課程設(shè)計(jì)（論文）四輥可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、前言直流電機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中是一種很重要的電機(jī)它可以作電動(dòng)機(jī)使用，也可以作發(fā)電機(jī)使用，此外還有其它特殊的用途。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)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(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，在電力電子變換器中以晶閘管為主的可控器件已經(jīng)基本被功率開(kāi)關(guān)器件所取代，因而變換技術(shù)也由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制（pwm）；交流可調(diào)拖動(dòng)系統(tǒng)正逐步取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)。然而，直流拖動(dòng)控制畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且我國(guó)早期的許多工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械都是采用直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中還占有相當(dāng)大的比重，短時(shí)間內(nèi)不可能完全被交流拖動(dòng)系統(tǒng)所取代。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理

2、量來(lái)看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類(lèi)型，各種系統(tǒng)往往都是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)又可分為不同的控制系統(tǒng)。但是，從一定角度上來(lái)說(shuō)，可以把調(diào)速系統(tǒng)籠統(tǒng)的分為開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、維護(hù)方便，但是它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能往往不能滿足生產(chǎn)和控制要求。而閉環(huán)控制系統(tǒng)可以很好的解決這些問(wèn)題，因此在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流系統(tǒng)是性能最好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本文為直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇，各單元的

3、組成，元件的參數(shù)與選擇等內(nèi)容！通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，了解運(yùn)動(dòng)控制在工業(yè)上的應(yīng)用！ 目錄前言1第一章設(shè)計(jì)的介紹41.1設(shè)計(jì)目的41.2設(shè)計(jì)內(nèi)容41.3設(shè)計(jì)題目41.3.1生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能41.3.2設(shè)計(jì)要求51.3.3直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)5第二章四輥可逆冷軋機(jī)的介紹6第三章系統(tǒng)各模塊及其電路設(shè)計(jì)73.1主回路設(shè)計(jì)73.2控制回路設(shè)計(jì)73.2.1給定單元93.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器93.2.4 反號(hào)器133.2.5觸發(fā)電路133.2.6邏輯控制單元143.2.7零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元和零電流檢測(cè)單元153.2.8零封鎖環(huán)節(jié)163.2.9 電流反饋與過(guò)流保護(hù)17第四章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算194.1 整流變壓器的選擇194

4、.2 晶閘管的選擇194.3 晶閘管保護(hù)措施204.4 電流互感器的選擇204.5 平波電抗器的計(jì)算21第五章 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)235.1 靜特性分析和計(jì)算235.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)235.2.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)245.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)26第六章 系統(tǒng)調(diào)試和校正286.1 系統(tǒng)各功能模塊性能的調(diào)試與測(cè)試286.1.1系統(tǒng)的相位整定286.1.2觸發(fā)器的整定286.1.3 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)運(yùn)行及特性測(cè)試296.1.4 速度反饋特性的測(cè)試306.1.5 調(diào)節(jié)器的調(diào)試316.1.6 電流調(diào)節(jié)器acr的調(diào)試316.1.7 反相器ar的調(diào)試316.2 系統(tǒng)整體功能測(cè)試316.

5、3 系統(tǒng)小結(jié)32第七章總結(jié)33參考文獻(xiàn)：34附圖34第一章設(shè)計(jì)的介紹1.1設(shè)計(jì)目的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的主干專(zhuān)業(yè)課，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)和理論分析和解決運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)及正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等工具書(shū)的能力，理解分析、制定設(shè)計(jì)方案的能力，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1、根據(jù)工藝要求，論證、分析、設(shè)計(jì)主電路和控制電路方案，繪出該系統(tǒng)的原理圖（2號(hào)圖紙）。2、設(shè)計(jì)組成該電路的各單元，分析說(shuō)明。3、選擇主電路的

6、主要設(shè)備，計(jì)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(shuō)明保護(hù)元件的作用（必須有電流和電壓保護(hù)）。4、設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。5、結(jié)合實(shí)驗(yàn)，論述該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。1.3設(shè)計(jì)題目四輥可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.3.1生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能四輥可逆冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用，為提高其生產(chǎn)效率，冷軋機(jī)要往、返軋制其金屬材料。直到達(dá)到要求的厚度時(shí)才停止。因此要求冷軋機(jī)左右兩邊的兩臺(tái)卷取機(jī)在從左往右的正向軋制過(guò)程中，左邊一臺(tái)卷取機(jī)作開(kāi)卷機(jī)用，其工作在發(fā)電狀態(tài)，右邊一臺(tái)

7、卷取機(jī)作卷機(jī)用，工作在電動(dòng)狀態(tài)。若逆向軋制（從右往左軋制），右邊卷取機(jī)作開(kāi)卷機(jī)，工作在發(fā)電狀態(tài)，左邊卷取機(jī)則作卷取機(jī)用，工作在電動(dòng)狀態(tài)。兩臺(tái)卷取機(jī)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)完全一樣，機(jī)械參數(shù)如下：帶卷內(nèi)徑（卷筒直徑）：500mm帶卷外徑：6801100mm帶卷最大重量：2000kg帶卷最大張力：2000kg卷取機(jī)傳動(dòng)比：i=1.87張力傳感器張力傳感器帶材左卷取機(jī)軋機(jī)右卷取機(jī)圖1-1四輥可逆冷軋機(jī)原理圖1.3.2設(shè)計(jì)要求1、 兩臺(tái)卷取機(jī)控制原理完全一樣，僅設(shè)計(jì)其中一臺(tái)；2、 技術(shù)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量，空載起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量能實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。1.3.3直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)，電樞回路總電阻，電流過(guò)載倍

8、數(shù)，。第二章四輥可逆冷軋機(jī)的介紹圖2-1四輥可逆冷軋機(jī)四輥可逆冷軋機(jī)是生產(chǎn)冷軋板帶典型的傳統(tǒng)軋機(jī)。80年代末以來(lái)，隨著世界小鋼廠的發(fā)展，尤其是薄板柸連鑄連軋技術(shù)發(fā)展及對(duì)熱帶深加工的需要，四輥可逆式冷軋機(jī)成為板帶小鋼廠熱帶深加工的主要生產(chǎn)設(shè)備。其裝置技術(shù)水平不斷發(fā)展提高?，F(xiàn)代串列式冷軋機(jī)及全連續(xù)冷軋機(jī)上的現(xiàn)代化技術(shù)，也用于可逆式冷軋機(jī)上。并且，雙機(jī)架四輥可逆冷軋機(jī)也得到發(fā)展?，F(xiàn)代四輥可逆冷軋機(jī)的生產(chǎn)及裝備技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的四輥可逆式冷軋機(jī)。四輥可逆冷軋機(jī)生產(chǎn)特點(diǎn)：1. 提高生產(chǎn)力2. 擴(kuò)大產(chǎn)品品種規(guī)格3. 提高產(chǎn)品質(zhì)量4. 提高自動(dòng)化裝備水平第三章系統(tǒng)各模塊及其電路設(shè)計(jì)3.1主回路設(shè)計(jì)此系統(tǒng)

9、是直流調(diào)速系統(tǒng)，為了獲得較好的直流采用三相整流；由于生產(chǎn)工藝要求電機(jī)正反轉(zhuǎn)，考慮到晶閘管的單向?qū)щ娦裕捎谜磧山M晶閘管反并聯(lián)可逆控制系統(tǒng)。其實(shí)現(xiàn)方式如下圖： 圖3-1 主回路設(shè)計(jì)原理圖可逆的調(diào)速系統(tǒng)能滿足電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，即需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性的要求。3.2控制回路設(shè)計(jì)為了滿足生產(chǎn)工藝對(duì)電流的電流超調(diào)量的要求，并且為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值idm的恒流過(guò)程。必需采用電流閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)acr。為了滿足生產(chǎn)工藝對(duì)電流的轉(zhuǎn)速超調(diào)量和轉(zhuǎn)速無(wú)靜差的要求。必需采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)asr。因此為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)

10、反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接。有環(huán)流系統(tǒng)中，雖然其具有反向快、過(guò)度平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此，對(duì)于大容量的系統(tǒng)，從機(jī)器生產(chǎn)可靠性出發(fā)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬間脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。而本系統(tǒng)的容量較大，工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不很，因而采用無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。即當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）根據(jù)零轉(zhuǎn)矩和零電流邏輯的去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷環(huán)流的通路。因此需要增加一個(gè)控制正

11、反組工作的邏輯控制單元dlc。通過(guò)分析可以確定控制系統(tǒng)控制回路由以下幾個(gè)模塊組成：給定模塊、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr、電流調(diào)節(jié)器acr、電流反饋模塊，轉(zhuǎn)速反饋模塊，邏輯控制單元dlc、零轉(zhuǎn)矩和零電流檢測(cè)單元dpt、dpz和一個(gè)為避免元件溫升和零點(diǎn)漂流的零速封鎖單元dzs，反號(hào)器ar，電流反饋與過(guò)電流保護(hù)fbc+fa。圖3-2 控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖如上圖所示。采用一個(gè)電流調(diào)節(jié)器和一個(gè)觸發(fā)模塊，并采用邏輯控制單元來(lái)協(xié)調(diào)正反組晶閘管工作。從而達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的。3.2.1給定單元有上圖可知，給定單元由模擬電路組成，包含三級(jí)放大器，第一級(jí)為高倍放大器，u1都是飽和值，當(dāng)給定過(guò)大時(shí)，要求限幅，由二極管控制，

12、u1與un*極性相同，第二級(jí)為積分器，經(jīng)過(guò)rc積分輸出電壓變?yōu)樾逼滦盘?hào)，且為負(fù)相，與給定un*方向相反，積分變化率可以用電位器rp來(lái)調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)rc來(lái)控制積分快慢。最后一級(jí)為反向器，將u2信號(hào)反向，使與un*一致方向變化，并且ugi反饋回第一級(jí)輸入端，為負(fù)反饋，以決定積分終止時(shí)刻，當(dāng)ugi= un*時(shí)，負(fù)反饋起作用，u1很快減小，積分終止，ugi與u2保持恒值。圖3-3給定單元電路圖3.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，甚至實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。2、對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 3、其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。 4

13、、當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常?？紤]到asr的上述作用和生產(chǎn)工藝要求系統(tǒng)隊(duì)階躍信號(hào)無(wú)靜差,將asr設(shè)計(jì)成pi調(diào)節(jié)器，通過(guò)有關(guān)書(shū)籍可知這樣可以使系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)二型系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。圖3-4為asr的主體結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速給定電壓un*和轉(zhuǎn)速反饋電壓un經(jīng)濾波后通過(guò)由放大器構(gòu)成的pi調(diào)節(jié)器后生成電流給定電壓ui*輸出給電流調(diào)節(jié)器。圖3-4 asr的主體結(jié)構(gòu)圖其實(shí)際的實(shí)現(xiàn)電路如下圖示：圖3-5 asr單元電路圖r1、r2、c1，r3、r4、c2 構(gòu)成等效的阻容濾波去除轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反饋的紋波。電阻r7，c4通過(guò)放大器構(gòu)成pi調(diào)節(jié)器

14、為了避免運(yùn)放長(zhǎng)期工作產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移，并聯(lián)一個(gè)大電阻r6形成準(zhǔn)pi調(diào)節(jié)器。場(chǎng)效應(yīng)管q1做開(kāi)關(guān)用，當(dāng)零封輸入信號(hào)(uo)接高電平時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通將輸出拉至0v，二極管d1避免由于零封信號(hào)波動(dòng)而使q1意外導(dǎo)通。d2,d3,rp4，rp5構(gòu)成正負(fù)限幅電路。以正向限幅為例：當(dāng)運(yùn)放的輸出端電壓經(jīng)限流電阻r10后，如果電壓值小于d2導(dǎo)通電壓加rp4滑動(dòng)端對(duì)地電壓則線性輸出否則輸出d2導(dǎo)通將輸出電壓鉗位在限幅值。電容c5用于限制運(yùn)放輸出端電壓變化過(guò)快。3.2.3電流調(diào)節(jié)器1、作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。 2、對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾

15、的作用。 3、在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。 4、當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。 考慮到acr的上述作用和生產(chǎn)工藝要求系統(tǒng)主回路電流超調(diào)量小,將acr設(shè)計(jì)成pi調(diào)節(jié)器，通過(guò)有關(guān)書(shū)籍可知這樣可以使電流環(huán)構(gòu)成一個(gè)型結(jié)構(gòu)。通過(guò)一階最優(yōu)使其動(dòng)態(tài)性能達(dá)到要求。圖3-6和圖3-7分別為的主體結(jié)構(gòu)圖和實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖，給定電壓ui*和電流反饋電壓ui經(jīng)濾波后通過(guò)由放大器構(gòu)成的pi調(diào)節(jié)器后生成觸發(fā)電路的控制電壓ua輸出給觸發(fā)電路。圖3-6 acr主體結(jié)構(gòu)圖acr主體結(jié)構(gòu)

16、實(shí)際電路與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr基本一致，但由于采用一個(gè)acr控制正反兩組晶閘管觸發(fā)電路所以acr的輸入端分別有正反兩組電流給定信號(hào)輸入。acr同一時(shí)間只能向一組發(fā)出控制信號(hào)，所以采用正反組電流給定信號(hào)交替輸入的方式。實(shí)現(xiàn)方式是采用三極管構(gòu)成電子開(kāi)關(guān)用dzs的正反組工作的控制信號(hào)ubir， ubif分別控制正反組電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。從而達(dá)到正反組電流給定信號(hào)交替輸入的目的。在輸出電路方面為了提高帶負(fù)載能力采用了晶體管放大電路。也減少了負(fù)載電流對(duì)本環(huán)節(jié)的沖擊。圖3-7 acr單元電路圖3.2.4 反號(hào)器電流反饋信號(hào)的級(jí)性總是為“+”，而且，此系統(tǒng)只采用了一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，為保證電流環(huán)為電流負(fù)反饋環(huán)，實(shí)

17、現(xiàn)負(fù)反饋控制，必須采用一只反號(hào)器ar，為此，由邏輯dlc的兩個(gè)相反的和信號(hào)分別控制電流的給定信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)電流反饋永遠(yuǎn)是負(fù)反饋。圖3-8ar單元電路圖3.2.5觸發(fā)電路三相移相觸發(fā)器由三片集成電路芯片kj004(或kc04)等組成，通過(guò)kj041而形成六路雙窄脈沖，經(jīng)脈沖放大和脈沖門(mén)mt，去觸發(fā)三相全控橋晶閘管。三相移相觸發(fā)器有兩路輸入信號(hào)，一路是三相交流同步電源，以保證主電路的交流電壓和觸發(fā)脈沖保持同步，去正確觸發(fā)各相晶閘管。另一路是脈沖移動(dòng)的控制信號(hào)，用它來(lái)控制觸發(fā)器脈沖發(fā)出的時(shí)刻，從而達(dá)到控制晶閘管觸發(fā)角的目的。圖3-9 觸發(fā)器單元電路圖 3.2.6邏輯控制單元為了從根本上消除系統(tǒng)的靜態(tài)環(huán)

18、流和脈沖環(huán)流，則必須在任何時(shí)刻只允許開(kāi)放一組晶閘管脈沖，另一組晶閘管脈沖被嚴(yán)格封鎖，為達(dá)到此目的，電路上設(shè)計(jì)了兩個(gè)模擬電子開(kāi)關(guān)脈沖門(mén)、，邏輯控制器根據(jù)系統(tǒng)的工作情況正確發(fā)出指令來(lái)接通一脈沖門(mén)而同時(shí)切斷另一脈沖讓。結(jié)構(gòu)上主要分為邏輯控制和延時(shí)控制，考慮換組運(yùn)行的參考依據(jù)是轉(zhuǎn)矩極性和電流是否為零，所以dlc輸入信號(hào)是轉(zhuǎn)矩極性和電流的狀態(tài)。dlc的邏輯如下：正向運(yùn)行：vf整流，開(kāi)放vf，封鎖vr；反向制動(dòng)：vf逆變，開(kāi)放vf，封鎖vr；反向運(yùn)行：vr整流，開(kāi)放vr，封鎖vf；正向制動(dòng)：vr逆變，開(kāi)放vr，封鎖vf。圖3-10邏輯控制單元電路圖 因此，dlc的輸出有兩種狀態(tài)：vf開(kāi)放ublf = 1

19、vf封鎖ublf=0vr開(kāi)放ublr = 1 vr封鎖ublr=0r32與c34，r34與c37構(gòu)成延時(shí)環(huán)節(jié)為以下兩個(gè)延時(shí)提供條件以保證兩組晶閘管裝置可靠切換。 t1延時(shí)關(guān)斷等待時(shí)間，以確認(rèn)電流已經(jīng)過(guò)零，而非因電流脈動(dòng)引起的誤信號(hào)；t2延時(shí)觸發(fā)等待時(shí)間，以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止其重新導(dǎo)通。3.2.7零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元和零電流檢測(cè)單元零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元和零電流檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)電路完全相同，實(shí)際都是一個(gè)回滯比較器。但目的不同，零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元是檢測(cè)轉(zhuǎn)矩正負(fù)極性，零電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流是否為零。所以具體的參數(shù)不同，回滯曲線要求不同。零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元的輸出要求：電極正轉(zhuǎn)：輸出為“1”態(tài)；電極反轉(zhuǎn)

20、：輸出為“0”態(tài)。其實(shí)現(xiàn)電路圖如圖3-11所示：圖3-11 零矩陣檢測(cè)單元電路圖零電流檢測(cè)器的輸出要求：主回路電流接近零時(shí)，輸出為“1”態(tài)；主回路有電流時(shí)，輸出為“0”態(tài)。其實(shí)現(xiàn)電路圖如圖3-12所示：圖3-12 零電流檢測(cè)單元電路圖3.2.8零封鎖環(huán)節(jié)作用是：當(dāng)給定信號(hào)為0時(shí)，電機(jī)不動(dòng)，然而，各調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)漂移將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的爬行，為確保零位時(shí)電動(dòng)機(jī)不會(huì)爬行，一定要將調(diào)節(jié)器鎖零，即控制場(chǎng)效應(yīng)管使調(diào)節(jié)器的輸入和輸出間短接。圖十二為零封鎖電路的電路圖。圖3-12 零封鎖環(huán)節(jié)的電路圖 3.2.9 電流反饋與過(guò)流保護(hù)圖3-13電流反饋與過(guò)流保護(hù)本單元有兩個(gè)功能，一是檢測(cè)主電源輸出的電流反饋信號(hào)，二是當(dāng)

21、主電源輸出電流超過(guò)某一設(shè)定值時(shí)發(fā)出過(guò)流信號(hào)切斷電源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(gè)園孔均為觀測(cè)孔，不需再外部進(jìn)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(dāng)打開(kāi)掛件電源開(kāi)關(guān)，過(guò)流保護(hù)即處于工作狀態(tài)。(1)電流反饋與過(guò)流保護(hù)的輸入端ta1、ta2、ta3，來(lái)自電流互感器的輸出端，反映負(fù)載電流大小的電壓信號(hào)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:r2與vd7并聯(lián)后再與r1串聯(lián)，在其中點(diǎn)取零電流檢測(cè)信號(hào)從1腳輸出，供零電

22、平檢測(cè)用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時(shí)候，“1”端的輸出由r1、r2分壓所得，vd7截止。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時(shí)候，“1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接接近0.6v左右時(shí)，vd7導(dǎo)通，使輸出始終保持在0.6v左右。將rp1的滑動(dòng)抽頭端輸出作為電流反饋信號(hào)，從“2”端輸出，電流反饋系數(shù)由rp1進(jìn)行調(diào)節(jié)。rp2的滑動(dòng)觸頭與過(guò)流保護(hù)電路相連，調(diào)節(jié)rp2可調(diào)節(jié)過(guò)流動(dòng)作電流的大小。(2)當(dāng)電路開(kāi)始工作時(shí)，由于電容c2的存在，v3先與v2導(dǎo)通，v3的集電極低電位，v4截止，同時(shí)通過(guò)r4、vd8將v2基極電位拉低，保證v2一直處于截止?fàn)顟B(tài)。(3)當(dāng)主電路電流超過(guò)某一數(shù)值后，rp2上取得的過(guò)流電壓信號(hào)超過(guò)穩(wěn)

23、壓管v1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管v2導(dǎo)通，從而v3截止，v4導(dǎo)通使繼電器k動(dòng)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(bào)警器發(fā)出告警信號(hào)，提醒操作者實(shí)驗(yàn)裝置已過(guò)流跳閘。調(diào)節(jié)rp2的抽頭的位置，可得到不同的電流報(bào)警值。(4)過(guò)流的同時(shí)，v3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗诩姌O產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)從“3”端輸出，作為推信號(hào)供電流調(diào)節(jié)器使用。(5)sb為解除過(guò)流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過(guò)流故障己經(jīng)排除，則須按下sb以解除記憶，才能恢復(fù)正常工作。當(dāng)過(guò)流動(dòng)作后，電源通過(guò)sb、r4、vd8及c2維持v2導(dǎo)通，v3截止、v4導(dǎo)通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當(dāng)按下sb后，v2基極失電進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，v3導(dǎo)通

24、、v4截止，電路才恢復(fù)正常。第四章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 整流變壓器的選擇由于整流線路采用三相橋整流，對(duì)于這樣的可逆系統(tǒng)有：又整流電流 所以，副方變壓器容量為： 因?yàn)榻涣髯儔浩鞫蝹?cè)為交流不存在直流磁化的問(wèn)題，則原邊變壓器容量為變壓器總?cè)萘繛?取變壓器容量為300kva4.2 晶閘管的選擇晶閘管額定電壓：晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（23）整流電路形式為三相全控橋，查表得，則取v.晶閘管額定電流：選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過(guò)的額定電流有效值大于實(shí)際流過(guò)管子電流最大有效值 ，即 =1.57 或 = 考慮

25、（1.52）倍的裕量 式中k=/（1.57）-電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)周?chē)h(huán)境溫度超過(guò)+40時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得 k=0.367，考慮(1.52)倍的裕量 取。故選晶閘管的型號(hào)為ks800a4.3 晶閘管保護(hù)措施為了限制電壓上升率和電流上升率，系統(tǒng)加入了橋臂電抗器，橋臂電抗器采用空心電抗，為了提高電感量，每個(gè)電抗器內(nèi)安置有鐵氧磁棒。用快速熔斷器作為過(guò)流保護(hù)，橋臂快熔的額定電流為：環(huán)流快熔的額定電流為：所以選擇的橋臂快熔的型號(hào)為： ，環(huán)流快熔的型號(hào)為：4.4 電流互感器

26、的選擇由于交流變壓器副方電流為624.24a，所選lmz-0.5-1型，額定電流為800a，做計(jì)量保護(hù)用。4.5 平波電抗器的計(jì)算為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。（1） 算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計(jì)算，單位mh。 式中為與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；為最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的510計(jì)算。根據(jù)本電路形式查得=0.695所以=2.18mh（2）限制輸出電流脈動(dòng)的臨界電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，因此輸出電流波形也是脈動(dòng)的

27、。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來(lái)限制輸出電流的脈動(dòng)量。平波電抗器的臨界電感量（單位為m）可用下式計(jì)算 式中系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，電流最大允許脈動(dòng)系數(shù)，通常三相電路（510）。根據(jù)本電路形式查得=1.045, 所以=1.64mh （3）電動(dòng)機(jī)電感量和變壓器漏電感量電動(dòng)機(jī)電感量（單位為mh）可按下式計(jì)算 式中,n直流電動(dòng)機(jī)電壓、電流和轉(zhuǎn)速，常用額定值代入；p電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；計(jì)算系數(shù)。一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取812，快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取68，有

28、補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取56。本設(shè)計(jì)中取=8、=230v、=765a、n=1400r/min、p=1變壓器漏電感量（單位為mh）可按下式計(jì)算 式中計(jì)算系數(shù)，查表可得3.9變壓器的短路比，取3。本設(shè)計(jì)中取=3.9、=3所以 =3.93120/（100765）=0.018mh （4）實(shí)際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時(shí)的實(shí)際電感量： 如上述條件均需滿足時(shí)，應(yīng)取作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取=2 mh作為平波電抗器的電感值。第五章 雙閉環(huán)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)5.1 靜特性分析和計(jì)算靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為典型的電流速度雙閉環(huán)系統(tǒng)。 圖5-1靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1）電流反饋系數(shù)為：（2）速度反饋系

29、數(shù)為：（3）觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數(shù)為 （4）電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)為：（5）電樞回路總電阻為：r=0.185.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，忽略反電動(dòng)勢(shì)影響，如圖5-2所示：圖5-2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中為速度調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為晶閘管平均失控時(shí)間常數(shù)，對(duì)于三相橋式整流電路，取=0.0017s為電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù) ，取=0.1s為電動(dòng)機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)，取為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，取=0.1263v/（r/min）為電流反饋濾波時(shí)間，取 =0.002s為速度反饋濾波時(shí)間，取 =0.01s5.2.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)（1）確定時(shí)間常數(shù)在三相橋式全控電路有：已知，所以電流環(huán)小時(shí)

30、間常數(shù)=0.0017+0.002=0.0037s。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，故可用pi型電流調(diào)節(jié)器 。 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù) （3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算： 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=0.03s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以=，電樞回路總電阻r=0.12，所以acr的比例系數(shù) =（4）校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率=135.1。晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件： ，滿足條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件

31、。（5） 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的=40，有=0.9740=38.8，取40，取0.8，取0.2。故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖5-3 電流調(diào)節(jié)器5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn)（1）確定時(shí)間常數(shù)：有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計(jì)要求，選用pi調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨性能和抗擾動(dòng)性能的要求，取h=5,asr超調(diào)時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益為 asr開(kāi)環(huán)比例系數(shù)為 （4）計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻電容值： （5）校驗(yàn)近似條件： 轉(zhuǎn)速截止環(huán)頻率為： 電流環(huán)傳函簡(jiǎn)化條件： 滿足條

32、件小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 滿足條件（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使asr 退飽和，重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=5時(shí)，查得=81.2%，所以 =0.058 =5.8% 10%滿足設(shè)計(jì)要求.第六章 系統(tǒng)調(diào)試和校正6.1 系統(tǒng)各功能模塊性能的調(diào)試與測(cè)試6.1.1系統(tǒng)的相位整定定相分析：定相的目的是根據(jù)各相晶閘管各自的導(dǎo)電范圍內(nèi)，觸發(fā)器能給出觸發(fā)脈沖，也就是確定觸發(fā)器的同步電壓與其對(duì)應(yīng)的主回路電壓之間的正確相位關(guān)系，因此必須根據(jù)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)原理，主變壓器的接線組別來(lái)確定同步變壓器的接線組別。6.1.2觸發(fā)器的整定1、先將djk02的觸發(fā)脈沖指示開(kāi)關(guān)撥至窄脈沖位置，合djk

33、02中的電源開(kāi)關(guān)，用示波器觀察a相、b相、c相的三相鋸齒波，分別調(diào)節(jié)所對(duì)應(yīng)的斜率調(diào)節(jié)器，使三相鋸齒波的斜率一致。2、觀察djk02中vt1vt6孔的六個(gè)雙窄脈沖，使間隔均勻，相位間隔60度。3、觸發(fā)器移相控制特性的整定：如圖十七所示，系統(tǒng)要求當(dāng)uct0v時(shí)，90，電機(jī)應(yīng)停止不動(dòng)。因此要調(diào)整偏移電阻up，使90。圖6-1 觸發(fā)器移相控制特性測(cè)得當(dāng)min30時(shí)所對(duì)應(yīng)的值uctm4.07v，該值將作為整定acr輸出最大正限幅值的依據(jù)；測(cè)得當(dāng)150（min30）時(shí)所對(duì)應(yīng)的值uctm3.36v，該值將作為整定acr輸出最大負(fù)限幅值的依據(jù)。6.1.3 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)運(yùn)行及特性測(cè)試1、高速特性的測(cè)試：逐步增加給

34、定電壓，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、升速。調(diào)節(jié)ug（uct）和滑動(dòng)變阻器的阻值，使電機(jī)電流idin1.2a，轉(zhuǎn)速nnn1500rpm。給定不變做得高速特性如表一所示。表一 電機(jī)高速特性id（a）1.21.82.93.5ud (v)230228225222n(r/min)15001400135013002、低速特性的測(cè)試：調(diào)節(jié)ug（uct）和滑動(dòng)變阻器的阻值，使電機(jī)電流idin0.5a，轉(zhuǎn)速nnn100rpm左右。測(cè)得低速特性如表二所示。表二 電機(jī)低速特性id（a）0.50.60.80.90.9ud (v)2726262525n(r/min)10080706050電機(jī)高低速開(kāi)環(huán)特性如圖十八所示：圖6-2 電機(jī)

35、高低速開(kāi)環(huán)特性6.1.4 速度反饋特性的測(cè)試改變uct，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為表三中所示，讀出對(duì)應(yīng)的反饋電壓ufn的大小，并作出速度檢測(cè)特性如圖十九所示。表三 轉(zhuǎn)速與反饋電壓關(guān)系表n（轉(zhuǎn)/分）16001200800400200-ufn（v）6.034.533.001.500.73圖6-3 速度檢測(cè)特性圖6.1.5 調(diào)節(jié)器的調(diào)試 先切斷主電路和勵(lì)磁電源開(kāi)關(guān)，切斷djk02中的電源開(kāi)關(guān)；合電源總開(kāi)關(guān)和djk04中的電源控制開(kāi)關(guān)，djk04中的電源控制開(kāi)關(guān)，djk04中的給定電位器逆時(shí)針調(diào)至零位，使給定uct為0v。6.1.6 電流調(diào)節(jié)器acr的調(diào)試將acr接成比例調(diào)節(jié)器，給定uct為0v，調(diào)節(jié)放大器調(diào)零電位器rp4，使其輸出為0v。給定ug為正信號(hào)，其輸出應(yīng)為負(fù)，調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器rp2，使其輸出限制在觸發(fā)器的移相控制角min30所對(duì)應(yīng)的uctm值2.6v 。當(dāng)給定ug繼續(xù)增大，其值不變。給定ug為負(fù)信號(hào)，其輸出應(yīng)為正，調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器rp1，使其輸出限制在觸發(fā)器的移相控制角min30所對(duì)應(yīng)的uctm值3.3v 。當(dāng)給定ug繼續(xù)增大，其值不變。 6.1.7 反相器ar的調(diào)試邏輯功能真值表如表四所示。表四 邏輯功能真值表輸入um110001ui100100輸