淺析直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

在機(jī)械工程中,由于生產(chǎn)需要,電機(jī)頻繁處于啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)過程,因此電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間在很大程度上決定了其生產(chǎn)效率。為了縮短時(shí)間,采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)很難達(dá)到要求,而雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上增加了電流負(fù)反饋,獲得了良好的性能。

1他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速方法

他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性是指在勵(lì)磁電流、電樞電壓和電樞回路總電阻一定的條件下,轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系,即n=f(7)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為:

式中,n0為理想空載轉(zhuǎn)速:UN為電機(jī)額定電壓:CE為直流電機(jī)的電動(dòng)勢常數(shù):CT是電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù):o是勵(lì)磁磁通:Ra是電樞電阻:7em為電磁轉(zhuǎn)矩:8為機(jī)械特性斜率,8越小,機(jī)械特性越硬。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性如圖1所示。圖中nN為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速,7N為額定電磁轉(zhuǎn)矩。

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有降低電樞電壓的調(diào)速、降低電樞回路串電阻的調(diào)速和減弱磁通的調(diào)速3種。

2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))是通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的,轉(zhuǎn)速受負(fù)載影響比較大,因難以保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定而無法滿足生產(chǎn)工藝要求。所以,本文設(shè)計(jì)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)整流電路的輸出電壓,從而保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。為縮短啟動(dòng)時(shí)間,又加入了電流負(fù)反饋電路,形成雙閉環(huán)控制電路,如圖2所示。

圖2中的電流環(huán)ACR以跟隨性能為主,采用P1型的電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)如下:

式中,Ki為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù):Ti為電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù),s是拉普拉斯變換參數(shù)。

轉(zhuǎn)速環(huán)AsR也采用P1型的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)如下:

式中,Kn為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù):Tn為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)[2],s是拉普拉斯變換參數(shù)。

根據(jù)上述原理及分析,結(jié)合晶閘管構(gòu)成的三相全橋整流電路,可獲得雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電路圖,如圖3所示。

其中,調(diào)節(jié)器1為速度調(diào)節(jié)器,調(diào)節(jié)器Ⅱ?yàn)殡娏髡{(diào)節(jié)器,系統(tǒng)工作時(shí),改變給定電壓Ug的大小就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速[3],速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定,利用速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅達(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的。電流調(diào)節(jié)器的輸出作為觸發(fā)電路的控制電壓Uct[4]。實(shí)驗(yàn)中利用示波器觀察波形,如圖4所示,從波形上可以看出,全橋整流波形穩(wěn)定,采用本文設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),電機(jī)啟動(dòng)的超調(diào)量小。

3結(jié)語

本文在轉(zhuǎn)速控制單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,加入了電流負(fù)反饋,形成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),設(shè)計(jì)P1調(diào)節(jié)器采用具有輸入、輸出限幅的電路,在電機(jī)啟動(dòng)和過載時(shí)能夠限制電流,并且確保轉(zhuǎn)速靜差率≤1%,轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤10%,同時(shí)具有弱磁調(diào)速功能,提高了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能、調(diào)速精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性等。