电流与转速双闭环直流调速系统的设计资料

一、调速系统总体设计

双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器ASR 的输出限

幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限

制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。

由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

图1-1 双闭环调速系统框图

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。这样构成的双闭环直流调速系统。

二、电流、转速调节器的设计

转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图2-1所示：

图2-1 双闭环直流调速系统动态结构图

由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数oi T 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用on T 表示，根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为on T 的给定滤波环节。

系统设计的一般原则是：先内环后外环。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。

2.1电流调节器的设计

1.电流环结构框图的化简

在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即∆E ≈0。这时，电流环如图2-2所示。

图2-2电流环的动态结构框图及其化简（忽略反电动势的动态影响）

忽略反电动势对电流环作用的近似条件是

式中ωc-------电流环开环频率特性的截止频率。

如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s ) /β ，则电流环便等效成单位负反馈系统。

图2-3电流环的动态结构框图及其化简（等效成单位负反馈系统）

最后，由于T s 和 T oi 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为

T ∑i = T s + T oi

查表1得，三相桥式电路的平均失控时间为0.0017s T s =，电流滤波时间常数本设计初始条件已给出，即0.001oi T s =。

电流环小时间常数之和0.0027i s oi T T T s ∑=+=

简化的近似条件为

ci ω≤电流环结构图最终简化成图2-4。

图2-4电流环的动态结构框图及其化简（小惯性环节的近似处理）

2电流调节器结构的选择

根据设计要求：稳态无静差,超调量5%i σ≤，可按典型I 型系统设计电路调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器其传递函数为： 式中 K i — 电流调节器的比例系数；

τi — 电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择τi =T l

则电流环的动态结构图便成为图2-5所示的典型形式，其中

a) b)

图2-5 校正成典型I 型系统的电流环

a) 动态结构图 b) 开环对数幅频特性

电枢回路电磁时间常数 T l =0.0015s 。 检查对电源电压的抗扰性能：0.015 5.560.0027l i T s T s

∑==，参照典型I 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系表2，可知各项指标都是可以接受的。

3.电流调节器的参数计算

电流调节器超前时间常数：0.015i l T s τ==。

电流环开环增益：要求5%i σ≤时，按表3应取ξ=0.707，0.5I i K T ∑=， 因此110.50.5185.1920.0027I ci i i K w s T T s

-∑∑===== ACR 的比例系数为185.190.015 6.5 2.794.8 1.35

I i i s K R K K τβ⨯⨯=

==⨯ 4.检验近似条件 电流环截至频率：1185.19ci I K s ω-==

机电时间常数0.2m T s =

1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件

满足近似条件。

2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

满足近似条件。

3）电流环小时间常数近似处理条件

满足近似条件。

5.计算调节器电阻和电容

含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器如图2-6所示：

其中*i U 为电流给定电压，d I β-为电流负反馈电压，c U 为电力电子变换器的控制电压。

图2-6 含给定滤波与反馈滤波的PI