1、KPSF-35傳動用自動職業(yè)技能鑒定高級技師論文論文題目：電流自適應與平波電抗器在控制系統(tǒng)中的組合應用此文檔部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡，如有侵權請告知刪除!電流自適應與平波電抗器在 KPSF-35傳動用 自動控制系統(tǒng)中的組合應用關鍵詞傳動系統(tǒng) 平波電抗器 電流自適應摘要:傳動用自控系統(tǒng)設計，傳統(tǒng)的設計是采用平波電抗器維持電流連續(xù)來維持電 流連續(xù)和限制電流脈動，以此來確保控制對象的工作，但此種設計造成系統(tǒng)銅耗 較多、系統(tǒng)體積龐大笨重。電流自適應也可解決問題但效果欠佳，本設計采用“電 流自適應與平波電抗器組合應用” 的解決方案，充分利用了各自的優(yōu)點，既降低 了銅耗又最大限度滿足了系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)要求，提高

2、了系統(tǒng)的性能價格比。一、概述在要求較高的傳動用自動控制系統(tǒng)設計中，被控制對象通常是他勵直流電動機，控制上采用電流、轉速雙閉環(huán)滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求和靜態(tài)要求?？煽仉娫醋?為執(zhí)行部件，為使控制對象直流電動機運行特性滿足要求， 必須保證其電流連續(xù)， 傳統(tǒng)的設計采用平波電抗器來維持電流連續(xù)和限制電流脈動。設計平波電抗器 時，一般系統(tǒng)理論上電流連續(xù)的臨界點在 5%額定電流，5%額定電流以下電流仍 為斷續(xù)區(qū)，若系統(tǒng)要求更高，平波電抗器電感量還要加大。因為電抗器電感量較 大，造成系統(tǒng)體積龐大笨重，又因銅耗較多，使性能價格比下降，同時在輕微負 載時仍不能保證電流連續(xù)。從系統(tǒng)設計的角度和經(jīng)典控制論的看，電流連續(xù)與

3、斷續(xù)僅僅是電流環(huán)數(shù)學模 型的不同，系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)模型均沒有改變。為此，只需要在電流斷續(xù)時將電流環(huán) 數(shù)學模型與電流連續(xù)時數(shù)學模型保持一致即可解決電流斷續(xù)的問題，即引入電流自適應環(huán)節(jié)，采用電流自適應環(huán)節(jié)，理論上可達到使用平波電抗器時的數(shù)學模型， 從而達到原設計要求滿足動態(tài)指標。但實際上只是近似，實驗證明，電流斷續(xù)檢測器LDJ投投入不可能達到理想化，整流輸出平均電壓一整流輸出平均電流之 間的數(shù)學模型，也只能近似與電流連續(xù)時相等，調(diào)節(jié)器小參數(shù)的改變和忽略對系 統(tǒng)還是有一定影響。考慮被控制對象對電流連續(xù)及電流脈動的要求，充分利用平波電抗器的優(yōu) 點、電流自適應環(huán)節(jié)的優(yōu)點，進行優(yōu)化組合組成“平波電抗器+電流自

4、適應”方案。本次設計在20%額定電流以上采用平波電抗器維持電流連續(xù)， 20%額定電流 以下采用電流自適應，平波電抗器電感量由原來的 8.974mH降到0.834mH,經(jīng) 實踐檢驗滿足KPSF-35系統(tǒng)的動態(tài)響應指標(cr5%, on10%)要求。二、電流斷續(xù)對直流電動機的機械特性以及傳動系統(tǒng)的影響1 .電流連續(xù)時直流電動機的機械特性電動勢公式 Ea =Ce：1，nEa直流電動機電樞端電動勢Ce直流電動機的電勢常數(shù) 直流電動機每極下磁通 n 直流電動機軸上轉速轉矩勢公式T 直流電動機的電磁轉矩 Ct直流電動機的轉矩常數(shù) Id 直流電動機電樞電流電壓方程Ud = Ea Id RaRa直流電動機電樞

5、電阻機械特性n:Id%Ce：， Ce：，將可控整流輸出的一般形式Ud =Udcosu-NAU - IdRz)代入上式電流連續(xù)時機械特性為Ud0 cosRn =- NU _ I d = n0 -nCe：，Ce：R一電樞回路總電阻2 .電流斷續(xù)時直流電動機的機械特性電流斷續(xù)時可控整流電路不存在換相，所以可用單回路進行等效分析。如三 相全控橋電路，假設 VT1、VT2在t1cot2導通，等效電路如圖所示回路電壓方程didUuw = .6U2iSin .t = Ea Ld 力解微分方程得回路電流JT初始條件：0t1= +儀時，id=06_6U1.Ld)旦.旦(三.：)LdLd 6電樞電流平均值1)3

6、-? 6U 21,二。修id=cos(二)(0 cos- - 2sin2 二 Ld 622機械特性當2 =二十a(chǎn)+6時，id =0 代入回路電流方程 62-6U2,j .一 。n =L sin(- -) sin 一Ce 中。 622根據(jù)Id、n表達式，在某一 a值時，給出不同的0,可求得對應的n和Id, 繪制出電流斷續(xù)時機械特性曲線。3.對直流電動機的機械特性及傳動系統(tǒng)的影響(1)理想空載轉速升高。(2)電流斷續(xù)時電動機機械特性顯著變軟。(3)導致電動機軸上負載有很小的擾動會引起電動機轉速很大變化，使原設計系統(tǒng)不能達到動態(tài)及穩(wěn)態(tài)指標。(4)整流裝置外特性變陡，等效內(nèi)阻大大增加，使電流環(huán)調(diào)節(jié)對象

7、總放大倍 數(shù)大大降低。三、常規(guī)解決辦法通常的解決方法是按5%額定電流連續(xù)時設置平波電抗器 Ld設計課題：KPSF-35中，要求5%直流電動機額定電流時維持電流連續(xù) 電抗器計算如下：直流電動機電樞電感U 103Ld = Kd 2PnId230 1032 2 1450 152= 1.57mHUn=230V,P=2, 有補償繞組Kd=56,取 6Z82 數(shù)據(jù)：Pn=35KW, In=152A, n=1450r/min,Kd計算系數(shù)，有補償電動機 變壓器電感0.05 119= 3.9 = 0.153mH152Kd一整流變壓器漏感計算系數(shù)，查表 3.9Udl變壓器短路電壓比，100KVA以下取Udl=0

8、.05,容量越大，Udl越大(最大為0.1)U2中一變壓器副邊相電壓Id電動機額定電流回路臨界電感=K1U 2：二, 1 d min= 0.6931195% 152=10.85mHK1臨界電感計算系數(shù)，查表Idmin 電動機最小電流，一般取Idmin=5%lN因三相橋式電路變壓器兩相繞組用聯(lián)導電，為此，取2Lb平波電抗器計算參數(shù)表電路名稱臨界電 感計 算系 數(shù)K1最大脈 動時的 a值最大脈動時U dM輸出最 低頻率 fd (Hz)整流艾 壓器漏 感計算 系數(shù)KbU 2次U 2 )單相全控橋2.87901.21003.18三相半波1.46900.881506.75三相全控橋0.693900.46

9、3003.9帶平衡電抗器雙反星形0.348900.4630011平波電抗器電感Ld =Li -(2Lb Ld)= 10.85-(2 0.153 1.57) = 8.974mH由于平波電抗器電感量大時銅耗過高，體積大，導致設備造價高、體積龐大、 性能價格比下降。四、“平波電抗器+電流自適應” 解決方案采用“平波電抗器+電流自適應”方案，在Idmin=20%額定電流時由平波電抗 器維持電流連續(xù)及限制電流脈動，在 Idmin=20%額定電流以下由電流自適應環(huán)節(jié) 保證電流連續(xù)時的數(shù)學模型，從而在大負載時電抗器工作，在輕載時電流自適應 環(huán)節(jié)介入，既滿足了高控制要求，又節(jié)省大部分銅耗開支。具體如下1 .平

10、波電抗器計算Ld = L1 (2Lb Ld) = 10.85 一(2 0,153 1.57)4=2.71 -1.876 =0.834mH2 .電流自適應環(huán)節(jié)(1)電流連續(xù)時的電樞回路電流連續(xù)時由于時間常數(shù)Ti的存在，從Ud0的突變到Id響應不能瞬時完成 模型是慣性環(huán)節(jié)。電動機樞回路電流連續(xù)時Udo IdTiS+1R-電流連續(xù)時電樞回路等效總電阻(2)電流斷續(xù)時的電樞回路Ud0突變后,電流斷續(xù)時由于電感對電流的延緩作用已在一個波頭內(nèi)結束, 下一個波頭的Id也隨電壓變化，相當Ti=0,模型是比例環(huán)節(jié)。.動機樞回路電流連續(xù)時 Ud0 -； IdI RR-電流斷續(xù)時電樞回路等效總電阻(3)電流斷續(xù)時模

11、型=電流斷續(xù)時模型1Glt(s) =Ki(1 .)連續(xù)時設計的電流調(diào)節(jié)器 iSGLt(s)黑工= Glt(s)父-=(1+上)黑-設計時取 T=TiRTis 1-is is - 1Glt (s)=Kii Rs1 ，、一 r-電流斷續(xù)時要求LT是小時間常數(shù)積分調(diào)節(jié)器/ R、()sR接電流檢測Glt (s)-Uk(s)(R1R2.Ugi(s)Ro R1R2 C1SRiR2R2R(Ri R2) R1R2C1SR0R2cls選R2 R1,則R111Glt = R0(1 而)= Ki(1/)R1Ki =R按電流連續(xù)設計的PI的比例常數(shù)V =R2C1 電流斷續(xù)時積分常數(shù)t=R1C1按電流連續(xù)設計的PI的積分時間常數(shù)因積分時間常數(shù)很小，所以電流斷續(xù)時調(diào)節(jié)器近似為小時間常數(shù)的積分調(diào)節(jié) 器。一 .1即： Glt (s)三一7一-