动态环流，必须控制Uk过零的速度，以保证电流衰减到零以前Uk的极性不变，而且应具有一定的数值，使逆变角不小于βmin，直到断流以后Uk才过零。采用积分调节器的电压环正好能适应这个要求。首先，电压调节器的积分作用延缓了Uk的变化速度，使它不会很快过零。其次，电压环的调节作用能在电流降低的过程中使本桥逆变电压跟随电压环的给定电压。可以有效抑制各种非线性因素对系统动态品质的不利影响。5．错位无环流系统中动态环流及其消除方法为了消除动态环流，必须严格限制切换过程中脉冲相位移动的速度，由于脉冲相位取决于电压调节器的输出电压，所以只要限制Uk的变化速度，就可以防止出现动态环流。正确选择电压调节器的动态参数，使τu具有足够大的数值，即可消除动态环流。对于三相桥式反并联电路而言，整流相数m=6,τu通常整定为4ms.6.错位无环流系统优缺点错位无环流系统结构简单，调整方便，但与逻辑无环流系统相比，切换特性较差，在某些切换条件下的切换死区较大。而且在切换过程中容易出现电流冲击。因此错位无环流系统通常用于系统容量较小而且对切换品质要求不高的场合。也可对错位无环流系统进行改进。例如，为避免电源电压波动造成逆变颠覆现象，最好是在电流调节器上设置活动限幅，当电源电压降低时，限幅值亦随之下降。四．各种功能电路或部件的设计与选择参数计算主电路采用采用三相桥式反并联电路，触发电路采用同步信号为锯齿波的触发电路。计算转速反馈环节的参数在电动机最高转速1000r/min时，转速反馈电压为：故直流稳压电源选择±15V，完全能够满足给定电压的需要。α=α2×Cetg（α2为输出电位器RP1的分压系数，Cetg为测速发电机的电动势系数）∴电位器RP1的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线性度没有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的20%，则此时RP1消耗的功率为故RP1选为10w、1.5KΩ的可调电位器。电流检测电阻的参数电流最大为136A，若取电阻Ω，则故在反馈回路加放大器，放大系数为100则故RP2选择10W、0.01Ω的可调电位器。3.电压检测电阻的参数检测回路串联一个20K的电阻，检测电阻选择1Kw、0.5KΩ的可调电位器。4.主电路的电感值对于V－M系统，为了使主电路电流连续，应设置平波电抗器。五．转速调节器，电流调节器、电压调节器的结构和参数选择电压调节器AVR（积分调节器）R0＝20KR1＝2MC＝0.2μF（，）电压环的传递函数：由于∴电流调节器ACR（PI调节器）（1）电压环化简后可视为电流环中的一个环节，化简后如下：其中 取，则（2）计算ACR的参数由，得则∴（3）调节器电阻和电容的计算按所以运算放大器取R0=40KΩ，Ri=KiR0=1.68，取=，取，取转速调节器ASR（PI调节器）（1）计算ASR的参数校正成典型II型系统，设=0.01＋0.004=0.014（s）取h=5 （2）调节器电阻和电容的计算按所以运算放大器取R0=40KΩ，Rn=KnR0=14.5，取=，取，取六．设计过程中应注意的问题1.设计各反馈通路时，应保证反馈为负反馈。如果由检测电阻直接引出的反馈信号不满足负反馈，则要在反馈回路中加一反相器。2.ASR和ACR要设置双向输出限幅，以限制最大动态电流和最小αmin和βmin.为了在任何控制角时都保持配合，应始终保持，用反号器AR实现。3.各反馈信号均应有极性，根据可逆系统正反向运行的需要，给定Un*也应有正负