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      2013-05

      雙閉環直流調速模塊的原理及應用

      發布時間: : 2013-05--27
      一、前言:  晶閘管直流傳動70年代前后在我國得到大力的推廣和應用,經過30多年的發展歷史,還停留在分立器件的基礎上,體積大,接線復雜,使用極不方便而且價格昂貴。我公司開發的雙閉環直流調速模塊,本著集成和使用方便的原則將直流調速系統模塊化。先進的工藝流程和高性能的電路設計大大提高了模塊的使用壽命和可靠性,而且性價比很高,為直流調速領域增添了新的活力?! 《?、模塊內部的電路構成  本模塊內含功率晶閘管、移相控制電路、轉速電流雙閉環調速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護電路,其方框圖見圖1。圖1圖2  (一)功率晶閘管完成變流及功率調整,采用進口方形芯片、高級芯片支撐板,經特殊燒結工藝,保證焊接層無空洞,使用DCB板及其它高級導熱絕緣材料,導熱性能好,基板不帶電,使用安全可靠。熱循環次數超過國家標準近10倍,具有很長的使用壽命?! ?二)積分環節可實現直流電機軟起動,并且起動時間可調,設計時給用戶預留兩個端口,其連接如圖6,調節兩個電位器,可改變積分時間長短,從而達到改變電機起動時間的目的。積分環節適用于起動過渡過程平穩的場合,如高爐卷揚機、礦井提升機、冷熱連軋機等。當輸入為階躍信號時,通過給定積分器變換成有一定斜率的線性漸變輸出信號,作為速度調節器的給定輸入,給定積分器的穩定輸出即為電機的速度給定,給定積分器輸出的變化斜率即為電機的加速度,其啟動電流波形圖見圖2。如果用戶要求在負載一定的條件下,電機以最大的等加速度起動,可把積分環節去掉,模塊留出兩個端口作為電流環和速度環的輸出限幅(如圖6),調節電流環的輸出限幅,改變電機的最大起動電流,獲得理想的過渡過程。其起動電流波形圖見圖3?! ?三)轉速電流雙閉環電路速度調節及抗負載和電網擾動,采用雙PI調節器,可獲得良好的動靜態效果。設計過程采用“二階最佳”參數設計法設計,結合系統動靜態效果選擇最佳參數。從抑制超調的觀點出發,電流環校正成典型I型系統。為使系統在階躍擾動時無穩態誤差,并具有較好的抗擾性能,速度環設計成典型II型系統?! 韧猸h對數幅頻特性的比較,圖4畫出了電流環和轉速環的開環對數幅頻特性:圖3圖4  從上圖可以看出,圖中轉折頻率和截止頻率點一個比一個小,這是一個必然的規律。這樣設計的雙環系統,外環總比內環慢。一般來說,調整過程一般是先外環后內環,電流環要想提高系統的動態效果,可增大電流環阻容端的電阻,但要減小電容,其關系是C1*0.03/R1。速度環要想提高動態效果,從典型II型系統的各項指標中得出,它的動態效果是一個中間的參數,需要反復調試,增大電阻R2可提高系統的穩態精度,相應的減小電阻可獲得良好的動態效果,具體情況可根據用戶的系統參數要求調節,其關系是C20..87/R2(電流超調量<=5),模塊設計過程留出四個端口(其聯接如圖6),作為速度環和電流環的阻容端,用戶可根據實際情況調節?! ?四)電流反饋采用國外進口霍爾傳感器,并置于模塊內部。主要完成電流信號的取樣,具有極高的線性度,簡化了系統的外圍器件?! ?五)保護電路模塊內部設置過流和缺相保護電路,保證了電機的安全運行,而且留出一個端口作為過流保護給定信號輸入(其聯接如圖6),用戶可以根據自己設備的過載能力調節,更加突出了本模塊的使用靈活性?! ∪?、模塊的應用  電流轉速雙閉環調速電路,因其具有極高的調速范圍、很好的動靜態性能及抗擾性能,在調速領域得到廣泛的應用?! ”灸K以應用到造紙、擠塑、印染及其他直流調速領域,效果很好?! 嶒灄l件:模塊為MSZ—ZLTS—400,直流電動機:Ued=220V,Ied=41A,Ned=1500r/min,允許過載倍數為1.5?! 嶒灲Y果:速度超調量Vp<5%,電流超調量Ip<0.5%,調整時間Ts<0.5S,振蕩次數H<=2,轉速穩定度Vb<=0.02,轉速穩定度Vs<0.5%(如圖5)圖5圖6  四、結束語本系統設計成模塊的形式:集成度高,體積小,接線方便,調節簡單,運行安全可靠,并且具有通用性,即同一種模塊參數相同,使用非常方便。
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