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双闭环串级调速系统的工程法设计.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.14M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    并让4卷第i期 1992年 3月 西安冶金建筑学院学报 J．Xi／an Inst．of Metal1．＆Cons．Eng． VOI．24 No．I Mar． 1992 双闭环串级调速系统的工程法设计 王福庆 (自动控制系】 摘 要本文根据双闭环串级调速系统的数学模型，按照工程设计的方法，在转差率 为O—I范围内，分别对电流调节器和速度调节器的PI参数进行了计算，其参数和动奄性 能指标受转差率 的影响很小，适应较宽的调速范围．本文举出了一十设计实例．并提出 参数测量的实验方法． 关键词串级调速；调节器；侍递函数；参数／转差率 中图分类号TM 921．53 绕线式异步电动机采用转速、电流双闭环串级调速是高质量的调速系统，如何根据 申级调速系统的数学模型按 准则进行系统动态设计．获得与直流电动机调速系 统相媲美的性能指标，是本文的核心所在．本文通过对1．7kW的异步电动机的工程法 计算．可以得到性能指标与转差率 基本无关的结论． 。 1 双闭环串级调速系统的组成及数学模型 双闭环串级调速系统的组成如图1所示．本系统采用sT、LT调节器组成的双闭环 调速系统的控制回路．为了解决静、动态性能·两个调节器均采用带T型网络的PI调 节器． 本系统采用由晶闸管 三相桥式逆变器和硅二极 管三相桥式整流器组成的 串级调速主回路．为了维 持电流连续和限制电流脉 动率，主回路串有滤波电 抗器．为了保证逆变器正 常工作．采用单独的逆变 图1双闭环串级调速系统组成 变压器，按△／Y接法，以消除三的倍数次谐波对电网和电机的不良影喻． 本文收到日期：199 1 I．08 维普资讯 http://www.cqvip.com
    第1期 王福庚：双 环串级调速系统的工程法设计 105 本系统反馈回 路由电流和速度反 馈组成，其中电流 反馈信号由交流互 感器经三相整流桥 整流取得，速度反 馈信号由直流测速 发电机取得． 根据图1．由文献(23、(3] 示． 囤2双闭环串鹱调速系兢动态结构图 所建立的双闭环串级调逮系统的数学模型如图2所 图中 U d。=1．35E ——异步机转子开路时的整流电势，其中E 为异步机转子开路 时线电压有效值： K =Ud。／n ——异步机的电势常数．其中n =60 ／p为异步机的同步转速； ： ( do一 )——经线性化的转矩系数．其中 。为折算至整流器 1 直流侧等效漏抗， 为折算至整流器直流侧的负载电流·其值为 =√i ：： ．，。： 譬——异步机及负载的转动惯量．GD 为异步机及负载的飞轮惯量； ‘ = X-Ix 4- D+ t 4- j——直流回路总电阻．其中 为转差率， D为折 算至直流侧的转子电阻， 为平波电抗器电阻值， 。为逆变器的等效内阻； = ——电磁时问常数，其中工 为平波电抗器的电感值： K ——逆变器放大系数；Ts——逆变器的滞后时间： 。I_一速度反馈系数； ——电流反馈系数； 。：——分别为电流反馈和速度反馈滤波时间常数，其值均为5 x 10-’s． 2双闭环串级调速系统的动态参数测定 2,1晶闸管逆变器放大系数墨及内阻R的测定 测试线路如图3所示．将逆变器置于整舡作状态．输出接阻感负载． 1 2,1．1逆变器放大系数置。的测试 ， 改变u 的大小，用直流电压表记录u 随 的变化值，其结果如表1所示． 维普资讯 http://www.cqvip.com
    106 西安冶金建筑学院学报 第24巷 计算工作范围的平均放大系 。为： 。 ： 一62_7 ‘ H 5 表1 随 的变化值 + 2．1．2逆变器内阻 ．的测试 固定 (例如lV)不变，改变变阻器 值， 用直流电崭e表和直流电压表记录 瞰 的变化 值．其结果如表2所示． 计算逆变器的平均内阻R：为： ：： 旦 _1_l7 n 图3测逆变器放大系数和内阻Ri线路 表2玑随 的变化值 t 2．2异步电动机的参数测定 三相异步电动机铭牌参数为： =I．7kW，H =905r／min．转子电压 点 =17IV，转子电流厶；7．4A，定子线电压380V，定子电流4．94A．极对数p=3． 2．2．1异步电动机每相电阻及漏抗的测定 考虑到由空载实验测得的激磁阻抗Z 远比短路电抗 大．故测试异步机每相电 阻及漏抗时仅作短路实验，测试线路如图4所示．将转子三相短接，并使其堵转，取与 额定电流所对应的短路阻抗Z 和短路电阻 值，测试结果并经计算得如下数据： 折合到75"C时的每相短路电阻和漏抗为： 图4测试异步机每相电阻和漏抗的线路图 =， 23 4j．5 +75=9．43n，Xk=√ 乏_==． =、／ 二 =l0．2n 折合到转子侧的每相电阻和漏抗分别为： 毒= n一 睾一 tn ^ ■ C● 脾似 5 维普资讯 http://www.cqvip.com
    第1期 王福庆：双闭 107 换算到直流侧的等效埽抗 。为： 一 Xrj t 2S(nI ， 由 引起的换向重迭角，为： 一 c·一 。s-1(1- × 换算到直流侧的等效电阻。为： 。_3(√；√t一 -3(x／~j 32．6~)z×1． s n 2．2．2异步电动机飞轮惯量GD 的测定 测试线路如图5所示． 合上电源和闸刀K，起动电机，达匀速后记下此时的转速_o(约980r／mjn)，拉开 K，记下空载电流Iz．(约0．75A),然后切断电源。用秒表记下停车时间f(约Z0s)，则 飞轮惯萤GD 为： ∞ 2．2-3异步电动机参数 囤5洲试飞轮惯量GD 线路 接照图2文字符号说明，将已知参数代入．可得异步电动机参数为： KE一0．23(V／r·rain一 )．KM一9．55×10一 (230．85—34．6 )(N·m／A) r 一 (s)．取 =0一l范围时．则 =2．2—1_87 rd=(2o．5--14．6)×10一’(s)变化．当 M=2时，GD 一6．9(N-Yri ) TG=18．4×10一 (N-m·s／r·min一 )． 3 ／T、ST调节器参数的工程法设计 设系统给出的动态指标为： ％≤10％T。
    108 西安冶金建筑学院学报 第24卷 3．1电流谭节器参数计算 设sT输出限幅值c， =6V一负辩电流最大值，dm一15A 则电流反馈系数 口 了 。· (v／A) 口 由图2经化简可得电流环动态结构如图6所示． 图6 电流环动态结构斟 电流环小时间常数TD= 。+ =(1．7+5)x 10_。=6．7 x 10_。 从有利于电 流环稳定出发．电流环按典型的I。型系统设计． 取 fi=rd'KI=j≠一 盯f％=4．3％， =0．707) 酌 ：鲁。 可见K 与直流回路总电阻R无关，即KI与转差率 无关，说明T 与R自身随 转速 改变有互相补髅的特性· 由 式可得LT调节器的比例系势 。为： 杀 一o。 电流调节器的参数为： Rj 6kn，Ci=页-_d 3·4．一2·和F，c 1 F 表明电容C；在 为0--1范围内在3．4—2．4#F变化，据文献[1】影响典型I型系统动态 性能指标的参数关系是 I D，由于K|TD与转差率 无关，且为常数·其动孝睫能 指标基本不受S的影响，考虑到LT调节器的积分电容C 在实际系统的效果，当系统 运行在 < 时，应选择相应大一点的电容值，当系统运行在 时一应 选择相应小一点的电容也 3．2速度调节器参数计算 设额定转速n =905r／rain时给定电压U 一6V-则速度反馈系数 =6．6 x 1o一 (V／r·min-1)．整个电流环的等效传递函数为 ，用等效传递 维普资讯 http://www.cqvip.com
    第-期 兰 垦： 望 兰璺 苎至塾堕三兰! !苎 五 鬲磊 藉面经化简后如图7所示． 函数表示电流环后．速度环动态结构I訇经化简眉如图 朋不。 109 157速度环动态结构图 索萼 常 纛 ： 求，且希望无静差，速度环按典型Ⅱ型系统设计·取甲强冤 州 。 、 分时间常数 n为： ．一 ；×1’8．4 x 1。一 ：92×10-a(s)hT 5 18．4 {n × 10 速度环开环增益 为： h+l# 又圆 鲁 5+1 ；354 所以sT调节器的比铡系第 为： 一 ；3—54 x 92 x lO-s x O．．,4 x l S．4 x lO-~一 sT调节器的参数为： 丑 =360kf~一c 10．26／aF-c 。 采取以上参数，sT调节器退饱和超调 ％为： ％： ：—81．2％—~Z 式中基 一2 x 所以 调节时间r。为 T口 t q+tt 18．4 x l0一 1 8．4 x 2×15—60 d ％：—81．2葡％~_60=5．4％ +8．STEi 生加 — ．一． a—H ，一 样 僦 Ⅲ黯 麓 维普资讯 http://www.cqvip.com
    ll0 西安冶金建筑学豌学报 第24卷 即．r。／K =9．3×10一，故速度调节器参数和动态性能指标是一个与转差率 无关 的函数． 4结 论 (1)双闭环串级调速系统按 皿j 准则设计sT LT调节器参数，尽管串级调速系 统中异步电动机的参效 、 是转差率S的函数．在转差率S为0—1范围内。通过理 论分析和计算，其pI参数和性能指标受转差率 的影响很小，所以在综合非定常的双 闭环串级调速系统时，完全可以用工程法进行设计。 (2)双闭环串级调速系统按 准则设计，其性能指标通过计算和实际实验，可 以与3kW的直流调速系统的性能指标相媲美，其超调量均能达到5％，调节时间均能 达到小于ls的要求． 参考文献 陈伯时主编．自动控制系统．北京：机械工业出版社．198 1．169--204 佟纯厚主编．近代交流调速．北京：冶金工业出版社．1985．2i7—238 刘竞成主编．交流谓速系统．上海：上海交通大学出版社．1984．34—58 扬兴瑶．电动机谓速的原理及系统．北京：水利电力出版社，1979．404--416 赵昌颖，孙泽昌．串级讽速系统闭环控制结构及动特性分析与综合．电气传讥198l，(3)：1 An Engineering Design for the Cascaded Speed Adjustment System of Double Closed Loop Wang Fuqing (Department of Automatic Contro]) Abstract l0 Based on the mathematic model of the cascaded speed adjustment system of double dosed loop and througth application of engineering design method for the system，the PI parameters of current regulator and speed regulator are calculated separately。when tl1e value of the slip S variates from 0 to 1．It iS shown that the effect of slip on the paramefors and the dynamic performance indexes of the system is very little．So i may be applied to a wide range of speed contro1．A practical design example of the system is dis- CUSScd．The test methods f0r measuring parameters of the system are also presented． Key words：cascade speed control，regulators Ironsfer nction，parameters／slip 维普资讯 http://www.cqvip.com
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