維修電工高級技師論文

..頁腳.職業(yè)技能鑒定高級技師論文論文題目：電流自適應與平波電抗器在KPSF-35傳動用自動控制系統(tǒng)中的組合應用電流自適應與平波電抗器在KPSF-35傳動用自動控制系統(tǒng)中的組合應用 [關鍵詞]傳動系統(tǒng)平波電抗器電流自適應[摘要]： 傳動用自控系統(tǒng)設計，傳統(tǒng)的設計是采用平波電抗器維持電流連續(xù)來維持電流連續(xù)和限制電流脈動，以此來確?？刂茖ο蟮墓ぷ?，但此種設計造成系統(tǒng)銅耗較多、系統(tǒng)體積龐大笨重。電流自適應也可解決問題但效果欠佳，本設計采用“電流自適應與平波電抗器組合應用”的解決方案，充分利用了各自的優(yōu)點，既降低了銅耗又最大限度滿足了系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)要求，提高了系統(tǒng)的性能價格比。一、概述 在要求較高的傳動用自動控制系統(tǒng)設計中，被控制對象通常是他勵直流電動機，控制上采用電流、轉速雙閉環(huán)滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求和靜態(tài)要求。可控電源作為執(zhí)行部件，為使控制對象直流電動機運行特性滿足要求，必須保證其電流連續(xù)，傳統(tǒng)的設計采用平波電抗器來維持電流連續(xù)和限制電流脈動。設計平波電抗器時，一般系統(tǒng)理論上電流連續(xù)的臨界點在5%額定電流，5%額定電流以下電流仍為斷續(xù)區(qū)，若系統(tǒng)要求更高，平波電抗器電感量還要加大。因為電抗器電感量較大，造成系統(tǒng)體積龐大笨重，又因銅耗較多，使性能價格比下降，同時在輕微負載時仍不能保證電流連續(xù)。 從系統(tǒng)設計的角度和經典控制論的看，電流連續(xù)與斷續(xù)僅僅是電流環(huán)數(shù)學模型的不同，系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)模型均沒有改變。為此，只需要在電流斷續(xù)時將電流環(huán)數(shù)學模型與電流連續(xù)時數(shù)學模型保持一致即可解決電流斷續(xù)的問題，即引入電流自適應環(huán)節(jié)，采用電流自適應環(huán)節(jié)，理論上可達到使用平波電抗器時的數(shù)學模型，從而達到原設計要求滿足動態(tài)指標。但實際上只是近似，實驗證明，電流斷續(xù)檢測器LDJ的投入不可能達到理想化，整流輸出平均電壓—整流輸出平均電流之間的數(shù)學模型，也只能近似與電流連續(xù)時相等，調節(jié)器小參數(shù)的改變和忽略對系統(tǒng)還是有一定影響。 考慮被控制對象對電流連續(xù)及電流脈動的要求，充分利用平波電抗器的優(yōu)點、電流自適應環(huán)節(jié)的優(yōu)點，進行優(yōu)化組合組成“平波電抗器+電流自適應”方案。 本次設計在20%額定電流以上采用平波電抗器維持電流連續(xù)，20%額定電流以下采用電流自適應，平波電抗器電感量由原來的8.974mH降到0.834mH，經實踐檢驗滿足KPSF-35系統(tǒng)的動態(tài)響應指標（σi≤5%，σn≤10%）要求。二、電流斷續(xù)對直流電動機的機械特性以及傳動系統(tǒng)的影響1．電流連續(xù)時直流電動機的機械特性 電動勢公式 Ea——直流電動機電樞端電動勢 Ce——直流電動機的電勢常數(shù) Ф——直流電動機每極下磁通 n——直流電動機軸上轉速 轉矩勢公式 T——直流電動機的電磁轉矩 CT——直流電動機的轉矩常數(shù) Id——直流電動機電樞電流 電壓方程 Ra——直流電動機電樞電阻 機械特性 將可控整流輸出的一般形式 代入上式 電流連續(xù)時機械特性為 R—電樞回路總電阻曲線n（r/min）n0α1Δnα2α3α40Id（A）2．電流斷續(xù)時直流電動機的機械特性 電流斷續(xù)時可控整流電路不存在換相，所以可用單回路進行等效分析。如三相全控橋電路，假設VT1、VT2在ωt1~ωt2導通，等效電路如圖所示uuVT1idLdEaMuWVT2 回路電壓方程 解微分方程得回路電流 初始條件： 電樞電流平均值 機械特性 當代入回路電流方程 根據Id、n表達式，在某一α值時，給出不同的Θ，可求得對應的n和Id，繪制出電流斷續(xù)時機械特性曲線。 n（r/min）n0‘n0α1α2α3α40Id（A）3．對直流電動機的機械特性及傳動系統(tǒng)的影響(1)理想空載轉速升高。 (2)電流斷續(xù)時電動機機械特性顯著變軟。 (3)導致電動機軸上負載有很小的擾動會引起電動機轉速很大變化，使原設 計系統(tǒng)不能達到動態(tài)及穩(wěn)態(tài)指標。 (4)整流裝置外特性變陡，等效內阻大大增加，使電流環(huán)調節(jié)對象總放大倍數(shù)大大降低。三、常規(guī)解決辦法 通常的解決方法是按5%額定電流連續(xù)時設置平波電抗器Ld設計課題：KPSF-35中，要求5%直流電動機額定電流時維持電流連續(xù)。電抗器計算如下：直流電動機電樞電感 Z—82數(shù)據：PN=35KW，UN=230V，IN=152A，P=2，n=1450r/min，有補償繞組KD—計算系數(shù)，有補償電動機KD=5~6，取6 變壓器電感 KD—整流變壓器漏感計算系數(shù)，查表3.9Udl—變壓器短路電壓比，100KVA以下取Udl=0.05，容量越大，Udl越大（最大為0.1） U2Ф—變壓器副邊相電壓 Id—電動機額定電流回路臨界電感 K1—臨界電感計算系數(shù)，查表 Idmin—電動機最小電流，一般取Idmin=5%IN 因三相橋式電路變壓器兩相繞組串聯(lián)導電，為此，取2L 平波電抗器計算參數(shù)表電路名稱臨界電感計算系數(shù)K1最大脈動時的α值最大脈動時輸出最低頻率fd（Hz）整流變壓器漏感計算系數(shù)KB單相全控橋三相半波三相全控橋帶平衡電抗器雙反星形2.871.460.6930.348909090901.20.880.460.461001503003003.186.753.911平波電抗器電感 由于平波電抗器電感量大時銅耗過高，體積大，導致設備造價高、體積龐大、性能價格比下降。四、“平波電抗器+電流自適應”解決方案采用“平波電抗器+電流自適應”方案，在Idmin=20%額定電流時由平波電抗器維持電流連續(xù)及限制電流脈動，在Idmin=20%額定電流以下由電流自適應環(huán)節(jié)保證電流連續(xù)時的數(shù)學模型，從而在大負載時電抗器工作，在輕載時電流自適應環(huán)節(jié)介入，既滿足了高控制要求，又節(jié)省大部分銅耗開支。具體如下 1．平波電抗器計算 2．電流自適應環(huán)節(jié) （1）電流連續(xù)時的電樞回路電流連續(xù)時由于時間常數(shù)Ti的存在，從Ud0的突變到Id響應不能瞬時完成模型是慣性環(huán)節(jié)。電動機樞回路 電流連續(xù)時Ud0Id R—電流連續(xù)時電樞回路等效總電阻 （2）電流斷續(xù)時的電樞回路 電流斷續(xù)時由于電感對電流的延緩作用已在一個波頭內結束，Ud0突變后，下一個波頭的Id也隨電壓變化，相當Ti=0，模型是比例環(huán)節(jié)。電動機樞回路 電流連續(xù)時Ud0Id R'—電流斷續(xù)時電樞回路等效總電阻 （3）電流斷續(xù)時模型=電流斷續(xù)時模型 ——連續(xù)時設計的電流調節(jié)器設計時取τi=Ti 電流斷續(xù)時要求LT是小時間常數(shù)積分調節(jié)器 （4）實用電路R1C1ugiR0uKLTLT—電流連續(xù)時電流調節(jié)器20KD1R2－1.5M20K20KD20KLDJTGS＋LDJ—電流斷續(xù)檢測器接電流檢測 選R2《R1，則 ——按電流連續(xù)設計的PI的比例常數(shù) τi’=R2C1—— τi=R1C1—— 因積分時間常數(shù)很小，所以電流斷續(xù)時調節(jié)器近似為小時間