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    1. 雙閉環(huán)直流調(diào)速模塊的原理及應(yīng)用

      時(shí)間: 2013-05-27 瀏覽數(shù): 0

        一、前言:

        晶閘管直流傳動(dòng)70年代前后在我國(guó)得到大力的推廣和應(yīng)用,經(jīng)過30多年的發(fā)展歷史,還停留在分立器件的基礎(chǔ)上,體積大,接線復(fù)雜,使用極不方便而且價(jià)格昂貴。我公司開發(fā)的雙閉環(huán)直流調(diào)速模塊,本著集成和使用方便的原則將直流調(diào)速系統(tǒng)模塊化。先進(jìn)的工藝流程和高性能的電路設(shè)計(jì)大大提高了模塊的使用壽命和可靠性,而且性價(jià)比很高,為直流調(diào)速領(lǐng)域增添了新的活力。

        二、模塊內(nèi)部的電路構(gòu)成

        本模塊內(nèi)含功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路,其方框圖見圖1。

      淄博市臨淄銀河高技術(shù)開發(fā)有限公司

      圖1

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      圖2

        (一)功率晶閘管完成變流及功率調(diào)整,采用進(jìn)口方形芯片、高級(jí)芯片支撐板,經(jīng)特殊燒結(jié)工藝,保證焊接層無空洞,使用DCB板及其它高級(jí)導(dǎo)熱絕緣材料,導(dǎo)熱性能好,基板不帶電,使用安全可靠。熱循環(huán)次數(shù)超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)近10倍,具有很長(zhǎng)的使用壽命。

        (二)積分環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)軟起動(dòng),并且起動(dòng)時(shí)間可調(diào),設(shè)計(jì)時(shí)給用戶預(yù)留兩個(gè)端口,其連接如圖6,調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器,可改變積分時(shí)間長(zhǎng)短,從而達(dá)到改變電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的目的。積分環(huán)節(jié)適用于起動(dòng)過渡過程平穩(wěn)的場(chǎng)合,如高爐卷揚(yáng)機(jī)、礦井提升機(jī)、冷熱連軋機(jī)等。當(dāng)輸入為階躍信號(hào)時(shí),通過給定積分器變換成有一定斜率的線性漸變輸出信號(hào),作為速度調(diào)節(jié)器的給定輸入,給定積分器的穩(wěn)定輸出即為電機(jī)的速度給定,給定積分器輸出的變化斜率即為電機(jī)的加速度,其啟動(dòng)電流波形圖見圖2。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下,電機(jī)以最大的等加速度起動(dòng),可把積分環(huán)節(jié)去掉,模塊留出兩個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅(如圖6),調(diào)節(jié)電流環(huán)的輸出限幅,改變電機(jī)的最大起動(dòng)電流,獲得理想的過渡過程。其起動(dòng)電流波形圖見圖3。

        (三)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)電路 速度調(diào)節(jié)及抗負(fù)載和電網(wǎng)擾動(dòng),采用雙PI調(diào)節(jié)器,可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。設(shè)計(jì)過程采用“二階最佳”參數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì),結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)效果選擇最佳參數(shù)。從抑制超調(diào)的觀點(diǎn)出發(fā),電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)時(shí)無穩(wěn)態(tài)誤差,并具有較好的抗擾性能,速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)。

        內(nèi)外環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較,圖4畫出了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性:

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      圖3

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      圖4

        從上圖可以看出,圖中轉(zhuǎn)折頻率和截止頻率點(diǎn)一個(gè)比一個(gè)小,這是一個(gè)必然的規(guī)律。這樣設(shè)計(jì)的雙環(huán)系統(tǒng),外環(huán)總比內(nèi)環(huán)慢。一般來說,調(diào)整過程一般是先外環(huán)后內(nèi)環(huán),電流環(huán)要想提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)效果,可增大電流環(huán)阻容端的電阻,但要減小電容,其關(guān)系是C1*0.03/R1。速度環(huán)要想提高動(dòng)態(tài)效果,從典型II型系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)中得出,它的動(dòng)態(tài)效果是一個(gè)中間的參數(shù),需要反復(fù)調(diào)試,增大電阻R2可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度,相應(yīng)的減小電阻可獲得良好的動(dòng)態(tài)效果,具體情況可根據(jù)用戶的系統(tǒng)參數(shù)要求調(diào)節(jié),其關(guān)系是C2 0..87/R2(電流超調(diào)量<=5),模塊設(shè)計(jì)過程留出四個(gè)端口(其聯(lián)接如圖6),作為速度環(huán)和電流環(huán)的阻容端,用戶可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。

        (四) 電流反饋 采用國(guó)外進(jìn)口霍爾傳感器,并置于模塊內(nèi)部。主要完成電流信號(hào)的取樣,具有極高的線性度,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的外圍器件。

        (五)保護(hù)電路 模塊內(nèi)部設(shè)置過流和缺相保護(hù)電路,保證了電機(jī)的安全運(yùn)行,而且留出一個(gè)端口作為過流保護(hù)給定信號(hào)輸入(其聯(lián)接如圖6),用戶可以根據(jù)自己設(shè)備的過載能力調(diào)節(jié),更加突出了本模塊的使用靈活性。

        三、模塊的應(yīng)用

        電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速電路,因其具有極高的調(diào)速范圍、很好的動(dòng)靜態(tài)性能及抗擾性能,在調(diào)速領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

        本模塊以應(yīng)用到造紙、擠塑、印染及其他直流調(diào)速領(lǐng)域,效果很好。

        實(shí)驗(yàn)條件:模塊為MSZ—ZLTS—400,直流電動(dòng)機(jī):Ued=220V,Ied=41A,Ned=1500r/min,允許過載倍數(shù)為1.5。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果:速度超調(diào)量Vp<5%,電流超調(diào)量Ip<0.5%,調(diào)整時(shí)間Ts<0.5S,振蕩次數(shù)H<=2,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度Vb<=0.02,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度Vs<0.5%(如圖5)

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      圖5

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      圖6

        四、結(jié)束語 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成模塊的形式:集成度高,體積小,接線方便,調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全可靠,并且具有通用性,即同一種模塊參數(shù)相同,使用非常方便。

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