-.z.職業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KPSF-35傳動用自動控制系統中的組合應用電流自適應與平波電抗器在KPSF-35傳動用自動控制系統中的組合應用[關鍵詞]傳動系統平波電抗器電流自適應[摘要]：傳動用自控系統設計，傳統的設計是采用平波電抗器維持電流連續來維持電流連續和限制電流脈動，以此來確保控制對象的工作，但此種設計造成系統銅耗較多、系統體積龐大笨重。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點，既降低了銅耗又最大限度滿足了系統的動態和穩態要求，提高了系統的性能價格比。一、概述 在要求較高的傳動用自動控制系統設計中，被控制對象通常是他勵直流電動機，控制上采用電流、轉速雙閉環滿足系統的動態要求和靜態要求。可控電源作為執行部件，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，傳統的設計采用平波電抗器來維持電流連續和限制電流脈動。設計平波電抗器時，一般系統理論上電流連續的臨界點在5%額定電流，5%額定電流以下電流仍為斷續區，假設系統要求更高，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。 從系統設計的角度和經典控制論的看，電流連續與斷續僅僅是電流環數學模型的不同，系統其他環節模型均沒有改變。為此，只需要在電流斷續時將電流環數學模型與電流連續時數學模型保持一致即可解決電流斷續的問題，即引入電流自適應環節，采用電流自適應環節，理論上可到達使用平波電抗器時的數學模型，從而到達原設計要求滿足動態指標。但實際上只是近似，實驗證明，電流斷續檢測器LDJ的投入不可能到達理想化，整流輸出平均電壓—整流輸出平均電流之間的數學模型，也只能近似與電流連續時相等，調節器小參數的改變和忽略對系統還是有一定影響。 考慮被控制對象對電流連續及電流脈動的要求，充分利用平波電抗器的優點、電流自適應環節的優點，進展優化組合組成"平波電抗器+電流自適應〞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，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，經實踐檢驗滿足KPSF-35系統的動態響應指標〔σi≤5%，σn≤10%〕要求。二、電流斷續對直流電動機的機械特性以及傳動系統的影響1．電流連續時直流電動機的機械特性 電動勢公式 Ea——直流電動機電樞端電動勢 Ce——直流電動機的電勢常數Ф——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 Id——直流電動機電樞電流 電壓方程 Ra——直流電動機電樞電阻 機械特性 將可控整流輸出的一般形式代入上式 電流連續時機械特性為 R—電樞回路總電阻曲線n〔r/min〕n0α1Δnα2α3α40Id〔A〕2．電流斷續時直流電動機的機械特性 電流斷續時可控整流電路不存在換相，所以可用單回路進展等效分析。如三相全控橋電路，假設VT1、VT2在ωt1~ωt2導通，等效電路如下圖uuVT1idLdEaMuWVT2回路電壓方程 解微分方程得回路電流 初始條件：電樞電流平均值機械特性 當代入回路電流方程根據Id、n表達式，在*一α值時，給出不同的Θ，可求得對應的n和Id，繪制出電流斷續時機械特性曲線。 n〔r/min〕n0‘n0α1α2α3α40Id〔A〕3．對直流電動機的機械特性及傳動系統的影響(1)理想空載轉速升高。 (2)電流斷續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 計系統不能到達動態及穩態指標。 (4)整流裝置外特性變陡，等效內阻大大增加，使電流環調節對象總放大倍數大大降低。三、常規解決方法 通常的解決方法是按5%額定電流連續時設置平波電抗器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。電抗器計算如下：直流電動機電樞電感 Z—82數據：PN=35KW，UN=230V，IN=152A，P=2，n=1450r/min，有補償繞組KD—計算系數，有補償電動機KD=5~6，取6 變壓器電感KD—整流變壓器漏感計算系數，查表3.9Udl—變壓器短路電壓比，100KVA以下取Udl=0.05，容量越大，Udl越大〔最大為0.1〕 U2Ф—變壓器副邊相電壓 Id—電動機額定電流回路臨界電感 K1—臨界電感計算系數，查表 Idmin—電動機最小電流，一般取Idmin=5%IN 因三相橋式電路變壓器兩相繞組串聯導電，為此，取2L 平波電抗器計算參數表電路名稱臨界電感計算系數K1最大脈動時的α值最大脈動時輸出最低頻率fd〔Hz〕整流變壓器漏感計算系數KB單相全控橋三相半波三相全控橋帶平衡電抗器雙反星形2.871.460.6930.348909090901.20.880.460.461001503003003.186.753.911平波電抗器電感 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及限制電流脈動，在Idmin=20%額定電流以下由電流自適應環節保證電流連續時的數學模型，從而在大負載時電抗器工作，在輕載時電流自適應環節介入，既滿足了高控制要求，又節省大局部銅耗開支。具體如下 1．平波電抗器計算 2．電流自適應環節 〔1〕電流連續時的電樞回路電流連續時由于時間常數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節。電動機樞回路電流連續時Ud0Id R—電流連續時電樞回路等效總電阻〔2〕電流斷續時的電樞回路電流斷續時由于電感對電流的延緩作用已在一個波頭內完畢，Ud0突變后，下一個波頭的Id也隨電壓變化，相當Ti=0，模型是比例環節。電動機樞回路電流連續時Ud0Id R'—電流斷續時電樞回路等效總電阻〔3〕電流斷續時模型=電流斷續時模型——連續時設計的電流調節器設計時取τi=Ti電流斷續時要求LT是小時間常數積分調節器 〔4〕實用電路R1C1ugiR0uKLTLT—電流連續時電流調節器20KD1R2－1.5M20K20KD20KLDJTGS＋LDJ—電流斷續檢測器接電流檢測 選R2"R1，則——按電流連續設計的PI的比例常數τi’=R2C1——τi=R1C1—— 因積分時間常數很小，所以電流斷續時調節器近似為小時間常數的積分調節