維修電工高級(jí)技師論文

1、 職業(yè)技能鑒定高級(jí)技師論文論文題目：電流自適應(yīng)與平波電抗器在KPSF-35傳動(dòng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)中的組合應(yīng)用 電流自適應(yīng)與平波電抗器在KPSF-35傳動(dòng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)中的組合應(yīng)用 關(guān)鍵詞 傳動(dòng)系統(tǒng) 平波電抗器 電流自適應(yīng)摘要：傳動(dòng)用自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用平波電抗器維持電流連續(xù)來(lái)維持電流連續(xù)和限制電流脈動(dòng)，以此來(lái)確?？刂茖?duì)象的工作，但此種設(shè)計(jì)造成系統(tǒng)銅耗較多、系統(tǒng)體積龐大笨重。電流自適應(yīng)也可解決問(wèn)題但效果欠佳，本設(shè)計(jì)采用“電流自適應(yīng)與平波電抗器組合應(yīng)用”的解決方案，充分利用了各自的優(yōu)點(diǎn)，既降低了銅耗又最大限度滿足了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)要求，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。一、概述在要求較高的傳動(dòng)用自動(dòng)控

2、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，被控制對(duì)象通常是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，控制上采用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)要求和靜態(tài)要求?？煽仉娫醋鳛閳?zhí)行部件，為使控制對(duì)象直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性滿足要求，必須保證其電流連續(xù)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用平波電抗器來(lái)維持電流連續(xù)和限制電流脈動(dòng)。設(shè)計(jì)平波電抗器時(shí)，一般系統(tǒng)理論上電流連續(xù)的臨界點(diǎn)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?yàn)殡娍蛊麟姼辛枯^大，造成系統(tǒng)體積龐大笨重，又因銅耗較多，使性能價(jià)格比下降，同時(shí)在輕微負(fù)載時(shí)仍不能保證電流連續(xù)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度和經(jīng)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(xué)模型的不同，系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)模型均沒(méi)有改變。為此，只

3、需要在電流斷續(xù)時(shí)將電流環(huán)數(shù)學(xué)模型與電流連續(xù)時(shí)數(shù)學(xué)模型保持一致即可解決電流斷續(xù)的問(wèn)題，即引入電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)，采用電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)，理論上可達(dá)到使用平波電抗器時(shí)的數(shù)學(xué)模型，從而達(dá)到原設(shè)計(jì)要求滿足動(dòng)態(tài)指標(biāo)。但實(shí)際上只是近似，實(shí)驗(yàn)證明，電流斷續(xù)檢測(cè)器LDJ的投入不可能達(dá)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(xué)模型，也只能近似與電流連續(xù)時(shí)相等，調(diào)節(jié)器小參數(shù)的改變和忽略對(duì)系統(tǒng)還是有一定影響?？紤]被控制對(duì)象對(duì)電流連續(xù)及電流脈動(dòng)的要求，充分利用平波電抗器的優(yōu)點(diǎn)、電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化組合組成“平波電抗器+電流自適應(yīng)”方案。本次設(shè)計(jì)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

4、以下采用電流自適應(yīng)，平波電抗器電感量由原來(lái)的8.974mH降到0.834mH，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)滿足KPSF-35系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)（i5%，n10%）要求。二、電流斷續(xù)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性以及傳動(dòng)系統(tǒng)的影響 1電流連續(xù)時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電動(dòng)勢(shì)公式Ea直流電動(dòng)機(jī)電樞端電動(dòng)勢(shì)Ce直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)常數(shù)直流電動(dòng)機(jī)每極下磁通n 直流電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩勢(shì)公式T 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩CT直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)Id 直流電動(dòng)機(jī)電樞電流電壓方程Ra直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻機(jī)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(shí)機(jī)械特性為R電樞回路總電阻曲線 n （r/min） n0 1 n 23 4 0 Id （A）2電流

5、斷續(xù)時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)可控整流電路不存在換相，所以可用單回路進(jìn)行等效分析。如三相全控橋電路，假設(shè)VT1、VT2在t1t2導(dǎo)通，等效電路如圖所示 uu VT1 id Ld Ea M uW VT2 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(jī)械特性當(dāng) 代入回路電流方程 根據(jù)Id、n表達(dá)式，在某一值時(shí)，給出不同的，可求得對(duì)應(yīng)的n和Id，繪制出電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性曲線。 n （r/min） n0 n0 1 23 4 0 Id （A）3對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及傳動(dòng)系統(tǒng)的影響 (1) 理想空載轉(zhuǎn)速升高。 (2) 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性顯著變軟。 (3) 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載有很小

6、的擾動(dòng)會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很大變化，使原設(shè) 計(jì)系統(tǒng)不能達(dá)到動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。 (4) 整流裝置外特性變陡，等效內(nèi)阻大大增加，使電流環(huán)調(diào)節(jié)對(duì)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(shí)設(shè)置平波電抗器Ld設(shè)計(jì)課題：KPSF-35 中，要求 5%直流電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí)維持電流連續(xù)。電抗器計(jì)算如下：直流電動(dòng)機(jī)電樞電感Z82數(shù)據(jù)： PN=35KW， UN=230V，IN=152A， P=2，n=1450r/min， 有補(bǔ)償繞組KD計(jì)算系數(shù)，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)KD=56， 取6變壓器電感KD整流變壓器漏感計(jì)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

7、大，Udl越大（最大為0.1）U2變壓器副邊相電壓Id電動(dòng)機(jī)額定電流回路臨界電感K1臨界電感計(jì)算系數(shù)，查表Idmin電動(dòng)機(jī)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(dǎo)電，為此，取2LB平波電抗器計(jì)算參數(shù)表電路名稱臨界電感計(jì)算系數(shù)K1最大脈動(dòng)時(shí)的值最大脈動(dòng)時(shí)輸出最低頻率fd（Hz）整流變壓器漏感計(jì)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(shí)銅耗過(guò)高，體積大，導(dǎo)致設(shè)備造價(jià)高、體積龐大、性能價(jià)

8、格比下降。四、“平波電抗器+電流自適應(yīng)” 解決方案采用“平波電抗器+電流自適應(yīng)”方案，在Idmin=20%額定電流時(shí)由平波電抗器維持電流連續(xù)及限制電流脈動(dòng)，在Idmin=20%額定電流以下由電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)保證電流連續(xù)時(shí)的數(shù)學(xué)模型，從而在大負(fù)載時(shí)電抗器工作，在輕載時(shí)電流自適應(yīng)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(kāi)支。具體如下1平波電抗器計(jì)算2電流自適應(yīng)環(huán)節(jié)（1）電流連續(xù)時(shí)的電樞回路電流連續(xù)時(shí)由于時(shí)間常數(shù)Ti的存在，從Ud0的突變到Id響應(yīng)不能瞬時(shí)完成模型是慣性環(huán)節(jié)。 電動(dòng)機(jī)樞回路 電流連續(xù)時(shí) Ud0 Id R電流連續(xù)時(shí)電樞回路等效總電阻（2）電流斷續(xù)時(shí)的電樞回路電流斷續(xù)時(shí)由于電感對(duì)電流

9、的延緩作用已在一個(gè)波頭內(nèi)結(jié)束，Ud0突變后，下一個(gè)波頭的Id也隨電壓變化，相當(dāng)Ti=0，模型是比例環(huán)節(jié)。 電動(dòng)機(jī)樞回路 電流連續(xù)時(shí) Ud0 Id R'電流斷續(xù)時(shí)電樞回路等效總電阻（3）電流斷續(xù)時(shí)模型=電流斷續(xù)時(shí)模型連續(xù)時(shí)設(shè)計(jì)的電流調(diào)節(jié)器 設(shè)計(jì)時(shí)取 i=Ti 電流斷續(xù)時(shí)要求LT是小時(shí)間常數(shù)積分調(diào)節(jié)器（4）實(shí)用電路 R1 C1 ugi R0 uK LT LT電流連續(xù)時(shí)電流調(diào)節(jié)器 20K D1 R2 1.5M 20K 20K D 20K LDJ T G S LDJ電流斷續(xù)檢測(cè)器 接電流檢測(cè)選R2R1，則按電流連續(xù)設(shè)計(jì)的PI的比例常數(shù)i=R2C1電流斷續(xù)時(shí)積分常數(shù)i=R1C1按電流連續(xù)設(shè)計(jì)的PI的積分時(shí)間常數(shù)因積分時(shí)間常數(shù)很小，所以電流斷續(xù)時(shí)調(diào)節(jié)器近似為小時(shí)間常數(shù)的積分調(diào)節(jié)器。即： 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)KPSF-35設(shè)計(jì)的實(shí)踐證明，采用“平