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带电流截止负反馈的直流调速系统.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.57M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    2011 带 电 流 截 止 负 反 馈 的 直 流 调 速 系 统 实 验 报 告 项目报告组：08 级 33 班实验小组 报告负责人：吕雪霜 联系方式：13708225706
    目录 实验小组人员分工------------------------------------------------------3 实验项目背景------------------------------------------------------------3 实验项目目的------------------------------------------------------------6 实验系统组成及工作原理------------------------------------- -------6 实验工作原理---------------------------------------------------------------------6 实验参数设计---------------------------------------------------------------------7 实验设备及仪器------------------------------------------------------ --8 实验内容------------------------------------------------------------------9 实验步骤及方法---------------------------------------------------------9 开环机械特性的测定------------------------------------------------------------10 闭环静特性的测定---------------------------------------------------------------11 带电流截止负反馈的闭环系统----------------------------------------------11 实验原始数据------------------------------------------------------------15 实验综合评估------------------------------------------------------------18 实验优劣评估------------------------------------------------------------19 四川大学电气信息学院自动化 2
    （一）实验小组人员分工 姓名 学号 职位 分配任务 吕金桐 0843031050 主要操作人 罗仁刚 0843031253 辅助操作人 王琪 0843032009 辅助操作人 吕雪霜 0843031512 数据记录人 刘勋 0843031337 图片采集 朴金学 0843031125 数据处理  实验连线及操作  调节负载电阻变化  实验数据处理  数据误差分析  操控实验面板  汇总实验报告  实验综合评估  记录实验数据  完成实验报告基础部分  检查并校正实验报告  采集示波器上显示图像  整理并处理图像  整理原始数据单  通过 MATLAB 语句  计算数据并获得图像 胡胜南 0843031100 报告校验  报告校误 王垚 0843031151 数据分析  实验环节分析  实验数据分析 （二）实验项目背景：  问题的提出： 众所周知，直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，会产生很大的 冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说，更是 不允许的。采用转速负反馈的单闭环调速系统（不管是比例控制的有静差调速系统，还是比 例积分控制的无静差调速系统），当突然加给定电压 Un*时，由于系统存在的惯性，电动机 不会立即转起来，转速反馈电压 Un 仍为零。因此加在调节器输入端的偏差电压，ΔUn=Un*， 差不多是稳态工作值的（1+K）倍。这时由于放大器和触发驱动装置的惯性都很小，使功率 变换装置的输出电压迅速达到最大值 Udmax，对电动机来说相当于全电压起动，通常是不允 许的。对于要求快速启制动的生产机械，给定信号多半采用突加方式。另外，有些生产机械 的电动机可能会遇到堵转的情况，例如挖土机、轧钢机等，闭环系统特性很硬，若无限流措 施，电流会大大超过允许值。如果依靠过电流继电器或快速熔断器进行限流保护，一过载就 跳闸或烧断迷熔断器，将无法保证系统的正常工作。 四川大学电气信息学院自动化 3
    为了解决反馈控制单闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须设有自 动限制电枢电流的环节。根据反馈控制的基本概念，要维持某个物理量基本不变，只要引入 该物理的负反馈就可以了。所以，引入电流负反馈能够保持电流不变，使它不超过允许值。 但是，电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软，不能满足一般调速系统的要求，电流 负反馈的限流作用只应在起动和堵转时存在，在正常运行时必须去掉，使电流能自由地随 着负载增减。这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。  电流负反馈截止环节： 为了实现截止负反馈，必须在系统中引入电流负反馈截止环节。电流负反馈截止环节 的具体线路有不同形式，但是无论哪种形式，其基本思想都是将电流反馈信号转换成电压信 号，然后去和一个比较电压 Ucom 进行比较。电流负反馈信号的获得可以采用在交流侧的交 流电流检测装置，也可以采用直流侧的直流电流检测装置。最简单的是在电动机电枢回路串 入一个小阻值的电阻 Rs，IdRs 是正比于电流的电压信号，用它去和比较电压 Ucom 进行比较。 当 IdRs>Ucom，电流负反馈信号 Ui 起作用，当 IdRs≤Ucom，电流负反馈信号被截止。比较 电压 Ucom 可以利用独立的电源，在反馈电压 IdRs 和比较电压 Ucom 之间串接一个二极管组 成电流负反馈截止环节，如下图(a)所示；也可以利用稳压管的击穿电压 Ubr 作为比较电压， 组成电流负反馈截止环节，如下图(b)所示，后者线路更为简单。 电流负反馈截止环节：（a）利用独立电源作比较电压 （b）利用稳压管获得比较电压  带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统 下图给出了带电流截止负反馈的转速负反馈调速系统的原理框图。图中控制器采用 PI 调节器，电流反馈信号来自交流电流检测装置，与主电路电流 Id 成正比，反馈系数为β， 临界截止电流为 Idcr，稳压管的击穿电压为 Ubr，于是有 四川大学电气信息学院自动化 4
    带电流截止负反馈的单闭环调速系统  带电流截止负反馈的转速负反馈闭环调速系统的静特性 显然，在 Id≤Idcr 时，系统的转速是无静差的，静特性是平直的（图中的 no-A）段；当 Id>Idcr 时 A，A-B 段的静特性则很陡，静态速降很大。这 种两段式的特性常被称为下垂特性或挖土机特性，因为挖 土机在运行中如果遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下， 这时的电流称为堵转电流 Idbl。电机堵转时，n=o，得 Idbl 应小于电动机的允许最大电流（1.5～2.5）Inom， 另一方面，从正常运行特性 n0-A 这一段看，希望有足够的 运行范围，截止电流 Idcr 应大于电动机的额定电流，例如取 。这些就 是设计电流截止负反馈环节参数的依据。 基于此，我们展开了关于带电流截止负反馈的闭环调速系统分析，希望由此进一步理解 增加电流截止负反馈后调速系统的性能改善。 四川大学电气信息学院自动化 5
    （三）实验项目目的：  了解转速单闭环直流调速系统的组成；  掌握单闭环直流调速系统的调速方法及电流截止负反馈的整定；  加深理解转速负反馈在系统中的作用；  测定晶闸管-电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。 （四）实验系统组成及工作原理：  实验工作原理： 采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。转速单闭环直流调速系统是常用 的一种形式。下图为带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的实验线路图。 ~ VS RP Ui + _ _ _ + Δ +Uct GT _ RP U*n R 0 R 0 L D n F R d T R F + Ud _ + RP _ K U + _ R f + _ 图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路 V 供电，通过与电动机同 轴刚性连接的测速发电机 TG 检测电动机的转速，并经转速反馈环节 FBS 分压后取出合适的 转速反馈信号 Un,此电压与转速给定信号 Un*经转速调节器 ASR 综合调节，ASR 的输出作为 6 四川大学电气信息学院自动化
    移相触发器 GT 的控制电源 Uc，由此组成转速单闭环直流调速系统。图中 DZS 为零速封锁器， 当转速给定电压 Un*和转速反馈电压 Un 均为 0 时，DZS 的输出信号事转速调节器 ASR 锁零， 以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。 在本系统中 ASR 采用比例调节器，属于有静差调速系统，增加 ASR 的比例放大系数即可 提高系统的静特性硬度。为了防止在起动和运行过程中出现过大的电流冲击，系统中引入了 电流截止负反馈。由电流变换器 FBC 取出与电流成正比的电压信号 Ui，当电枢回路电流超 过一定值时，将稳压管 VS 击穿，送出电流反馈信号 Ui 进入 ASR 输入端进行综合，以限止电 流不超过其允许的最大值。改变 Un*即可调节电动机转速。  实验提供的参数： （1）实验对象参数： 直流他励电动机：Unom=220v ， Inom=1.1A ， nomn =1450rpm 电枢回路电阻：Ra=22  （电枢绕组）；RL=12  （平波电感）Rn =12  （整流电源） 另：负载直流发电机一台 （2）控制设备参数： 晶闸管整流电源：Ks=135 调节器：Ro=22 K  ；输入电阻 截止稳压管： Uw=6.9v （3）系统指标参数： ︱U*nm ︱= 7 v ；最大给定电压 Idcr = 1.1Inom ；截止电流 Idblm = 1.4Inom ；最大堵转电流 D = 3 ;s ≤ 10%  设计要求： 采用 P 调节器，设计如下参数： P 调节器反馈电阻 R1 ； 电流截止反馈回路电阻 R2 ； 画出表明实际参量的系统稳态结构图。  系统各项参数： （1） 求解调节器参数： △ n cl  n D nom   1   s s ；静态指标 D、s%确定额定速降 △ n cl  I nom   1   R K Ce K  I Ce R  nom n  △ cl 1 7 四川大学电气信息学院自动化
    ；由额定点静态方程确定系统开环增益 n nom  p * UKK n s  1 Ce   I K nom R n nom Ce k p   I nom R  1 k  UK s  * n ；由额定工作点的闭环静态方程确定调节器比例系数 （2）求解截止电流环参数：  利用 A 点建立含有 R2 的电流方程式;  为建立足以求解的一阶线性无关方程，需要寻找系统最简化的（未知量最少）稳定 工作点； U R * n o  U R ct 1 U im  U w  R 2 （3）当系统工作在截止工作点时： ；系统工作在最大堵转点时，虚地点电流平衡方程  W  U I dcr U W 1.1 I nom ；当 Id = Idcr 时，Ui = Uw （4） 当系统工作在最大堵转工作点时： U im  I dblm  I4.1 nom  ；Id = Idbjm 时，Ui = Uim U ct  U K do s I  dblm K  R s ；堵转时的 Uct  计算所得结果： Kp=1.5 R1= 33 K  R2=6.2 K  （五）实验设备及仪器  主控制屏 MC01  直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组  MC02、MC03 挂箱  双踪示波器、慢扫描示波器  滑线变阻器 四川大学电气信息学院自动化 8
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