維修電工高級(jí)技師論文

1、KPSF-35傳動(dòng)用自動(dòng)職業(yè)技能鑒定高級(jí)技師論文論文題目：電流自適應(yīng)與平波電抗器在控制系統(tǒng)中的組合應(yīng)用此文檔部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除!電流自適應(yīng)與平波電抗器在 KPSF-35傳動(dòng)用 自動(dòng)控制系統(tǒng)中的組合應(yīng)用關(guān)鍵詞傳動(dòng)系統(tǒng) 平波電抗器 電流自適應(yīng)摘要:傳動(dòng)用自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用平波電抗器維持電流連續(xù)來(lái)維持電 流連續(xù)和限制電流脈動(dòng)，以此來(lái)確?？刂茖?duì)象的工作，但此種設(shè)計(jì)造成系統(tǒng)銅耗 較多、系統(tǒng)體積龐大笨重。電流自適應(yīng)也可解決問題但效果欠佳，本設(shè)計(jì)采用“電 流自適應(yīng)與平波電抗器組合應(yīng)用” 的解決方案，充分利用了各自的優(yōu)點(diǎn)，既降低 了銅耗又最大限度滿足了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)要求，提高

2、了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。一、概述在要求較高的傳動(dòng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，被控制對(duì)象通常是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，控制上采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)滿足系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)象直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性滿足要求， 必須保證其電流連續(xù)， 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用平波電抗器來(lái)維持電流連續(xù)和限制電流脈動(dòng)。設(shè)計(jì)平波電抗器 時(shí)，一般系統(tǒng)理論上電流連續(xù)的臨界點(diǎn)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?yàn)殡娍蛊麟姼辛枯^ 大，造成系統(tǒng)體積龐大笨重，又因銅耗較多，使性能價(jià)格比下降，同時(shí)在輕微負(fù) 載時(shí)仍不能保證電流連續(xù)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xué)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(shí)將電流環(huán) 數(shù)學(xué)模型與電流連續(xù)時(shí)數(shù)學(xué)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(yīng)環(huán)節(jié)，采用電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)，理論上可達(dá)到使用平波電抗器時(shí)的數(shù)學(xué)模型， 從而達(dá)到原設(shè)計(jì)要求滿足動(dòng)態(tài)指標(biāo)。但實(shí)際上只是近似，實(shí)驗(yàn)證明，電流斷續(xù)檢測(cè)器LDJ投投入不可能達(dá)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(xué)模型，也只能近似與電流連續(xù)時(shí)相等，調(diào)節(jié)器小參數(shù)的改變和忽略對(duì)系 統(tǒng)還是有一定影響。考慮被控制對(duì)象對(duì)電流連續(xù)及電流脈動(dòng)的要求，充分利用平波電抗器的優(yōu) 點(diǎn)、電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化組合組成“平波電抗器+電流自

4、適應(yīng)”方案。本次設(shè)計(jì)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(yīng)，平波電抗器電感量由原來(lái)的 8.974mH降到0.834mH,經(jīng) 實(shí)踐檢驗(yàn)滿足KPSF-35系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)(cr5%, on10%)要求。二、電流斷續(xù)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性以及傳動(dòng)系統(tǒng)的影響1 .電流連續(xù)時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電動(dòng)勢(shì)公式 Ea =Ce：1，nEa直流電動(dòng)機(jī)電樞端電動(dòng)勢(shì)Ce直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)常數(shù) 直流電動(dòng)機(jī)每極下磁通 n 直流電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩勢(shì)公式T 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Ct直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù) Id 直流電動(dòng)機(jī)電樞電流電壓方程Ud = Ea Id RaRa直流電動(dòng)機(jī)電樞

5、電阻機(jī)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(shí)機(jī)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(shí)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)可控整流電路不存在換相，所以可用單回路進(jìn)行等效分析。如三 相全控橋電路，假設(shè) VT1、VT2在t1cot2導(dǎo)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(shí)，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(jī)械特性當(dāng)2 =二十a(chǎn)+6時(shí)，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(dá)式，在某一 a值時(shí)，給出不同的0,可求得對(duì)應(yīng)的n和Id, 繪制出電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性曲線。3.對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及傳動(dòng)系統(tǒng)的影響(1)理想空載轉(zhuǎn)速升高。(2)電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性顯著變軟。(3)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載有很小的擾動(dòng)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很大變化，使原設(shè)計(jì)系統(tǒng)不能達(dá)到動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。(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(duì)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(shí)設(shè)置平波電抗器 Ld設(shè)計(jì)課題：KPSF-35中，要求5%直流電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí)維持電流連續(xù) 電抗器計(jì)算如下：直流電動(dòng)機(jī)電樞電感U 103Ld = Kd 2PnId230 1032 2 1450 152= 1.57mHUn=230V,P=2, 有補(bǔ)償繞組Kd=56,取 6Z82 數(shù)據(jù)：Pn=35KW, In=152A, n=1450r/min,Kd計(jì)算系數(shù)，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī) 變壓器電感0.05 119= 3.9 = 0.153mH152Kd一整流變壓器漏感計(jì)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(dòng)機(jī)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(jì)算系數(shù)，查表Idmin 電動(dòng)機(jī)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(dǎo)電，為此，取2Lb平波電抗器計(jì)算參數(shù)表電路名稱臨界電 感計(jì) 算系 數(shù)K1最大脈 動(dòng)時(shí)的 a值最大脈動(dòng)時(shí)U dM輸出最 低頻率 fd (Hz)整流艾 壓器漏 感計(jì)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(shí)銅耗過(guò)高，體積大，導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)高、體積龐大、 性能價(jià)格比下降。四、“平波電抗器+電流自適應(yīng)” 解決方案采用“平波電抗器+電流自適應(yīng)”方案，在Idmin=20%額定電流時(shí)由平波電抗 器維持電流連續(xù)及限制電流脈動(dòng)，在 Idmin=20%額定電流以下由電流自適應(yīng)環(huán)節(jié) 保證電流連續(xù)時(shí)的數(shù)學(xué)模型，從而在大負(fù)載時(shí)電抗器工作，在輕載時(shí)電流自適應(yīng) 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(jì)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(yīng)環(huán)節(jié)(1)電流連續(xù)時(shí)的電樞回路電流連續(xù)時(shí)由于時(shí)間常數(shù)Ti的存在，從Ud0的突變到Id響應(yīng)不能瞬時(shí)完成 模型是慣性環(huán)節(jié)。電動(dòng)機(jī)樞回路電流連續(xù)時(shí)Udo IdTiS+1R-電流連續(xù)時(shí)電樞回路等效總電阻(2)電流斷續(xù)時(shí)的電樞回路Ud0突變后,電流斷續(xù)時(shí)由于電感對(duì)電流的延緩作用已在一個(gè)波頭內(nèi)結(jié)束, 下一個(gè)波頭的Id也隨電壓變化，相當(dāng)Ti=0,模型是比例環(huán)節(jié)。.動(dòng)機(jī)樞回路電流連續(xù)時(shí) Ud0 -； IdI RR-電流斷續(xù)時(shí)電樞回路等效總電阻(3)電流斷續(xù)時(shí)模

11、型=電流斷續(xù)時(shí)模型1Glt(s) =Ki(1 .)連續(xù)時(shí)設(shè)計(jì)的電流調(diào)節(jié)器 iSGLt(s)黑工= Glt(s)父-=(1+上)黑-設(shè)計(jì)時(shí)取 T=TiRTis 1-is is - 1Glt (s)=Kii Rs1 ，、一 r-電流斷續(xù)時(shí)要求LT是小時(shí)間常數(shù)積分調(diào)節(jié)器/ R、()sR接電流檢測(cè)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(shè)計(jì)的PI的比例常數(shù)V =R2C1 電流斷續(xù)時(shí)積分常數(shù)t=R1C1按電流連續(xù)設(shè)計(jì)的PI的積分時(shí)間常數(shù)因積分時(shí)間常數(shù)很小，所以電流斷續(xù)時(shí)調(diào)節(jié)器近似為小時(shí)間常數(shù)的積分調(diào)節(jié) 器。一 .1即： Glt (s)三一7一-