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2013-05

双闭环直流调速模块的原理及应用

发布时间: : 2013-05--27
一、前言:  晶闸管直流传动70年代前后在我国得到大力的推广和应用,经过30多年的发展历史,还停留在分立器件的基础上,体积大,接线复杂,使用极不方便而且价格昂贵。我公司开发的双闭环直流调速模块,本着集成和使用方便的原则将直流调速系统模块化。先进的工艺流程和高性能的电路设计大大提高了模块的使用寿命和可靠性,而且性价比很高,为直流调速领域增添了新的活力。  二、模块内部的电路构成  本模块内含功率晶闸管、移相控制电路、转速电流双闭环调速电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路,其方框图见图1。图1图2  (一)功率晶闸管完成变流及功率调整,采用进口方形芯片、高级芯片支撑板,经特殊烧结工艺,保证焊接层无空洞,使用DCB板及其它高级导热绝缘材料,导热性能好,基板不带电,使用安全可靠。热循环次数超过国家标准近10倍,具有很长的使用寿命。  (二)积分环节可实现直流电机软起动,并且起动时间可调,设计时给用户预留两个端口,其连接如图6,调节两个电位器,可改变积分时间长短,从而达到改变电机起动时间的目的。积分环节适用于起动过渡过程平稳的场合,如高炉卷扬机、矿井提升机、冷热连轧机等。当输入为阶跃信号时,通过给定积分器变换成有一定斜率的线性渐变输出信号,作为速度调节器的给定输入,给定积分器的稳定输出即为电机的速度给定,给定积分器输出的变化斜率即为电机的加速度,其启动电流波形图见图2。如果用户要求在负载一定的条件下,电机以最大的等加速度起动,可把积分环节去掉,模块留出两个端口作为电流环和速度环的输出限幅(如图6),调节电流环的输出限幅,改变电机的最大起动电流,获得理想的过渡过程。其起动电流波形图见图3。  (三)转速电流双闭环电路速度调节及抗负载和电网扰动,采用双PI调节器,可获得良好的动静态效果。设计过程采用“二阶最佳”参数设计法设计,结合系统动静态效果选择最佳参数。从抑制超调的观点出发,电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差,并具有较好的抗扰性能,速度环设计成典型II型系统。  内外环对数幅频特性的比较,图4画出了电流环和转速环的开环对数幅频特性:图3图4  从上图可以看出,图中转折频率和截止频率点一个比一个小,这是一个必然的规律。这样设计的双环系统,外环总比内环慢。一般来说,调整过程一般是先外环后内环,电流环要想提高系统的动态效果,可增大电流环阻容端的电阻,但要减小电容,其关系是C1*0.03/R1。速度环要想提高动态效果,从典型II型系统的各项指标中得出,它的动态效果是一个中间的参数,需要反复调试,增大电阻R2可提高系统的稳态精度,相应的减小电阻可获得良好的动态效果,具体情况可根据用户的系统参数要求调节,其关系是C20..87/R2(电流超调量<=5),模块设计过程留出四个端口(其联接如图6),作为速度环和电流环的阻容端,用户可根据实际情况调节。  (四)电流反馈采用国外进口霍尔传感器,并置于模块内部。主要完成电流信号的取样,具有极高的线性度,简化了系统的外围器件。  (五)保护电路模块内部设置过流和缺相保护电路,保证了电机的安全运行,而且留出一个端口作为过流保护给定信号输入(其联接如图6),用户可以根据自己设备的过载能力调节,更加突出了本模块的使用灵活性。  三、模块的应用  电流转速双闭环调速电路,因其具有极高的调速范围、很好的动静态性能及抗扰性能,在调速领域得到广泛的应用。  本模块以应用到造纸、挤塑、印染及其他直流调速领域,效果很好。  实验条件:模块为MSZ—ZLTS—400,直流电动机:Ued=220V,Ied=41A,Ned=1500r/min,允许过载倍数为1.5。  实验结果:速度超调量Vp<5%,电流超调量Ip<0.5%,调整时间Ts<0.5S,振荡次数H<=2,转速稳定度Vb<=0.02,转速稳定度Vs<0.5%(如图5)图5图6  四、结束语本系统设计成模块的形式:集成度高,体积小,接线方便,调节简单,运行安全可靠,并且具有通用性,即同一种模块参数相同,使用非常方便。
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