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四辊冷轧机卷取机双闭环直流调速系统参数设计详解
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更新于2024-07-03
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本文主要探讨了四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统的设计参数计算,针对自动化专业学生在运动控制系统课程设计中的实际应用。设计目标旨在通过综合运用运动控制理论,培养学生的工程设计能力和实践经验。 章节一,设计概述,明确了课程设计的目的,即通过实际操作,让学生掌握设计过程中的系统分析、方案论证、设备选择和参数计算等技能,同时强调了设计中保护元件的重要性,如电流和电压保护。 第二章至第四章详细介绍了不同的调速方案,包括直流调速的一般原理,如开环、闭环、带电流截止负反馈和双闭环系统。其中,双闭环调速系统尤为重要,它由速度调节器、电流调节器、锯齿波同步移相触发电路、电流反馈和过流保护等功能模块构成,每个模块都有其特定的功能和参数计算方法。 在设计及参数计算部分,章节四列举了具体的步骤,如晶闸管的选型、电抗器和变压器的容量计算、快熔断器的选择,以及电流调节器和转速调节器的详细设计。这些步骤都涉及到实际工程中的具体数值计算,确保系统的稳定性和可靠性。 章节五,小结部分总结了整个设计过程,同时可能对设计结果进行了评估和优化,通过实验验证了设计的正确性和有效性。此外,还包含了一个运控实验章节,对系统进行了实际的调试和性能测试,这是理论知识与实践操作相结合的重要环节。 本文的关键知识点集中在直流调速系统的选型、设计原则、参数计算和实际应用,对于理解和设计类似的工业自动化设备具有重要的参考价值。通过阅读,读者不仅能掌握调速系统的原理,还能学习到具体的设计方法和步骤,提升工程设计能力。
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运动控制系统课程设计报告
图 2-3-1 转速单闭环系统原理图
图 2-3-2 转速单闭环系统结构框图
可见转速单闭环系统实际上是开环直流调速系统的“闭环化”。转速单闭环
系统将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经检测转化与给定信号相比较
并经放大后,得到移相控制电压 UCt,用作控制整流桥的“触发电路”,触发脉
冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间,以改变“三相全控整流”的输出电压,
这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化,电机最高转速
由速度调节器的输出限幅所决定,速度调节器采用 P(比例)调节对阶跃输入
有稳态误差,要想消除上述误差,则需将调节器换成 PI(比例积分)调节。这时
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运动控制系统课程设计报告
当“给定”恒定时,闭环系统对速度变化起到了抑制作用,当电机负载或电源电
压波动时,电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
与开换系统相比,转速单闭环直流调速系统性能更为稳定。根据转速单闭
环系统原理图作如下分析:
转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式
n=Kp*Ks*U1/Ce(1+K)-Id*R/Ce(1+K)
式中:Kp—放大器的电压放大系数;
Ks—电力电子变换器的电压放大系数;
α—转速反馈系数
U1—给定电压
设 K= Kp* Ks*α/ Ce
闭环系统的转速降
ΔNcl=R*Id/(Ce(1+K))
闭环系统的静差率
Scl=ΔNcl/Nn
调速范围
Dcl=Nn*s/( ΔNcl*(1-s))
可见经过适当调节 Kp、Ks,可以使系统的特性更硬,调速范围更宽。
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运动控制系统课程设计报告
2.4 带电流截止负反馈的直流调速系统
直流电动机全电压起动时,如果没有限流措施,会产生很大的冲击电流,
这不仅对电动机换向不利,对过载能力低的电力电子器件来说,更是不能允许
的。采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时,由于惯性,转速不
可能立即建立起来,反馈电压仍为零,相当于偏差电压△Un= Un*,差不多是
其稳态工作值的 1+K 倍。这时,由于放大器和变换器的惯性都很小,电枢电压
Ud 一下子就达到它的最高值,对电动机来说,相当于全压起动,当然是不允许
的。
另外,有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况,例如,由于故障使
机械轴被卡住,或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性
很硬,若无限流环节,硬干下去,电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继
电器或熔断器保护,一过载就跳闸,也会给正常工作带来不便。
为了解决反馈闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题,引入电流截止
负反馈,简称截流反馈,保持电流基本不变,使它不超过允许值。
带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构框图如下图 2-4-1 所示。
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