維修電工高級(jí)技師論文

-.z.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KPSF-35傳動(dòng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)中的組合應(yīng)用電流自適應(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)來維持電流連續(xù)和限制電流脈動(dòng)，以此來確?？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。可控電源作為執(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)，假設(shè)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)，理論上可到達(dá)使用平波電抗器時(shí)的數(shù)學(xué)模型，從而到達(dá)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的投入不可能到達(dá)理想化，整流輸出平均電壓—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)展優(yōu)化組合組成"平波電抗器+電流自適應(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)〔σi≤5%，σn≤10%〕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——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)Ф——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 Ra——直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻 機(jī)械特性 將可控整流輸出的一般形式代入上式 電流連續(xù)時(shí)機(jī)械特性為 R—電樞回路總電阻曲線n〔r/min〕n0α1Δnα2α3α40Id〔A〕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)展等效分析。如三相全控橋電路，假設(shè)VT1、VT2在ωt1~ωt2導(dǎo)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(jī)械特性 當(dāng)代入回路電流方程根據(jù)Id、n表達(dá)式，在*一α值時(shí)，給出不同的Θ，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。 n〔r/min〕n0‘n0α1α2α3α40Id〔A〕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)不能到達(dá)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)象總放大倍數(shù)大大降低。三、常規(guī)解決方法 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 Z—82數(shù)據(jù)：PN=35KW，UN=230V，IN=152A，P=2，n=1450r/min，有補(bǔ)償繞組KD—計(jì)算系數(shù)，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)KD=5~6，取6 變壓器電感KD—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=0.05，容量越大，Udl越大〔最大為0.1〕 U2Ф—變壓器副邊相電壓 Id—電動(dòng)機(jī)額定電流回路臨界電感 K1—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%IN 因三相橋式電路變壓器兩相繞組串聯(lián)導(dǎo)電，為此，取2L 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α值最大脈動(dòng)時(shí)輸出最低頻率fd〔Hz〕整流變壓器漏感計(jì)算系數(shù)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(shí)銅耗過高，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)省大局部銅耗開支。具體如下 1．平波電抗器計(jì)算 2．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)Ud0Id R—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)完畢，Ud0突變后，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)。電動(dòng)機(jī)樞回路電流連續(xù)時(shí)Ud0Id R'—電流斷續(xù)時(shí)電樞回路等效總電阻〔3〕電流斷續(xù)時(shí)模型=電流斷續(xù)時(shí)模型——連續(xù)時(shí)設(shè)計(jì)的電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí)取τi=Ti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 〔4〕實(shí)用電路R1C1ugiR0uKLTLT—電流連續(xù)時(shí)電流調(diào)節(jié)器20KD1R2－1.5M20K20KD20KLDJTGS＋LDJ—電流斷續(xù)檢測(cè)器接電流檢測(cè) 選R2"R1，則——按電流連續(xù)設(shè)計(jì)的PI的比例常數(shù)τi’=R2C1——τi=R1C1—— 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)