運動控制課程設計《二十四寸圓盤拉伸機直流調(diào)速系統(tǒng)的設計》

1、<p><b>　　運動控制系統(tǒng)</b></p><p>　　二十四寸圓盤拉伸機直流調(diào)速系統(tǒng)的設計</p><p>　　學 院： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號

2、： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　日 期： </p><p>&l

3、t;b>　　前言</b></p><p>　　《運動控制系統(tǒng)》是普通高等工科學校自動化專業(yè)和控制相關專業(yè)的主要課程，而本次運動控制系統(tǒng)工程基礎課程設計是在學習完《運動控制系統(tǒng)》這門課程后一個重要性的實踐性教學環(huán)節(jié)，通過把理論知識運用于實踐，加深對這門課程的理解和掌握其精髓，通過實踐鞏固理論知識，實現(xiàn)理論與實踐的完美結合，為今后解決實際問題打下堅實的基礎。同時也加強實踐意識，培養(yǎng)迅速把理論知識運用

4、于實踐的能力。</p><p>　　在《運動控制系統(tǒng)》理論課程中，我們學習了閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，雙閉環(huán)直流調(diào)速和調(diào)節(jié)器的工程設計，直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，閉環(huán)控制的異步電機變壓調(diào)速系統(tǒng)，籠型異步電機變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)等方面的知識。通過該課程設計可以進一步對所學知識的掌握，了解電機調(diào)速控制系統(tǒng)的基本原理和設計方法，培養(yǎng)獨立分析問題和解決問題的能力。并對工業(yè)自動化中的相關常識得到了解，同時對工業(yè)自

5、動化的各種繪圖工具進行深層次的掌握，訓練作為一名控制工程師在各個方面的綜合能力，為今后在工作崗位上奠定扎實的基礎。</p><p>　　眾所周知，直流電機在現(xiàn)代工業(yè)中是一種很重要的電機．它可以作電動機使用，也可以作發(fā)電機使用，此外還有其它特殊的用途。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。近年來，在電力電子變換器中以晶閘管為主的可控器件

6、已經(jīng)基本被功率開關器件所取代，因而變換技術也由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制（PWM）；交流可調(diào)拖動系統(tǒng)正逐步取代直流拖動系統(tǒng)。然而，直流拖動控制畢竟在理論上和實踐上都比較成熟，而且我國早期的許多工業(yè)生產(chǎn)機械都是采用直流拖動控制系統(tǒng)，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中還占有相當大的比重，短時間內(nèi)不可能完全被交流拖動系統(tǒng)所取代。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第

7、一章 設計概述1</p><p>　　1.1 設計目的1</p><p>　　1.2 設計內(nèi)容1</p><p>　　1.3 課題設計要求1</p><p>　　第二章 調(diào)速方案選擇3</p><p>　　2.1 直流調(diào)速的一般原理3</p><p>　　2.2 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

8、4</p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)5</p><p>　　2.4 帶電流截止負反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)7</p><p>　　2.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)8</p><p>　　第三章 調(diào)速系統(tǒng)主回路的設計11</p><p>　　3.1主回路的電氣原理圖11</p><p&g

9、t;　　3.2主電路的過電壓和過電流保護12</p><p>　　3.3主回路的參數(shù)計算12</p><p>　　3.3.1確定變壓器的參數(shù)，變壓器為消除三次諧波而采用接法。12</p><p>　　3.3.2可控硅元件參數(shù)的選擇：13</p><p>　　3.3.3平波電感器的參數(shù)計算：13</p><p>

10、;　　3.3.4電動機電樞電感的計算14</p><p>　　3.3.5變壓器漏電感的計算14</p><p>　　3.3.6快速熔斷器的選擇14</p><p>　　4.1邏輯無環(huán)流系統(tǒng)15</p><p>　　4.2邏輯裝置的組成與分析：18</p><p>　　4.3各功能模塊的實現(xiàn)18</p&

11、gt;<p>　　4.3.1速度調(diào)節(jié)器18</p><p>　　第五章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī)工程設計27</p><p>　　5.1調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)計算27</p><p>　　5.1.1系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖27</p><p>　　5.1.2系統(tǒng)的靜態(tài)特性29</p><p>　　5.2調(diào)速系統(tǒng)的動

12、態(tài)計算29</p><p>　　5.2.1電流調(diào)節(jié)器的設計30</p><p>　　5.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計33</p><p>　　第六章 系統(tǒng)的調(diào)試36</p><p>　　6.1系統(tǒng)的安裝及檢查36</p><p>　　6.2系統(tǒng)的調(diào)試36</p><p>　　6.2.1調(diào)試

13、順序36</p><p>　　6.2.2控制單元的調(diào)試37</p><p>　　6.2.3主電路及保護電路37</p><p>　　6.2.4電流環(huán)的調(diào)試38</p><p>　　6.2.5速度環(huán)的調(diào)試38</p><p>　　6.2.6可逆運行調(diào)試39</p><p>　　第七章

14、心得體會39</p><p><b>　　參考文獻40</b></p><p><b>　　第一章 設計概述</b></p><p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　運動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強的系統(tǒng)性、實踐性和工程背景，運動控

15、制系統(tǒng)課程設計的目的在于培養(yǎng)學生綜合運用運動控制系統(tǒng)的知識和理論分析個解決運動控制系統(tǒng)設計問題，使學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法，提高學生調(diào)查研究、查閱文獻及正確使用技術資料、標準、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設計方案的能力，設計計算和繪圖能力，實驗研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，編寫設計說明書的能力。</p><p><b>　　1.2 設計內(nèi)容</b></p&

16、gt;<p>　?。?）根據(jù)工藝要求，論證、分析、設計主電路和控制電路方案，繪出該系統(tǒng)的原理圖（2號圖紙）。</p><p>　　（2）設計組成該系統(tǒng)的各單元，分析說明。</p><p>　　（3）選擇主電路的主要設備，計算其參數(shù)（含整流變壓器的容量S，電抗器的電感量L，晶閘管的電流、電壓定額，快熔的容量等），并說明保護元件的作用（必須有電流和電壓保護）。</p>

17、<p>　?。?）設計電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)（或張力環(huán)），確定ASR和ACR（或張力調(diào)節(jié)器ZL）的結構，并計算其參數(shù)。</p><p>　　（5）結合實驗，論述該系統(tǒng)設計的正確性。</p><p>　　1.3 課題設計要求</p><p>　　二十四寸圓盤拉伸機直流調(diào)速系統(tǒng)的設計</p><p>　　二十四寸圓盤拉伸機主要用來加工各種型

18、號的銅、鋁毛細管的專用生產(chǎn)機械，它由放線機、模具、拉伸機、夾鉗臂、剪線鉗、靠輪及收線機等組成。拉伸機機械系統(tǒng)的大體輪廓，其中放線機、拉伸機及收線機分別用三臺直流電機來驅(qū)動，而靠輪。夾鉗臂及剪線鉗由氣動閥來控制。</p><p>　　生產(chǎn)過程及對電氣控制系統(tǒng)的要求</p><p><b>　　1生產(chǎn)過程：</b></p><p>　　2對電氣控制

19、的系統(tǒng)要求</p><p>　　拉伸機定位要準確，系統(tǒng)的制動性能好；</p><p>　　拉、收、放電機的線速度要嚴格保持協(xié)調(diào)，自動跟蹤拉伸機速度，系統(tǒng)快速性好。</p><p>　　靠輪靠緊的拉伸機圓盤后、剪線鉗才剪斷線頭，以保證順利拉伸；</p><p>　　具有完善的連鎖及保護功能；</p><p>　　有自動/

20、手動切換功能</p><p>　　設計要求:只設計圓盤拉伸機控制系統(tǒng)。</p><p>　　技術指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，空載啟動至額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p><b>　　直流電動機參數(shù)</b></p><p>　　=40Kw，=440v，=104A，=1000r /min, =0.5Ω，電樞回路總電阻R

21、=0.5Ω，電流過載倍數(shù)λ=1.8，=77.5</p><p>　　第二章 調(diào)速方案選擇</p><p>　　在進行調(diào)速方案選擇之前，先來簡要介紹一下直流調(diào)速的一般原理。</p><p>　　2.1 直流調(diào)速的一般原理</p><p>　　理想化直流電動機，直流電動機轉(zhuǎn)速方程可表示為：</p><p>　　式中n——轉(zhuǎn)

22、速（r/min）；</p><p>　　U——電樞電壓（V）；</p><p>　　I——電樞電流（A）；</p><p>　　R——電樞回路總電阻（）；</p><p>　　——勵磁磁通（Wb）；</p><p>　　——由電機結構決定的電動勢常數(shù)；</p><p>　　在上式中，是常數(shù)，電流

23、I是由負載決定的，因此調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：</p><p>　　調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；</p><p><b>　　減弱勵磁磁通；</b></p><p>　　改變電樞回路電阻R。</p><p>　　對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱磁通

24、雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。以下介紹在直流調(diào)速系統(tǒng)中比較常用的開環(huán)控制、轉(zhuǎn)速負反饋控制、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制等控制方法。</p><p>　　2.2 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下圖2-2-1：</p><p>　　

25、圖2-2-1晶閘管——電動機調(diào)速系統(tǒng)(V——M系統(tǒng))原理圖</p><p>　　圖2-2-1中VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。</p><p>　　這里對晶閘管可控整流器的移相控制是關鍵。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路將在第三章介紹。其整流原理為三相橋式全控整流，基本原理見下圖2-2-2。通過改變觸發(fā)角從而改變

26、Ud以進行調(diào)速。</p><p>　　圖2-2-2三相橋式全控整流電路</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路簡單，有利于在實驗室實現(xiàn)，并且能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。如果負載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是可以滿住要求的。</p><p>　　然而，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)沒有控制結果的反饋，控制精度不高，在需要調(diào)速的生產(chǎn)機械對靜差率有一定的

27、要求的場合往往不能滿住要求。例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時負載大小常有波動，但是為了保證工件的加工精度和加工后的表面潔凈度，加工過程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大。這時就不能使用開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)了。</p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。

28、對調(diào)速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。</p><p>　　轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖如下圖2-3-1：</p><p>　　圖2-3-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖2-3-2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)結構框圖</p><

29、;p>　　可見轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)實際上是開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的“閉環(huán)化”。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)檢測轉(zhuǎn)化與給定信號相比較并經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差

30、，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。這時當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。</p><p>　　與開換系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)性能更為穩(wěn)定。根據(jù)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖作如下分析：</p><p>　　轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式</p><p>

31、　　n=Kp*Ks*U1/Ce(1+K)-Id*R/Ce(1+K)</p><p>　　式中：Kp—放大器的電壓放大系數(shù);</p><p>　　Ks—電力電子變換器的電壓放大系數(shù);</p><p><b>　　α—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</b></p><p><b>　　U1—給定電壓</b></p&

32、gt;<p>　　設K= Kp* Ks*α/ Ce</p><p><b>　　閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降</b></p><p>　　ΔNcl=R*Id/(Ce(1+K))</p><p><b>　　閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率</b></p><p>　　Scl=ΔNcl/Nn</p>

33、<p><b>　　調(diào)速范圍</b></p><p>　　Dcl=Nn*s/( ΔNcl*(1-s))</p><p>　　可見經(jīng)過適當調(diào)節(jié)Kp、Ks，可以使系統(tǒng)的特性更硬，調(diào)速范圍更寬。</p><p>　　2.4 帶電流截止負反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　直流電動機全電壓起動時，如果沒有限流措施，

34、會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當于偏差電壓△Un= Un*，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。這時，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓Ud一下子就達到它的最高值，對電動機來說，相當于全壓起動，當然是不允許的。</p><p>　　另外，有些生產(chǎn)機械

35、的電動機可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況，例如，由于故障使機械軸被卡住，或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠遠超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。</p><p>　　為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，引入電流截止負反饋，簡稱截流反饋，保持電流基本不變，使它不超過允許值。</p><p

36、>　　帶電流截止負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖如下圖2-4-1所示。</p><p>　　圖2-4-1 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖</p><p>　　這種電流負反饋作用只應在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運行時又得取消，讓電流自由地隨著負載增減。它的靜特性分為兩段，當時，電流截止負反饋環(huán)節(jié)不起作用，靜特性與只有轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的相同。當后，引入了電流截止負反饋，靜特性變?yōu)椋?lt;

37、/p><p>　　2.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如龍門刨床、可逆軋鋼機等要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小的場合，盡量縮短起、制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。這時單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因為單閉環(huán)系統(tǒng)不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過

38、程。于是產(chǎn)生了通過轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)來控制電流和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2-5-1所示</p><p>　　圖2-5-1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動電流

39、和轉(zhuǎn)速波形圖</p><p>　　起動電流突破Idcr以后，受電流負反饋的作用，電流只能再升高一點，經(jīng)過某一最大值Idm后，就降低下來，電機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。</p><p>　　為此，在電機最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應該充分利用電機的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流轉(zhuǎn)矩為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時，立即讓電流降

40、下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形示如圖2-5-2：</p><p>　　圖2-5-2系統(tǒng)理想起動過程波形</p><p>　　這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩)受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。</p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和

41、電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級)聯(lián)接，如圖所示2-5-3。</p><p>　　圖2-5-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　ASR——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR——電流調(diào)節(jié)器 TG——測速發(fā)電機</p><p>　　TA——電流互感器 UPE——電力電子變換器</p><p>　　

42、把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。以下分別對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性以及抗擾性能進行分析。</p><p>　　為分析靜特性我們參考如下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖：</p><p>　　圖2-5-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖 &l

43、t;/p><p>　　——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ——電流反饋系數(shù)</p><p>　　在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的=0一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運行段。②轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和：這時ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影

44、響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其靜特性如下圖2-5-5：</p><p>　　圖2-5-5 單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性圖</p><p>　　為分析動態(tài)特性以及抗擾性能參考雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如下圖： </p><p>　　圖2-5-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程

45、有以下三個特點：</p><p>　?。?）飽和非線性控制：根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結束進入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR

46、 的輸入偏差電壓 △Un 為負值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應必然有超調(diào)。</p><p>　　準時間最優(yōu)控制：起動過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準時間最優(yōu)控制。</p>&

47、lt;p>　　對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能，主要是負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。對于負載擾動，由動態(tài)結構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，應要求有較好的抗擾性能指標。對于電網(wǎng)電壓擾動，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。</p><

48、p>　　由以上分析可以得出，要使該系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和靜態(tài)特性，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是最佳選擇。</p><p>　　第三章 調(diào)速系統(tǒng)主回路的設計</p><p>　　3.1主回路的電氣原理圖</p><p>　　如圖3-1所示，主回路形式：采用三相橋式反并聯(lián)。</p><p>　　3.2主電路的過電壓和過電流保護</p>

49、<p>　　過電流保護可根據(jù)需要選取以下幾種：</p><p>　　在交流進線回路，串接電抗器或采用漏抗較大的變壓器，以限制由于晶閘管擊穿造成交流側(cè)短路時產(chǎn)生的故障電流。</p><p>　　在交流側(cè)設置過電流檢測裝置，當出現(xiàn)過電流時，將觸發(fā)脈沖移到最小逆變角外，以抑制過載電流。</p><p>　　調(diào)節(jié)系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器限制電流的作用。</p&g

50、t;<p>　　直流側(cè)設置直流快速開關。</p><p>　　過電壓主要產(chǎn)生在晶閘管變流回路中，變流變壓器的通斷、感性負載的開斷、晶閘管的換相以及快速熔斷器的斷開過程中。在晶閘管交流回路中，通常采用的過電壓保護形式圖下圖3-2。</p><p>　　D—變壓器靜電屏蔽 C—靜電感應抑制電容 RC1—交流整流式抑制回路</p><p>　

51、　RC2—交流阻容抑制回路 RC3—換相過電壓抑制回路 RC4—直流阻容抑制回路</p><p>　　RV1、RV2—交、直流側(cè)壓敏電阻抑制回路 QM—交流側(cè)斷路器</p><p>　　QF—直流側(cè)斷路器 FU—快速熔斷器</p><p>　　上圖中接于交流裝置交流側(cè)的保護回路有：</p><p>　　交流側(cè)阻

52、容式保護電路。 2）整流保護回路。</p><p>　　交流側(cè)壓敏電阻保護回路。 4）靜電感應過電壓保護回路。</p><p>　　換相過電壓阻容保護回路。</p><p>　　第1、2、3項主要用于抑制斷開交流器交流進線電壓時所產(chǎn)生的階躍尖峰電壓。第4項用于抑制由于變壓器寄生電容的存在而在變壓器接通的瞬間所產(chǎn)生的

53、過電壓。第5項接在晶閘管陽極和陰極之間，用以抑制器件換相、晶閘管回復阻斷時，由于變壓器漏抗而引起的換相過壓降。</p><p>　　在直流回路中，為了抑制主回路電感儲能的釋放而產(chǎn)生直流側(cè)過電壓，通常用阻容回路或壓敏電阻抑制。</p><p>　　3.3主回路的參數(shù)計算</p><p>　　3.3.1確定變壓器的參數(shù)，變壓器為消除三次諧波而采用接法。</p>

54、;<p>　　1）變壓器副方的參數(shù)計算：</p><p><b>　　相電壓：由得</b></p><p><b>　　相電流：</b></p><p><b>　　2）變壓器的變比：</b></p><p>　　3）變壓器的原方參數(shù)相電壓：，相電流：</p

55、><p>　　4）變壓器的視在功率</p><p><b>　　副方視在功率：</b></p><p><b>　　原方視在功率：</b></p><p><b>　　平均視在功率：</b></p><p><b>　　所以我們?nèi)?lt;/b>

56、;</p><p>　　3.3.2可控硅元件參數(shù)的選擇：</p><p><b>　　額定電壓：，故</b></p><p><b>　　額定電流：</b></p><p>　　所以晶閘管的型號規(guī)格選為KP300。</p><p>　　3.3.3平波電感器的參數(shù)計算：<

57、/p><p>　　從限制輸出電流脈動的角度來設計電抗器電感值</p><p>　　查表可得對于三相橋式電路：，電流脈動系數(shù)，又知交流基波幅值，所以</p><p><b>　　帶入上面的參數(shù)的</b></p><p>　　從維持輸出電流連續(xù)的角度來設計電抗器的電感值</p><p>　　若使電流連續(xù)的

58、最小負載電流，對于三相橋式電路的臨界電感計算系數(shù)，所以</p><p>　　若使電流連續(xù)的最小負載電流為5A，則，取。</p><p>　　3.3.4電動機電樞電感的計算</p><p>　　直流電動機電樞電感 </p><p>　　式中，為電動機的極對數(shù)，已知，無補償繞組的電動機系數(shù)，在此我們選，代入上式可得。</p>&l

59、t;p>　　3.3.5變壓器漏電感的計算</p><p>　　式中，為變壓器的阻抗電壓百分值，1000KVA以下的變壓器，對于三相橋式電路，又知，代入?yún)?shù)可得。</p><p>　　3.3.6快速熔斷器的選擇</p><p>　　對于三相全控橋式電路，熔斷器有相接、臂接和接在整流裝置直流側(cè)三種方式。熔斷器相接時，可防止晶閘管損壞或直流側(cè)故障而引起的斷路損壞。但

60、在通過故障電流時，對晶閘管的保護效果要差些，故多用于中小容量裝置，熔斷器接于直流側(cè)時，可對負荷側(cè)的過電流或短路起保護作用，但對晶閘管本身造成的短路不起保護作用，故多用于小功率裝置。通常選用臂接熔斷器，其額定電壓和額定電流按以下方法選取：</p><p>　　應大于電器正常工作時的電壓有效值，再留有適當?shù)脑Ａ考?，式中，—交流變壓器二次電壓有效值?lt;/p><p>　　應按有負載計算出一個工作

61、周期內(nèi)負載電流有效值選取，即，—電流計算系數(shù)，對于三相橋，，—負載電流的有效值。</p><p>　　第四章 調(diào)速系統(tǒng)各功能模塊的電路選擇</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)的控制電路采用兩組晶閘管整流裝置供電的可逆控制線路</p><p>　　4.1邏輯無環(huán)流系統(tǒng)</p><p>　　邏輯無環(huán)流系統(tǒng)是指在電動機運行過程中，兩組反并聯(lián)連接的交流器知

62、己完全沒有環(huán)流的可逆系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)電動機需要的電樞電流極性，通過一個邏輯單元來選擇某一組變流器的工作。下圖4-1所示是一種帶模擬開關的邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)正確工作時，為負，ASR輸出為正，其中一路送到邏輯裝置的轉(zhuǎn)矩極性鑒別器，切換邏輯裝置AL電路，使模擬開關觸點和閉合，另一路徑輸入到電流調(diào)節(jié)器ACR，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負，正向組脈沖前移小于，電動機正轉(zhuǎn)。</p><p&g

63、t;　　交流器的切換是在電動機轉(zhuǎn)矩的極性需要反向時進行，其切換順序如下：</p><p>　　改變給定電壓使極性為正，或由于負荷力矩變化引起電動機轉(zhuǎn)矩的變化，使ASR輸出變負，并通過電流調(diào)節(jié)器使工作組工作在逆變狀態(tài)。</p><p>　　邏輯裝置AC接受轉(zhuǎn)矩變化的命令。</p><p>　　工作組電流下降到零，邏輯裝置零電流檢測器確認電流實際值為零。斷開、觸點。&l

64、t;/p><p><b>　　正向脈沖被封鎖。</b></p><p>　　經(jīng)一段時間，、觸點接通，反向組有觸發(fā)脈沖，同時速度調(diào)節(jié)器輸出通過反號器送到電流調(diào)節(jié)器，使反向組變流器工作在逆變狀態(tài)，電動機進行再生制動。</p><p>　　為了保證系統(tǒng)的正常工作，應盡量縮短切換時間。在切換時間中，電流換相死區(qū)占主要成分。一般死區(qū)時間在10ms以下，不會對

65、調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的品質(zhì)其影響，在20~30ms內(nèi)對調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)稍有影響，當反向死區(qū)超出30ms的數(shù)據(jù)很多時，將會對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有很大的影響。</p><p>　　邏輯無環(huán)流系統(tǒng)在兩組變流器工作狀態(tài)切換時應保證不發(fā)生換相失敗，兩組變流器在任何時刻都不能同時工作。為了確保系統(tǒng)的正常工作，還應注意一下幾點：</p><p>　　電流實際值為零的檢測要有關斷等待時間</p>

66、<p>　　在確認電流真正為零后，才能切除工作組的觸發(fā)脈沖，如果電流還處在流通的狀態(tài)下，而且工作的變流器處于逆變工作狀態(tài)。此時，若切除工作組的觸發(fā)脈沖，則會引起環(huán)流失敗。零電流檢測單元一般都有交流側(cè)的電流互感器與半導體比較器組成。即使在電流連續(xù)的情況下，只要電流的瞬時脈動電流值低于檢測電平，零電流檢測器就會按脈動周期而動作。如果這一動作導致立即切除的觸發(fā)脈沖，則往往由于晶閘管的固有關斷時間或換相電抗受影響，使其滯后關斷而引起環(huán)

67、流失敗，如圖4-2（a）所示。</p><p>　　因此，在零電流檢測器動作后，必須經(jīng)過一段延時才能關斷導通的晶閘管，圖4-2（b）所示，這段時間成為關斷時間，它有電源頻率、電壓、回路電感、控制角等因素決定，但要隨控制角的變化而變化。如圖4-2（c）所示，在最大控制角時，關斷時間最大。因此，為了可靠的關斷，最好對應最大控制角來整定等待時間（一般為3~5ms），此外，在給出轉(zhuǎn)矩反向指令時，應將觸發(fā)脈沖移到最大控制角

68、（即），已能迅速實現(xiàn)關斷。若只將電流給定值保持為零，即在附近切換時，如圖4-2（d），則將繼續(xù)流過斷續(xù)電流。使開始切換到關斷所需的時間延長，這是不利的。</p><p>　　2）要有觸發(fā)等待時間</p><p>　　即使工作組的觸發(fā)脈沖被封鎖，由于原來導通的晶閘管仍不能馬上投入工作，否則將會產(chǎn)生兩組變流器同時導通而造成的電源短路故障，如圖4-3（a）所示。為此邏輯裝置從向工作組發(fā)出封鎖脈沖

69、信號，知道向待工作組給出解除脈沖封鎖的信號之間要有一段延時，稱為觸發(fā)等待時間。如圖4-3（c）所示。</p><p>　　3）要有對電流調(diào)節(jié)器“拉”的信號</p><p>　　在待工作組剛剛開始開放時，為避免此時因整流電壓和電動機反電動勢相加而造成很大的電流沖擊，應使帶工作組投入工作時處于逆變狀態(tài)。為此也需要在工作脈沖被封鎖，待動作組還未開放的一段時間內(nèi)，向電流調(diào)節(jié)器輸入一個“拉”的信號，

70、即將觸發(fā)裝置的移相器處于位置。當待工作組脈沖封鎖解除后，將“”信號取消，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用下，觸發(fā)脈沖以點向工作點位移，使電樞電流逐步建立，電動機被減速或反向啟動，直到穩(wěn)定在新的工作點。</p><p>　　4.2邏輯裝置的組成與分析：</p><p>　　系統(tǒng)的工作狀態(tài)取決于邏輯裝置。邏輯裝置主要由四個部分組成：電平檢測（包括轉(zhuǎn)矩極性與零電流檢測）、邏輯判斷、延時電路、邏輯保護。對邏輯裝置的

71、要求如下：</p><p>　　1）在任何情況下，兩組可控硅絕對不允許同時加觸發(fā)脈沖，一組工作時，另一組的觸發(fā)脈沖被封鎖。</p><p>　　2）邏輯切換裝置只有滿足邏輯換條件時，才能進行邏輯切換。</p><p>　　速度調(diào)節(jié)放棄的輸出作為轉(zhuǎn)矩（即電流）極性鑒別信號。當此信號由負變正時，允許封鎖正組，開放反組；反之則允許封鎖反組，開放反組。所以轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號改

72、變極性是邏輯切換的必要條件。只有當實際工作電流衰減至零時，才允許封鎖原來正在運行的那組可控硅，而開放另一組可控硅。所以零電流檢測器發(fā)出“零電流信號”是邏輯切換的充分條件。</p><p>　　3）發(fā)出邏輯切換指令后，經(jīng)過關斷等待延時時間，封鎖原導通組脈沖。</p><p>　　下面對系統(tǒng)的各個部分的組成與工作原理進行比較詳細的分析。</p><p>　　4.3各功能

73、模塊的實現(xiàn)</p><p>　　4.3.1速度調(diào)節(jié)器</p><p>　　速度調(diào)節(jié)器由運算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成，對給定和反饋兩個輸入量進行加法、減法、比例、積分和微分等運算。其原理如圖4-4所示：</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖4-4 速度調(diào)節(jié)器</p>

74、<p>　　在圖中“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運放輸入限幅，保護運放的作用。二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成正負限幅可調(diào)的限幅電路。由C1、R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。R7、C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。改變R7的阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，改變C5的電容值改變了系統(tǒng)的響應時間。RP3為調(diào)零電位器。</p><p>　　4.3.2電流調(diào)節(jié)器&l

75、t;/p><p>　　電流調(diào)節(jié)器由運算放大器、限幅電路、互補輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡及反饋阻抗網(wǎng)絡等環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與速度調(diào)節(jié)器相同，其原理圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了幾個輸入端，其中“3”端接推β信號，當主電路輸出過流時，電流反饋與過流保護的“3”端輸出一個推β信號（高電平）信號

76、，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓下降，使α角向180度方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護主電路。“5、7”端接邏輯控制器的相應輸出端，當有高電平輸入時，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、V5導通，將相應的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實驗中“4、6”端同為輸入端，其輸入的值正好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個值正好抵消為零，這時就需要通過“5、7”端的電壓輸入來控制。在同一時刻，只有一路信號

77、輸入起作用，另一路信號接地不起作用</p><p>　　4.3.3鋸齒波同步移相觸發(fā)電路</p><p>　　圖4-6 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路</p><p>　　鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。由V3、VD1、VD2、C1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。由V

78、1、V2等元件組成的恒流源電路，當V3截止時，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當V3導通時，電容C2通過R4、V3放電。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率。控制電壓Uct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加，從而構成移相控制環(huán)節(jié)，RP2、RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。V6、V7構成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。</p>&l

79、t;p>　　4.3.4電流反饋與過流保護</p><p>　　圖4-7 電流反饋與過流保護原理圖</p><p>　　本單元有兩個功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當主電源輸出電流超過某一設定值時發(fā)出過流信號切斷電源</p><p>　　TA1,TA2,TA3為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個園孔均為觀測孔，

80、不需再外部進行接線，只要將DJK04掛件的十芯電源線與插座相連接，那么TA1、TA2、TA3就與屏內(nèi)的電流互感器輸出端相連，當打開掛件電源開關，過流保護即處于工作狀態(tài)。</p><p>　　(1)電流反饋與過流保護的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負載電流大小的電壓信號經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至RP1、RP2、及R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中:</p><

81、p>　?、賀2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在其中點取零電流檢測信號從1腳輸出，供零電平檢測用。當電流反饋的電壓比較低的時候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7截止。當電流反饋的電壓升高的時候，“1”端的輸出也隨著升高，當輸出電壓接接近0.6V左右時，VD7導通，使輸出始終保持在0.6V左右。</p><p>　　②將RP1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“2”端輸出，電流反饋系數(shù)由RP1進行調(diào)節(jié)

82、。</p><p>　?、跼P2的滑動觸頭與過流保護電路相連，調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)過流動作電流的大小。</p><p>　　(2)當電路開始工作時，由于電容C2的存在，V3先與V2導通，V3的集電極低電位，V4截止，同時通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止狀態(tài)。</p><p>　　(3)當主電路電流超過某一數(shù)值后，RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓

83、管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導通，從而V3截止，V4導通使繼電器K動作，控制屏內(nèi)的主繼電器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實驗裝置已過流跳閘。調(diào)節(jié)RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。</p><p>　　(4)過流的同時，V3由導通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個高電平信號從“3”端輸出，作為推β信號供電流調(diào)節(jié)器使用。</p><p>　　(5

84、)SB為解除過流記憶的復位按鈕，當過流故障己經(jīng)排除，則須按下SB以解除記憶，才能恢復正常工作。當過流動作后，電源通過SB、R4、VD8及C2維持V2導通，V3截止、V4導通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當按下SB后，V2基極失電進入截止狀態(tài)，V3導通、V4截止，電路才恢復正常。</p><p><b>　　4.3.5轉(zhuǎn)速變換</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速變換用于

85、有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，它將反映轉(zhuǎn)速變化并與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。</p><p>　　圖4-8 速度變換圖</p><p>　　使用時，將電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。</p><p><b>　　給定</b></p>

86、<p>　　圖4-9 電壓給定原理圖</p><p>　　電壓給定由兩個電位器RP1、RP2及兩個鈕子開關S1、S2組成。S1為正、負極性切換開關，輸出的正、負電壓的大小分別由RP1、RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為0～士l5V，S2為輸出控制開關，打到“運行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。</p><p>　　按以下步驟撥動S1、S2，可獲得以下信號：</p

87、><p>　　(1)將S2打到“運行”側(cè)，S1打到“正給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP1使給定輸出一定的正電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。</p><p>　　(2)將S2打到“運行”側(cè)，S1打到“負給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從負電壓突跳到0V的階躍信號，再撥

88、動S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從0V突跳到負電壓的階躍信號。</p><p>　　(3)將S2打到“運行”側(cè)，撥動S1，分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負電壓，當S1從“正給定”側(cè)打到“負給定”側(cè)，得到從正電壓到負電壓的跳變。當S1從“負給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負電壓到正電壓的跳變。</p><p>　　元件RP1、RP2、S1及S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3

89、位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長時間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時候，可能會將RP1、RP2損壞。</p><p>　　4.3.6零速封鎖器</p><p>　　零速封鎖器的原理圖如下：</p><p>　　圖4-10 零速封鎖器原理圖</p><p>　　零速封鎖器由兩個具有“山”型繼電器特性的電平檢測器，邏輯

90、門及延時環(huán)節(jié)組成，其原理如圖4-10。</p><p>　　零速封鎖器的作用是：當給定電壓及速度反饋電壓均為零時（即調(diào)速系統(tǒng)在停車狀態(tài)），封鎖電壓調(diào)節(jié)器的輸出，保證電機不會低速爬行或者系統(tǒng)在零速時出現(xiàn)振蕩。</p><p>　　兩個“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進行檢測，當輸入信號為正值時，通過二極管VD1和VD3分別進入運放的反向輸入端，而當輸入信號為負值時，則通過VD2和V

91、D4進入運放的正相輸入端。故當輸入信號絕對值大于某值時（0.3V左右）時，運放輸出始終為負值，通過二極管VD9和VD10鉗位至-0.7V，作為“0” 信號，當輸入信號的絕對值小于某一整定值時（0.2V左右），則運放輸出正電壓，作為“1”信號。因此可得到如圖4-11所示的“山”型繼電特性。</p><p>　　圖4-11 零速封鎖器的“山”型繼電特性</p><p>　　當電平檢測到輸入電壓

92、大于0.3V時，其輸出為低電平“0”，當電平檢測到輸入電壓小于0.2V時，其輸出為高電平“1”。兩個電平檢測器的輸出經(jīng)與門和非門后，V2的基極為低電平，V2導通，零速封鎖器輸出約為-15V的電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應管的柵極，使其關斷，從而使電壓調(diào)節(jié)器開放工作，在出現(xiàn)故障時，電平檢測器輸出低電平“1”，V2基極為低電平，則V2截止，零速封鎖器輸出0V電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應管的柵極，使其導通，使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路，輸出為

93、“0”。</p><p>　　電容C3和電阻R25起延時作用，當與門輸出由低電平跳變到高電平時，該電電位由正電源向C3和R25充電，其電位逐漸升高，從而避免在低速運行或換向過程中引起誤封鎖。</p><p>　　面板上裝有S1開關，當開關撥到“封鎖”時，零速封鎖器處于工作狀態(tài)；當S1開關撥到“解除”時，零速封鎖器處于關閉狀態(tài)。</p><p>　　4.3.7轉(zhuǎn)矩極性

94、鑒別(DPT)</p><p>　　轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運算所需的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖G所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖H所示，具有繼電特性。</p><p>　　調(diào)節(jié)運放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:&

95、lt;/p><p>　　Uk = Usr2一Usr1 = K1(Uscm2一Uscm1)</p><p>　　式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強，回環(huán)寬度就越??；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負及由負翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓； Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.2～0.6V，環(huán)寬大時能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時會使系

96、統(tǒng)動作遲鈍。</p><p>　　圖4-12 轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖 圖4-13 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性</p><p>　　零電平檢測(DPZ)</p><p>　　零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進行零電流檢測，當輸出主電路的電流接近零時，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電

97、平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖4-14和圖4-15所示。</p><p>　　圖4-14 零電平檢測器原理 圖4-15 零電平檢測器輸入輸出特性</p><p><b>　　邏輯控制(DLC)</b></p><p>　　邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號進&

98、lt;/p><p>　　行邏輯運算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運行。其原理圖如圖4-16所示。其主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護電路、推電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。</p><p>　　圖4-16 邏輯控制器原理圖</p><p><b>　　(1)邏輯判斷環(huán)節(jié)</b></p><p&g

99、t;　　邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI 是否從“0”變“1”決定)。即當UM變號后，零電平檢測到主電路電流過零(UI =“1”)時，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時應保證在任何時刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。</p><p><b>　　(2)延時環(huán)節(jié)</b

100、></p><p>　　要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF 后，經(jīng)關斷等待時間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設置相應的延時電路，延時電路中的VD1、VD2、C1、C2起t1的延時作用，VD3、VD4、C3、C4起t2的延時作用。</p><p><b>　　(3)邏

101、輯保護環(huán)節(jié)</b></p><p>　　邏輯保護環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護環(huán)節(jié)。當邏輯電路發(fā)生故障時，UZ、UF的輸出同時為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護環(huán)節(jié)后。當UZ、UF全為“1”狀態(tài)時，使邏輯保護環(huán)節(jié)輸出A點電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr 都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。</

102、p><p><b>　　(4)推β環(huán)節(jié)</b></p><p>　　在正、反橋切換時，邏輯控制器中的G8輸出“1”狀態(tài)信號，將此信號送入調(diào)節(jié)器的輸入端作為脈沖后移推β信號，從而可避免切換時電流的沖擊。</p><p><b>　　(5)功放電路</b></p><p>　　由于與非門輸出功率有限，為了可

103、靠的推動Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級。</p><p>　　第五章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī)工程設計</p><p>　　5.1調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)計算</p><p>　　5.1.1系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖</p><p>　　圓盤拉伸機采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖見下圖。</p><p>　　1）

104、電流反饋系數(shù)的計算</p><p>　　設：①速度調(diào)節(jié)器的限幅值為；</p><p>　?、陔妱訖C的啟動、制動電流為，即為208A。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的最大給定電壓就是速度調(diào)節(jié)器的限幅值，對應的最大電流為（即電機運行時可能出現(xiàn)的最大電流），所以，電流反饋系數(shù)為：</p><p>　　2）速度反饋系數(shù)的計算</p>

105、<p>　　設：①最大給定電壓為15V，電動機運行于額定轉(zhuǎn)速；</p><p>　　②由于本系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速，因此，就是系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速，速度反饋系數(shù)為：</p><p>　　3）電動機的電勢系數(shù)</p><p>　　設：電動機的磁通在運行過程中保持不變，則電動機的電勢系數(shù)為：</p><p>　　式中：為電動機的電樞電阻，已知。&l

106、t;/p><p>　　4）主回路等值電阻R的計算</p><p>　　電動機主回路等值電路如圖5-2：</p><p>　　圖中：E—電動機反電動勢；</p><p><b>　　—整流電路瞬時值</b></p><p><b>　　L—主電路總電感；</b></p>

107、<p>　　R—主電路等效電阻，</p><p>　　—整流裝置內(nèi)阻，包括整流器內(nèi)部的電阻、整流器件正向壓降所對應的電阻、整流變壓器漏抗換相壓降相應的電阻：</p><p><b>　　—電動機電樞電阻；</b></p><p><b>　　—平波電抗器電阻。</b></p><p>

108、<b>　　已知</b></p><p>　　5）可控整流裝置的放大系數(shù)的計算</p><p>　　由于三相橋式反并聯(lián)系統(tǒng)采用的工作制，而且為了防止逆變失敗，最小角限制在，對應于時，電流調(diào)節(jié)器要處于限幅值，設LT的限幅值為，LT為限幅值時，整流裝置的輸出電壓。所以整流裝置的放大系數(shù)為：</p><p><b>　　倍</b>

109、;</p><p>　　6）速度調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)與電流調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)</p><p>　　速度調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器,須在進行動態(tài)校正時，得到確定。</p><p>　　5.1.2系統(tǒng)的靜態(tài)特性</p><p>　　當速度調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器均采用純比例調(diào)節(jié)器時，由系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖可得系統(tǒng)的靜態(tài)方程如下：</p>&

110、lt;p><b>　　式中，。</b></p><p>　　當速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器時，由于積分的作用，可以做到無靜差。</p><p>　　5.2調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)計算</p><p>　　雙閉環(huán)系統(tǒng)的一般設計方法是：從內(nèi)環(huán)開始，逐步擴大到外環(huán)，一環(huán)一環(huán)的進行設計。本系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)。因此先從電流入手，首先設計好電流環(huán)，然

111、后把電流環(huán)看成是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的一個環(huán)節(jié)，再設計速度環(huán)。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結構框圖如圖5-3所示，系統(tǒng)增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。由于電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需要低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一節(jié)慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù)按要求選定，以濾平電流檢測信號為準。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號

112、的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是，讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延時，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設計上的方便。</p><p>　　由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換相波紋，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　5

113、.2.1電流調(diào)節(jié)器的設計</p><p>　　5.2.1.1電流環(huán)的結構框圖的簡化</p><p>　　在圖5-3點畫線框內(nèi)的電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠小于電機時間常數(shù)，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流的瞬

114、變過程中，可以認為反電動勢基本不變，即。這樣，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的影響，也就是說，可以暫且把反電動勢的作用去掉。此外，由于和一般都比小得多，可以當做小慣性群而近似的看做是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為。</p><p>　　則電流環(huán)結構圖化簡為圖5-4</p><p>　　上述結果的假定條件如下：</p><p>　　電力電子變換器純滯后