双闭环直流调速系统

双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)
和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈
和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器
ASR
的输出限幅电压
U
* im
决定了电流给定电压的最大值；电流调节器
Hale Waihona Puke Baidu
ACR 的输出限幅电压U cm 限制了电力电子变换器的最大输出电压U dm 。
动量限制在要求的范围内所需要的最小电感量 L2 ：
L2
K2
U2 si Id min
（mH）
式中 K 2 ——临界计算系数，三相全控桥 1.045；
si ——电流最大允许脉动系数，通常单相电路取 20%，三
相电路取 5%~10%；
U 2 ——整流变压器二次侧相电压（V）;
I d m in ——电动机最小工作电流（A）,取电动机 额定电流
补偿电动机取 6~8，有补偿电动机取 5~6。
2）整流变压器的漏感。整流变压器折合二次侧的每相漏感：
LT
KTU dl
U2 IN
（mH）
式中 KT ——计算系数，三相全桥取 3.9，三相半波取 6.75；
U dl ——整流变压器短路电压百分比，一般取 0.05~0.1；
U 2 ——整流变压器二次相电压（V）;
（mH）
式中 K1 ——临界计算系数，三相全控桥 0.693；
U 2 ——整流变压器二次相电压（V）;
I d m in ——电动机最小工作电流（A）,一般取电动机额定
电流的 5%~10%。
实际串联的电抗器的电感值 Lp L1 (LD NLT )
式中 N——系数，三相桥取 2，其余取 1。
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4）限制电流脉动所需电抗器的电感值。由于晶闸管整流装置的 输出电压是脉动的，该脉动电流可以看成是一个恒定直流分量 和一个交流分量组成的。通常负载需要的是直流分量，而过大 的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加。因此，应在直流 侧串联平波电抗器以限制输出电流的脉动量。将输出电流的脉
电抗器在回路中位置不同，其作用不同。对于不可逆系统，在 电动机电枢端串联一个平波电抗器，使得电动机负载得到平滑的 直流电流，取合适的电感量，能使电动机在正常工作范围内不出 现电流断续，还能抑制短路电流上升率。 2.2 平波电抗器选择
电抗器的主要参数有额定电抗、额定电流、额定电压降及结构 形式等。
计算各种整流电路中平波电抗器和均衡电抗器电感值时，应根 据电抗器在电路中的作用进行选择计算。
- Un
速度 调节器
Ui* +
电流 Uc 三相集成
调节器
触发器
三相 Ud 直流
全控桥
电动机
n
转速 检测
双闭环直流调速系统框图
双闭环直流调速系统电路原理图
一．本设计预设的参数
直流电动机：220V，136A, 1500r/min, Ce=0.136Vmin/r 晶闸管装置放大系数：Ks =40 电枢回路总电阻：R=0.5 欧 时间常数：Tl=0.015s, Tm=0.2s, 转速滤波环节时间常数 Ton 取 0.01s 电压调节和电流调节器的给定电压为 8V 系统稳态无静差，电流超调量σi≤5%; 空载启动到额定转速时的 转速超调量σn≤10%。
1） 直 流 电 动 机 电 枢 电 感 ：
LD
KD
UN 2 pnN I N
103 mH
式中 U N ——直流电动机的额定电压（V）;
I N ——直流电动机的额定电流（A）;
nN ——直流电动机的额定转速（rpm/min）;
P——直流电动机的磁极对数；
3
K D ——计算系数。一般无补偿电动机取 8~12，快速无
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环
作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反
馈组成的环作为内环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，
再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE，这就形成了转速、
电流双闭环调速系统。
1
电流 检测
Ui
ΔU
给定电压 Un*+ n
的 5%~10%。
实际串接的电抗器 L p 的电感值：
Lp L2 (LD NLT ) (mH)
二．平波电抗器的选择：
2.1 平波和均衡电抗器在主回路中的作用及布置 晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的，为了限制整流电流的
脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的
2
电抗器，称作平波电抗器。 在有环流可逆系统中，环流不通过负载，仅在正反向两组变流
器之间流通，可能造成晶闸管过流损坏。为此，通常在环流通路 中串入环流电抗器（称均衡电抗器），将环流电流限制在一定的 数值内。
双 闭 环 直 流 调 速 系 统
姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 日期：2015 年 12 月 23 日
摘要
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调 速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应 用。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、 转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用 稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消 除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时， 转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最 大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈 外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟 随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器
I N ——直流电动机额定电流（A）。
3）保证电流连续所需电抗器的电感值。当电动机负载电流 小到一定程度时，会出现电流断续的现象，将使直流电动机 的机械特性变软。为了使输出电流在最小负载电流时仍能连
续 ， 所 需 的 临 界 电 感 值 L1 可 用 下 式 计 算 ：
L1
K1
U2 I d m in
a)从减少电流脉动出发选择电抗器。 b)从电流连续出发选择电抗器。 c)从限制环流出发选择电抗器。 此外，还应考虑限制短路电流上升率等。 由于一个整流电路中，通常包含有电动机电枢电抗、变压器漏 抗和外接电抗器的电抗三个部分，因此，首先应求出电动机电 枢（或励磁绕组）电感及整流变压器漏感，再求出需要外接电 抗器的电感值。