小功率有静差直流调速系统实例分析

1小功率有静差直流调速系统实例分析1．系统的技术数据和结构特点1.适用于4KW以下直流电动机的无级调速(调速范围D≤10:1，静差率S≤10%）；为小容量晶闸管直流调速装置。2.电源电压：220V单相交流；输出电压：直流160V，输出最大电流：30A；励磁电压：直流180V，励磁电流为1A。2CW21I2CW92W3K2R3100VD3VD5VD1VD2V5C6100uF/25VV4V3560VD4V2R42.4KC10.047uF100C250uFV1R42.4KC3100uFVD7VD6C4100uF/25VR520KUc移相控制电压VT1VT210W502uF10W502uF/500VRP4100Rc10W1KMLdKDZ-II型直流调速系统线路图~70V~220VRP51002CW21N2W2KRP620K1.5K15KRP15.6KRP35.6KRP21KR76.8KC550uF/25VAVR925W512KM1IRP730~70V12341234KM1KA串联校正+给定电路电压放大KM1KP50-5ZP50-5电流正反馈电压负反馈KA1A红SA50A绿K1~6.3VKM1Us励磁回路RS触发电路电流截止负反馈23.配置Z3系列小型直流他励电动机；主回路采用单相桥式半控整流线路。4.具有电压负反馈、电流正反馈和电流截止负馈环节。组成框图整流回路放大器触发器电压负反馈给定-Ufv+UfiUs电流截止电流正反馈负反馈UdId+电动机M3定性分析11.主电路：A.采用单相桥式半控整流线路（主电路为50A整流元件）。交流输入直接由220V交流电源供电，因电网电压波动±5%，能确保的最大直流电压为：式中，0.9为全波整流系数；0.95为电压降压5%引入系数；B.直流电动机选用：（为使输出电压有较多的调节裕量）。采用额定电压为160V的电机。C.主电路桥臂上的两个二极管，排在一侧，兼有续流二极管的作用；由于晶闸管的阴极不连接,脉冲变压器两个二次绕组间会有×220V的峰值电压，对脉冲变压器二次绕组间绝缘要求提高。定性分析2D.平波电抗器Ld及并联的电阻Ｒ：Ld是限制电流脉动，使电流连续，改善换向条件，减少电枢损耗。Ｒ可避免触发电路触发功率小使晶闸管不能可靠触发导通，同时减小电抗器产生的过电压。Ｅ．Ｒ９：能耗制动电阻（两只２５Ｗ、５１Ω线绕电阻器并联）；ＲＳ：电流表分流器。ＲＣ阻容吸收电路：吸收浪涌电压。Ｆ．ＳＡ：手动转换开关（起动用）；ＫＭ：主电路接触器；主回路保护用熔断器容量为５０Ａ。Ｇ．欠电流继电器ＫＡ：防止失磁造成“飞车”事故。定性分析3２．触发电路VVUd18895.09.02204采用由单结晶体管Ｖ３构成的张驰振荡电路，以放大管Ｖ２控制电容Ｃ１的充电电流。Ｖ５为功放管；Ｔ为脉冲变压器；ＶＤ５为隔离二极管，可增加触发脉冲前沿陡度，并阻挡Ｃ６上的电压影响Ｖ３同步。３．放大电路由晶体管Ｖ1和电阻R4、R5构成的放大器为电压放大电路。信号在V1基极综合。VD6、VD7构成正反向限幅电路。ＶＤ4为隔离二极管以隔离电容C4对同步电压的影响。4．控制电路（１）反馈量的选择ＴＬ增加时，与转速n降低相对的是电压Ｕd的降低和电流Ｉd的上升，因此，可间接用电压负反馈和电流正反馈环节替代转速负反馈。定性分析4（1）反馈量的选择说明负载变动，造成转速变化时，调速系统内有关参量的变化情况图上图式中：Id──整流电流平均值[Id=Ia（电枢电流平均值）]；Ud──整流装置空载输出电压的平均值；Ua──电动机电枢电压的平均值；Rx──整流装置等效内阻；Ra──电枢电阻；nKEeREUdId0IdRUdUd0当TL↑n↓E↓Id↑Ud↓5R∑──电枢回路总等效电阻；R∑=Rx+Ra；Ud=Ua+IdRx=E+IdRa+IdRx=E+IdR∑及Ua=E+IdRa定性分析5（1）控制信号的综合V1R42.4KC3100uFRcMRP5100RP620K1.5K15KRP35.6KRP21KR76.8KC550uF/25V校电流正反馈电Us反负压馈电压正环节V1给定IdUfvUfi++---+++++-R7R4UsUfvUfi控制信号的综合与控制作用（U=Us-Ufv+Ufi）6（1）电流截止保护电路一）电路中各元件作用：１）Ｖ４、ＲＰ４、２ＣＷ９：构成电流截止负反馈环节。２）２ＣＷ９、ＲＰ４：整定截止电流ＩＢ。３）电容C2作用：使电流截止负反馈信号成为较为平稳的信号。４）Ｖ４集电极所串二极管作用：防止电枢冲击电流击穿Ｖ４bc集电结。二）电流截止负反馈的作用：实现如右“挖土机”机械特性。2CW9V4C1R4C2RP4RcUsIdU'Iciv4ibi7抗干扰、消振荡环节：R7、C3、C5构成相位滞后-超前串联校正。抗干扰、消除振荡。兼顾稳定与快速性两方面的要求。系统的自动调节过程如下图所示：当负载增加后，通过电流正反馈和电压负反馈，使调速系统的转速降Δn将明显减小，机械特性将得到明显改善。如下页闭环调速系统机械特性。noIdIIIm调速系统的挖土机机械特性BNab额定电流流流电电截止堵转n08闭环调速系统机械特性同理，当电流超过截止值时，依靠电流截止负反馈的调节作用，一方面限制过大电流，另一方面实现下垂的机械特性，如前所述“挖土机”机械特性。总结：nUoId(T)d1Ud2Ud3Id1Id2Id3()()()T1T2T3abcd开环特性闭环特性负反馈环节对调速系统机械特性的影响TL↑→n↓→Id↑→Te↑→Ufi↑↑→ΔU↑↑ΔUc↑↑Ud0↑↑Id↑↑Te↑→IdRx↑→Ud↓→Ufv↓(Ud=Ud0-IdRx)(Ufv=rUd)(ΔU=Us-Ufv+Ufi)(Ufi=βId)↑电动机内部调节过程电压负反馈环节和电流正反馈环节对转矩和转速的补偿作用直至Te=T时为止L电压负反馈和电流正反馈环节对调速系统的补偿作用9１）具有电压负反馈的系统，实质上是一个恒压系统，电流正反馈实质是一种负载扰动量的前馈补偿；２）与转速负反馈调速系统一样，转速降的补偿也是依靠偏差电压ΔＵ的变化来进行调节的，因此是有静差调速系12