中南大學(xué)四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第一章 總的設(shè)計(jì)概述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)和理論分析個(gè)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，設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力，實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，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）設(shè)計(jì)組成該系統(tǒng)的各單元，分析說(shuō)明。（3）選擇主電路的主要設(shè)

2、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 課題設(shè)計(jì)要求四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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?yàn)橐罄滠垯C(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)用，其工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，右邊一臺(tái)卷取

3、機(jī)作卷取機(jī)用，工作在電動(dòng)狀態(tài)。若逆向軋制（從左往右軋制），右邊卷取機(jī)作開(kāi)卷機(jī)，工作在發(fā)電機(jī)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張力傳感器帶材右卷取機(jī)張力傳感器軋機(jī)左卷取機(jī) 圖一 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（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，空載啟動(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)。（3）直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：、 電樞回路電阻、電流過(guò)載倍數(shù)、。第二章

4、方案設(shè)計(jì)與比較論證2.1 調(diào)速方案比較論證根據(jù)四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，以及根據(jù)其性能特點(diǎn)要求可以研究其如下設(shè)計(jì)方案。我們采用晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即VM系統(tǒng)。V是晶閘管可控整流器，它可以是單相、三相或多相的，半波、全波、半控、全控等類(lèi)型，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。即采用調(diào)壓調(diào)速的方式，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)基速以下調(diào)速。晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是在控制作用時(shí)間毫秒級(jí)的，完全滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性要求；而且其技術(shù)較成熟，成套設(shè)備多，成本較低，設(shè)計(jì)使用相對(duì)容易。由于晶閘管的單向?qū)щ娦运辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管

5、對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的dv/dt與di/dt 都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件；由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。而在下面的設(shè)計(jì)中我們會(huì)針對(duì)以上的不足加以改進(jìn)。此軋機(jī)要求既能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)，所以需采用可逆調(diào)速系統(tǒng)；它又帶負(fù)載，所以需采用無(wú)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。由一組晶閘管裝置供電的單閉環(huán)和多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)都只朝著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的，因此只能獲得單象限的運(yùn)行，而要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)，需要四象限運(yùn)行的特性，此時(shí)必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。在有環(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

6、，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)。2.2 具體方案和模塊設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì) 主回路設(shè)計(jì)此系統(tǒng)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： 圖二 主回路設(shè)計(jì)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。 控制回路設(shè)計(jì)（1）電機(jī)控制回路的整體設(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

7、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)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(chēng)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

8、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。圖2.1 控制系統(tǒng)框圖圖三 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。

9、 控制回路單元模塊電路設(shè)計(jì)（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，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。（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)

10、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、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。考慮到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。圖四為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。圖四 ASR的主體結(jié)構(gòu)圖其實(shí)際的實(shí)現(xiàn)電路如下圖示：圖五 實(shí)際

11、實(shí)現(xiàn)電路圖U1、U2、C9，U5、U4、C10 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R14，C8通過(guò)放大器構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器為了避免運(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R13形成準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器。場(chǎng)效應(yīng)管Q7做開(kāi)關(guān)用，當(dāng)零封輸入信號(hào)接高電平時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通將輸出拉至0V，二極管D5避免由于零封信號(hào)波動(dòng)而使Q7意外導(dǎo)通。D6,D7,R44，R45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U6后，如果電壓值小于D6導(dǎo)通電壓加R44滑動(dòng)端對(duì)地電壓則線性輸出否則輸出D6導(dǎo)通將輸出電壓鉗位在限幅值。電容C11用于限制運(yùn)放輸出端電壓變化過(guò)快。（3）電流調(diào)節(jié)器1、作為內(nèi)環(huán)的調(diào)

12、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。圖六和圖七分別為的主體結(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)

13、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。圖六 ACR主體結(jié)構(gòu)圖ACR主體結(jié)構(gòu)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。圖七 電流調(diào)節(jié)器實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖（

14、4）觸發(fā)電路為提高整機(jī)壽命、縮小體積、降低成本，采用TC787單電源工作方式。TC787 具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成相應(yīng)的移相功能。其技術(shù)參數(shù)如下： 其實(shí)際電路如圖下示：圖八 觸發(fā)器實(shí)際實(shí)現(xiàn)電路 三相同步電壓器同步信號(hào)經(jīng)濾波后輸入到TC787同步端14、15、16端的電容起調(diào)節(jié)斜率的作用。13腳接電容起調(diào)節(jié)脈沖寬度的作用。4腳為Uct調(diào)節(jié)電壓輸入端。其余引腳起到供電作用并保證出發(fā)電路按雙脈沖觸發(fā)方式正常工作。（5）邏輯控制單元邏輯控制環(huán)節(jié)DLC主要是為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

15、。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動(dòng)切換，其輸出信號(hào) Ublf用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放，Ublr用來(lái)控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放。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)矩極性和電流是狀態(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。 圖九 DLC的實(shí)現(xiàn)圖因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：VF開(kāi)放Ublf = 1 VF封鎖Ublf=0VR開(kāi)放Ublr = 1 VR封鎖Ublr=0R32

16、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。（6）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。其實(shí)現(xiàn)電路圖如圖十所示：圖十 實(shí)現(xiàn)電路圖十一 回滯曲線（7）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

17、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。圖十二 零封鎖環(huán)節(jié)的電路圖 第三章 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 主電路參數(shù)計(jì)算（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?（2）晶閘管的選擇選擇晶閘管元件的正向反向峰值電壓：當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓大于220V時(shí)，則取1250V晶閘管額定電流（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

18、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）電流互感器的選擇由于交流變壓器副方電流為134.64A，所選LMZ-0.5-1型，額定電流為200A，做計(jì)量保護(hù)用。（5）電樞回路串電感的選擇要求電流連續(xù)時(shí)電感最小為： 平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。通常 首先選定最小電流I（以A為單位），再利用它計(jì)算所需的總電感量（以mH為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器的電感值。（6）其它保護(hù)措施1、交流側(cè)阻容吸收裝置為：式中 變壓器空載激磁電流

19、百分?jǐn)?shù)； 變壓器的每相伏安數(shù)； 變壓器副邊相電壓； 變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)。阻容吸收裝置為型接法，則每相電容、電阻為：電容耐壓 電阻功率 所以，為24UF/630V，為10/100W。2、直流側(cè)阻容吸收裝置與交流側(cè)所選差不多，即 ， 3、晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓阻容吸收裝置，對(duì)于200A可控硅元件可選， 4、交流側(cè)和直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)用硒堆，選直流ZXA100D72/27-2 型，交流為ZXA30D288/108-0.15型。交流側(cè)硒堆片數(shù) 直流側(cè)硒堆片數(shù) 式中：變壓器副邊線電壓有效值； 整流電壓值； 硒堆每片反電壓有效值，取18V。3.2 控制電路的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)要求已知：電流超調(diào)量為，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的

20、速度超調(diào)量，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：、 電樞回路電阻、電流過(guò)載倍數(shù)、 系統(tǒng)靜特性分析和計(jì)算靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖十三，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為典型的電流速度雙閉環(huán)系統(tǒng)。圖十三 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1）電流反饋系數(shù)為：（2）速度反饋系數(shù)為：（3）觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數(shù)為 =30（4）電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù)為：（5）電樞回路總電阻為：R=0.18將數(shù)據(jù)帶入等式中取=20，則=785取，所以速度調(diào)節(jié)器中電流調(diào)節(jié)器中 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，如圖十四所示：圖十四 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=0.00167S為電

21、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 =0.01S 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇因?yàn)橐蟮模赃xKT=0.5因?yàn)?，所以可以近似為積分環(huán)節(jié)：應(yīng)抵消電流環(huán)中的大慣性環(huán)節(jié)，即 又取，所以有，對(duì)于濾波環(huán)節(jié)，電流環(huán)這樣設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)要求。 速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇有上面設(shè)計(jì)得電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 由于系統(tǒng)要求無(wú)靜差，且超調(diào)小，所以將速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)， 其中 為開(kāi)環(huán)增益電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 =2*0.00367=0.0074S轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間 =0.01S轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按跟隨

22、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 =5*0.0174=0.087S轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益為 ASR開(kāi)環(huán)比例系數(shù)為 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻電容值： 效驗(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： 滿足條件。小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 滿足條件。 外限副電路 電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器均還有積分單元，必須用外限副電路來(lái)限制不使輸出電壓過(guò)大，而帶來(lái)沖擊。所以一般帶有積分作用的運(yùn)放一定要加外限副電路，來(lái)保證運(yùn)放的線形特性，保護(hù)系統(tǒng)各部分不受損害。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出限副電壓決定電流調(diào)節(jié)器的給定最大值，也決定了電機(jī)加減速度及最大起動(dòng)電流。電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限副值電壓限制了晶

23、閘管整流器的最大輸出值，即最小整流出發(fā)角。3.3 主電路保護(hù)器件選擇電路中主要的保護(hù)器件是快速熔斷器FU，壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RV，閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路，直流側(cè)RC抑制電路，閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路等。數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析：圖十五 數(shù)學(xué)模型根據(jù)技術(shù)指標(biāo)是：，所以由以上參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)要求為依據(jù)可以設(shè)計(jì)ACR控制器以及ASR控制器。圖十六 實(shí)際設(shè)計(jì)的控制器第四章 系統(tǒng)調(diào)試和校正4.1 系統(tǒng)各功能模塊性能的調(diào)試與測(cè)試（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

24、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。（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DJK02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°。圖十七 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Uctm3.35V，該值將作為整定ACR輸出最大正限

25、幅值的依據(jù)；測(cè)得當(dāng)150°（min30°）時(shí)所對(duì)應(yīng)的值Uctm3.21V，該值將作為整定ACR輸出最大負(fù)限幅值的依據(jù)。（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nnN1600rpm。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）1.21.00.80.650.4Ud (V)230233236239240n(r/min)160016401675169817252、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IdIN1.2A，轉(zhuǎn)速n

26、nN100rpm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）0.60.50.40.30.2Ud (V)27.929.631.333.334.7n(r/min)120145170205231電機(jī)高低速開(kāi)環(huán)特性如圖十八所示：圖十八 電機(jī)高低速開(kāi)環(huán)特性（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圖十九 速度檢測(cè)特性圖（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

27、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）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3.3V 。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3V 。當(dāng)給定Ug繼續(xù)增大，其值不變。（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U(xiǎn)m110001Ui100100輸出Uz000111Uf1110004.2 系統(tǒng)整體功能測(cè)試雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試原則：1、先單元，后系統(tǒng)；2、先開(kāi)環(huán)，后閉環(huán)；3、先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)；4、先單向（不可逆）