1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上礦井提升機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要礦井提升機(jī)也稱礦井卷揚(yáng)機(jī)，是生產(chǎn)過程中的大型關(guān)鍵設(shè)備，也是井上和井下的唯一輸送通道。提升機(jī)主要用于升降人員和礦石、煤炭等，其性能和安全可靠性直接影響著煤炭、礦石的生產(chǎn)及作業(yè)人員的生命安全，一旦發(fā)生事故必然導(dǎo)致人員傷亡和設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，素有“礦山咽喉”之稱。礦井提升機(jī)種類繁多，按照井道結(jié)構(gòu)分，有立井與斜井；按照傳動(dòng)電機(jī)分為交流傳動(dòng)和直流傳動(dòng)；按容器功能分，則有箕斗和罐籠；按鋼絲繩結(jié)構(gòu)方式分，則有單繩和多繩摩擦輪提升機(jī)；按礦井功能分為主井(輸送礦產(chǎn)品)與副井(輸送人員與材料等)；按提車點(diǎn)的多少分為單水平和多水平提升

2、機(jī)?？v觀電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷程，它經(jīng)歷了從恒速到調(diào)速，從低性能到高性能，從單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行到多機(jī)系統(tǒng)控制等發(fā)展過程。隨著技術(shù)的發(fā)展，礦井提升機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用調(diào)速系統(tǒng)。在工程實(shí)踐中多有許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。本文中講到的主要是礦井提升機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)，直流調(diào)速，雙閉環(huán)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)性能 Mine hoist double loop DC speed control systemABSTRACTMine elevator also

3、 said the mine hoist, is a large-scale production process key equipment and the only aboveground and underground transmission channel. It was mainly used for lifting personnel hoist and ore, coal, performance and reliability of its direct impact on the coal, ore production and the lives of workers.

4、In case of accidents will inevitably lead to casualties and serious damage to the equipment, mining normal production Interrupted, resulting in significant economic losses, known as mine throat . A wide range of mine hoist, shaft structure in accordance with points, a shaft and shaft; in accordance

5、with the drive motor points for the AC drive and DC drive machine; feature points by the container, there are skip and cage; by way of sub-rope structure, the A single rope and hoist Friction wheel: function points by the main mine shaft (transmission minerals) and the auxiliary shaft (transportatio

6、n of personnel and materials, etc.); point by mentioning how many cars are divided into single-level and multi-level elevator. Throughout the course of development of electric drive systems, it has undergone from the constant speed to the speed, from low performance to high performance, from single

7、to multi-machine system independently control the development process. As technology advances, the effect of the electric transmission brake, reversing and speed control accuracy, speed range, the static characteristics, dynamic response, have put forward higher requirements, which requires extensiv

8、e use of speed control system. In engineering practice there are many more requirements of production machinery within a certain speed ramp, and requires good static and dynamic performance. Mentioned in this article are mainly of mine hoist Double loop DC speed control system.KEY WORDS: mine hoist，

9、DC converter，double-loop system，dynamic performance專心-專注-專業(yè)目錄前言我國是個(gè)采礦大國，也是礦山機(jī)電設(shè)備制造和使用大國。從20世紀(jì)50年代仿造第一臺(tái)礦井提升機(jī)以來，至今已設(shè)計(jì)制造、使用了大量提升機(jī)設(shè)備。隨著社會(huì)需要和現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，礦山工業(yè)企業(yè)亟待生產(chǎn)設(shè)備及設(shè)施的機(jī)械化、電氣化、現(xiàn)代化。而礦石工業(yè)的提升機(jī)是咽喉設(shè)備，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，老產(chǎn)品運(yùn)行年深日久，原本落后的結(jié)構(gòu)問題暴露突出，故障增多，嚴(yán)重影響礦山的安全運(yùn)行，抑制了礦山工業(yè)的高速發(fā)展，給國民經(jīng)濟(jì)帶來了不良的影響。隨著國內(nèi)礦井產(chǎn)量日新月異的提高，對(duì)提高提升機(jī)的安全性、可靠性、生產(chǎn)效

10、率以及整機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行水平，降低操作者及維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、處理設(shè)備事故的速度與對(duì)策，成了迫切需求。從世界礦井提升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)來看，各國為爭(zhēng)奪用戶市場(chǎng)，開發(fā)了各種形式、規(guī)格的提升機(jī)，以適應(yīng)各國的礦井開采深度，達(dá)到高效、低能耗、低成本的目的。礦井提升機(jī)發(fā)展總趨勢(shì)可歸結(jié)為：在總體上向大負(fù)載、大型化方向發(fā)展。在提高礦井提升機(jī)的可靠性上也都非常重視，為此除了十分重視礦井提升機(jī)的制造質(zhì)量外，在部件生產(chǎn)上都力求專業(yè)化生產(chǎn)（因?yàn)檫@不僅能降低成本，更重要的是提高質(zhì)量）。在設(shè)計(jì)研究新技術(shù)上也有很大的投入，如為了提高生產(chǎn)效率，消除操作上的人為因素，在主井提升機(jī)上一般都配備有全自動(dòng)提升運(yùn)行裝置。在副井提升上、提升機(jī)房

11、內(nèi)也不設(shè)提升操作員，而趨向于在提升容器內(nèi)由使用人員直接控制提升機(jī)運(yùn)行。再者，為確保提升設(shè)備無事故運(yùn)行，在提升設(shè)備可能出故障的各個(gè)重要環(huán)節(jié)上，設(shè)雙回路系統(tǒng)，并在系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上設(shè)有各種檢測(cè)、控制、自診斷以及記錄和保護(hù)裝置（如負(fù)載、速度、溫度、加速度、產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間等）。因此在提升系統(tǒng)的檢測(cè)、控制等各中元器件和檢測(cè)系統(tǒng)的研究開發(fā)方面也做了很多工作。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用上，計(jì)算機(jī)和數(shù)控已經(jīng)成為電控的普遍配置，一些大的礦井提升機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，最近都開發(fā)了礦井提升系統(tǒng)專用計(jì)算機(jī)軟件。另外不少有名公司，開發(fā)了提升容器運(yùn)行時(shí)的負(fù)載動(dòng)態(tài)自動(dòng)檢測(cè)、記錄和控制裝置。這樣不僅能保證提升不過載，而且能防止提升鋼絲繩的受力不平衡狀

12、態(tài)。技術(shù)是在不斷發(fā)展的，機(jī)器結(jié)構(gòu)的發(fā)展，一般是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，但有時(shí)在突破某一關(guān)鍵后，機(jī)器結(jié)構(gòu)又從復(fù)雜到簡(jiǎn)單。如近年發(fā)展的內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)卷筒交-交變頻的礦井提升機(jī)，這種提升機(jī)的電氣和電動(dòng)機(jī)是復(fù)雜了，但機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式就很簡(jiǎn)單，機(jī)械的可靠性也大為提高，維護(hù)工作也是很少。實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的提升機(jī)產(chǎn)品是使用者和制造者的共同追求，本文中講到的主要是礦井提升機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 第1章 礦井提升機(jī)簡(jiǎn)介1.1 國內(nèi)外提升機(jī)研究狀況近三十年來，國外提升機(jī)機(jī)械部分和電氣部分都得到了飛速的發(fā)展，而且兩者相互促進(jìn)，相互提高。起初的提升機(jī)是電動(dòng)機(jī)通過減速器傳動(dòng)卷筒的系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了直流慢速電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)懸臂

13、安裝直接傳動(dòng)的提升機(jī)。上世紀(jì)七十年代西門子發(fā)明矢量控制的交一直一交變頻原理后，標(biāo)志著用同步電動(dòng)機(jī)來代替直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的技術(shù)時(shí)代已經(jīng)到來。1981年第一臺(tái)用同步機(jī)懸臂傳動(dòng)的提升機(jī)在德國Monopol礦問世，1988年由MAVGHH和西門子合作制造的機(jī)電一體的提升機(jī)(習(xí)慣稱為內(nèi)裝電機(jī)式)在德國Romberg礦誕生了，這是世界上第一臺(tái)機(jī)械和電氣融合成一體的同步電機(jī)傳動(dòng)提升機(jī)。在提升機(jī)機(jī)械和電氣傳動(dòng)技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使提升機(jī)的電氣控制系統(tǒng)更是日新月異。早在上世紀(jì)七十年代，國外就將可編程控制器(PLC)應(yīng)用于提升機(jī)控制。上世紀(jì)八十年代初，計(jì)算機(jī)又被用于提升機(jī)的監(jiān)視和管理。

14、計(jì)算機(jī)和PLC的應(yīng)用，使提升機(jī)自動(dòng)化水平、安全、可靠性都達(dá)到了一個(gè)新的高度，并提供了新的、現(xiàn)代化的管理、監(jiān)視手段。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此時(shí)期在國外一些著名的提升機(jī)制造公司，如西門子、ABB、ALSTHOM都利用新的技術(shù)和裝備，開發(fā)或完善了提升機(jī)的安全保護(hù)和監(jiān)控裝置，使安全保護(hù)性能又有了新的提高。就在國外科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)候，我國提升機(jī)電控系統(tǒng)很長時(shí)間都處于落后的狀況。直到目前為止，我國正在服務(wù)的礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻的交流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。國產(chǎn)提升機(jī)安全性、可靠性差，在關(guān)鍵部位上下兩井口減速區(qū)段沒有配套的有效的速度監(jiān)視裝置，就提升機(jī)控制技術(shù)而言，依然是陳舊

15、的，和國外相比，我們存在很大的差距。礦井提升系統(tǒng)的類型很多，按被提升對(duì)象分:主井提升、副井提升;按井筒的提升道角度分:豎井(如附錄圖1-1所示為豎井井架設(shè)備)和斜井;按提升容器分:箕斗提升、籠提升、礦車提升;按提升類型分:單繩纏繞式和多繩摩擦式等。我國常用的礦用提升機(jī)主要是單繩纏繞式和多繩摩擦式。我國的礦井與世界上礦業(yè)較發(fā)達(dá)的國家相比，開采的井型較小，礦井提升高度較淺，煤礦用提升機(jī)較多，其他礦(如金屬礦、非金屬礦)則較少。因此在20世紀(jì)60年代開始單繩纏繞式礦井提升機(jī)采用較多。目前我國提升機(jī)90%以上均采用交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式，其電控系統(tǒng)用于單繩纏繞式提升機(jī)的有TKD系列，多繩磨擦式

16、提升機(jī)的有JKM、幻J系列。這幾種提升機(jī)通常在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速。串電阻調(diào)速是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)子功率的損耗隨著串入的電阻的增大而增大。盡管轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法很不經(jīng)濟(jì)，低速特性也很軟，穩(wěn)定性差，但是由于這種調(diào)速方法比較簡(jiǎn)單易行，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大在拖動(dòng)起重機(jī)等中、小容量的繞線式異步電動(dòng)機(jī)中仍然應(yīng)用廣泛。20世紀(jì)80年代，我國從瑞典、西德等國引進(jìn)20多套晶閘管直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)有兩種電控系統(tǒng)，一種為直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)組，另一種為晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。我國自己生產(chǎn)的晶閘管直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于20世紀(jì)90年代。這種控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:體積小、重量輕、占地面積

17、小;基礎(chǔ)省、安裝方便、建筑費(fèi)用低;無齒輪傳動(dòng)部分(不需要減速器)、總效率高、電能消耗少;單機(jī)容量大，適用范圍廣;調(diào)速平穩(wěn)、調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高;易于控制，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，安全可靠;節(jié)約電能。礦井提升機(jī)對(duì)安全性、可靠性和調(diào)速性能的特殊要求，使得提升機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)水平在一定程度上代表一個(gè)廠或國家的傳動(dòng)控制技術(shù)水平。比較國內(nèi)外礦用提升機(jī)系統(tǒng)，具體來說國外礦井提升機(jī)在電控方面的應(yīng)用特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（l）提升工藝過程微機(jī)控制提升工藝過程大都采用微機(jī)控制，由于微機(jī)功能強(qiáng)，使用靈活，運(yùn)算速度快，監(jiān)視顯示易于實(shí)現(xiàn)，并具有診斷功能，這是采用模擬控制無法實(shí)現(xiàn)的。（2）提升行程控制提升機(jī)的控制從本質(zhì)上說是一個(gè)

18、位置控制，要保證提升容器在預(yù)定地點(diǎn)準(zhǔn)確停車，要求準(zhǔn)確度高，目前可達(dá)到2cm。采用微機(jī)控制，可通過采集各種傳感信號(hào)，如轉(zhuǎn)角脈沖變換、鋼絲繩打滑、井筒、滾筒及鋼絲繩磨損等信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出容器準(zhǔn)確的位置而施以控制和保護(hù)。一般過程控制用微機(jī)作監(jiān)視，行程控制也采用單獨(dú)下位機(jī)完成。（3）提升過程監(jiān)視提升過程監(jiān)視與安全回路一樣，是現(xiàn)代提升機(jī)控制的重要環(huán)節(jié)。提升過程采用微機(jī)主要完成如下參數(shù)的監(jiān)視: a、提升過程中各工況參數(shù)(如速度、電流)監(jiān)視；b、各主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；c、各傳感器(如位置開關(guān)、停車開關(guān))信號(hào)的監(jiān)視。使各種故障在出現(xiàn)之前就得以處理，防止事故的發(fā)生，并對(duì)各被監(jiān)視參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、保留或打印輸出

19、，甚至與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，合并于礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。（4) 安全回路安全回路是指提升機(jī)在出現(xiàn)機(jī)械、電氣故障時(shí)控制提升機(jī)進(jìn)入安全保護(hù)狀態(tài)的極為重要的環(huán)節(jié)。為確保人員和設(shè)備的安全，對(duì)不同故障一般采用不同的處理方法。安全回路極為重要，它是保護(hù)的最后環(huán)節(jié)之一，英、德幾家公司都采用兩臺(tái)PC微機(jī)構(gòu)成安全回路，使安全回路具有完善的故障監(jiān)視功能，無論是提升機(jī)還是安全回路本身出項(xiàng)故障時(shí)都能準(zhǔn)確地實(shí)施安全制動(dòng)。而在電力拖動(dòng)方面，近幾年國外出現(xiàn)了不少新拖動(dòng)方式，交一交變頻供電方式就是最有前途的一種。20世紀(jì)80年代西歐一些工業(yè)先進(jìn)國家將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于提升機(jī)，有代表性的是西門子公司和ABB公司。我國在20世紀(jì)90年代也

20、引進(jìn)了交流變頻調(diào)速提升機(jī)控制系統(tǒng)。變頻調(diào)速方式類似于它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)取得很寬的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和有足夠硬度的機(jī)械特性，在提升機(jī)應(yīng)用中顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1.2 礦井提升機(jī)的組成及分類1.2.1 科技名詞定義中文名稱：礦井提升機(jī)英文名稱：mine winder ， mine hoist其他名稱：礦井卷揚(yáng)機(jī)，絞車，礦井絞車定義：安裝在地面，借助于鋼絲繩帶動(dòng)提升容器沿井筒或斜坡道運(yùn)行的提升機(jī)械。分“纏繞式提升機(jī)(mine drum winder)”和“摩擦式提升機(jī)(mine friction winder)”。名片：礦井提升機(jī)是礦井井下和地面的工作機(jī)械。圖1-1礦井提升機(jī)工作機(jī)械 說明：礦井

21、提升機(jī)是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動(dòng)容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務(wù)。礦井提升機(jī)是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。現(xiàn)代的礦井提升機(jī)提升量大，速度高，已發(fā)展成為電子計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)重型礦山機(jī)械。1.2.2 礦井提升機(jī)的組成礦井提升機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動(dòng)系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測(cè)速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機(jī)和摩擦式礦井提升機(jī)。纏繞式礦井提升機(jī)有單卷筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個(gè)容器。雙筒的每個(gè)卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個(gè)容器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)

22、一個(gè)容器上升，另一個(gè)容器下降。纏繞式礦井提升機(jī)大多用于年產(chǎn)量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機(jī)的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個(gè)容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機(jī)根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房設(shè)在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機(jī)（機(jī)房直接設(shè)在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又分為單繩摩擦式礦井提升機(jī)和多繩摩擦式礦井提升機(jī)。后者的優(yōu)點(diǎn)是：可采用較細(xì)的鋼絲繩和直徑較小的摩擦輪，從而機(jī)組尺寸小，便于制造；速度高、提升能力大、安全性好。年產(chǎn)120萬噸以上，井深小于2100米的豎井大多采用這種提

23、升機(jī)。1.2.3 礦井提升機(jī)的分類礦井提升機(jī)種類繁多，按照井道結(jié)構(gòu)分，有立井與斜井；按照傳動(dòng)電機(jī)分為交流傳動(dòng)和直流傳動(dòng)提升機(jī)；按容器功能分，則有箕斗和罐籠；按鋼絲繩結(jié)構(gòu)方式分，則有單繩和多繩摩擦輪提升機(jī)；按礦井功能分為主井(輸送礦產(chǎn)品)與副井(輸送人員與材料等)；按提車點(diǎn)的多少分為單水平和多水平提升機(jī)。第2章 礦井提升機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)今電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的一種系統(tǒng)。目前，需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域多數(shù)都采用直流調(diào)速系統(tǒng)。2.1 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介20世紀(jì)50年代末，晶閘管（大功率半導(dǎo)體器件）變流裝置的出現(xiàn)，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管時(shí)

24、代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱為靜止的Ward-leonard系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。圖2-1是V-M系統(tǒng)的簡(jiǎn)單原理圖。圖中V是晶閘管變流裝置，可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。由于V-M系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點(diǎn)，且已比較成熟，因此已在世界各主要工業(yè)國得到普遍應(yīng)用。 -圖2-1 晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）但是，晶閘管整流器還存在以下問題

25、：（1） 由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難； （2） 由于晶閘管元件的過載能力小，不僅要限制過電流和反向過電壓，而且還要限制電壓變化率（du/dt）和電流變化率(di/dt)，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件；（3） 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響；（4） 由于整流電路的脈波數(shù)比直流電動(dòng)機(jī)每對(duì)極下的換向片數(shù)要小得多，因此，V-M系統(tǒng)的電流脈動(dòng)很嚴(yán)重。2.2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.2.1 系統(tǒng)的組成已知，開環(huán)系統(tǒng)不能滿足較高的調(diào)速要求。許多需要無級(jí)調(diào)速的

26、生產(chǎn)機(jī)械，常常不允許有很大的靜差率。為了使系統(tǒng)同時(shí)滿足D、S的要求，提高調(diào)速質(zhì)量，必須采用閉環(huán)系統(tǒng)。用轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，例如在電動(dòng)機(jī)上安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，檢測(cè)出輸出量或被調(diào)量n的大小和極性，并把它變換成與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Ufn，與轉(zhuǎn)速給定電壓Un相比較后，得到偏差電壓Un，經(jīng)放大產(chǎn)生觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc，用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這就組成了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其原理圖如圖2-2。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)。只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)產(chǎn)生糾正偏差的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。而前述轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，因此閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大減小轉(zhuǎn)速降落。圖2

27、-2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.2.2 系統(tǒng)的工作原理改變轉(zhuǎn)速給定電壓Un的大小，就可以改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。如圖2-3所示，設(shè)電動(dòng)機(jī)在Ud1決定的特性上的點(diǎn)1處以轉(zhuǎn)速n1穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)負(fù)載電流Id=Id1，控制電壓Uc=Uc1,整流平均電壓Ud=Ud1,當(dāng)電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL加大時(shí)有如下自動(dòng)調(diào)節(jié)過程。整流電壓平均值的增量Ud=Ud2-Ud1,用于補(bǔ)償電阻壓降增量IdR=(Id2-Id1)R中的很大部分，使轉(zhuǎn)速最后穩(wěn)定在Ud2決定的特性上的2處，顯然n2略小于n1。 圖2-3 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性與開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系上述自動(dòng)調(diào)節(jié)作用表明，增加或減小負(fù)載，就相應(yīng)地提高或降低整流電壓，因而得到一

28、條新的開環(huán)機(jī)械特性。按上述工作原理在每條開環(huán)機(jī)械特性上取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，再將這些點(diǎn)集合起來 ，就是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，也就是說，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性實(shí)際上是由許多機(jī)械特性上的不同運(yùn)行點(diǎn)集合而成，可視為一條綜合的特性直線，它代表閉環(huán)調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。2.2.3 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，具有以下具體特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律：（1） 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)系統(tǒng)是有靜差的；（2） 單閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于給定輸入絕對(duì)服從；（3） 單閉環(huán)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗擾性能。2.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差，且采用電流

29、截止負(fù)反饋?zhàn)飨蘖鞅Ｗo(hù)可以限制啟（制）動(dòng)時(shí)的最大電流。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還存在以下問題：（1） 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。在采用電流截止負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，一個(gè)調(diào)節(jié)器需完成兩種調(diào)節(jié)任務(wù)：正常負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，過載時(shí)進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。一般而言，在這種情況下，調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時(shí)具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。（2） 系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過度過程。為了獲得近似的理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺

30、點(diǎn)，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量分開加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，即要控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要控制電流使系統(tǒng)在充分利用電動(dòng)機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過度過程，其關(guān)鍵是處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系，就是將兩者分開，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器ACR調(diào)節(jié)電流。ASR與ACR之間實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)節(jié)，即以ASR的輸出電壓Ui作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號(hào)，再用ACR的輸出電壓Uc作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)看，速度環(huán)在外面為外環(huán)，電流環(huán)在里面為內(nèi)環(huán)

31、。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入、輸出限幅電路的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋環(huán)。系統(tǒng)原理圖如圖2-4。圖2-4 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖2調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定在雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Ui是電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定信號(hào)，其限幅值Uim為最大電流給定值，因此，ASR的限幅值完全取決于電動(dòng)機(jī)所允許的過載能力和系統(tǒng)對(duì)最大加速度的需要。而ACR的輸出電壓限幅值Ucm，表示對(duì)最小角的限制，也表示對(duì)晶閘管整流輸出電壓的限制。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計(jì)算與整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試工作中很重要的一環(huán)。3調(diào)節(jié)器鎖零為使調(diào)速系統(tǒng)消除靜差，并改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)

32、，在系統(tǒng)中引入PI調(diào)節(jié)器作為矯正環(huán)節(jié)。由于PI調(diào)節(jié)器的積分作用，在調(diào)速系統(tǒng)停車期間，調(diào)節(jié)器會(huì)因輸入干擾信號(hào)的作用呈現(xiàn)出較大的輸出信號(hào)，而使電動(dòng)機(jī)爬行，這在控制上是不允許的，因此對(duì)調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的調(diào)節(jié)器，在沒有給出電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)指令之前，必須將它的輸出“鎖”到零電位上，簡(jiǎn)稱為調(diào)節(jié)器鎖零。系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器鎖零是由零速鎖零電路來實(shí)現(xiàn)的。并且系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器鎖零電路有如下具體要求：（1） 系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器必須鎖零；（2） 系統(tǒng)接到啟動(dòng)指令或正常運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器鎖零立即解除并正常工作。根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個(gè)信號(hào)來控制調(diào)節(jié)器“鎖零”與“開放”兩個(gè)狀態(tài)。停車時(shí)：Un=Ufn=0, 調(diào)節(jié)器鎖零,無

33、輸出信號(hào)。啟動(dòng)時(shí)：Un0，Ufn=0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：Un=Ufn0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。制動(dòng)停車時(shí)：Un=0, Ufn0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。必須注意，對(duì)于可逆調(diào)速系統(tǒng)，Un=0, Ufn0時(shí)，調(diào)節(jié)器不能鎖零，以保證調(diào)節(jié)器對(duì)其進(jìn)行制動(dòng)停車控制。為使鎖零電路對(duì)不可逆和可逆系統(tǒng)都具有通用性，Un=0, Ufn0時(shí)，要求調(diào)節(jié)器不能鎖零。調(diào)節(jié)器鎖零可以采用場(chǎng)效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)，如圖2-5所示。圖2-5 調(diào)節(jié)器鎖零當(dāng)Un=Ufn=0時(shí)，鎖零調(diào)節(jié)電路使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，從而使調(diào)節(jié)器鎖零。2.3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜態(tài)特性1. 雙閉環(huán)調(diào)速

34、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)圖2-4所示的原理圖可以很方便的畫出圖2-6所示雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。其中的轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器ASR、ACR這兩個(gè)環(huán)節(jié)的輸入與輸出穩(wěn)態(tài)關(guān)系無法用放大系數(shù)表示，而用帶限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的輸出特性表示。圖2-6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；為電流反饋系數(shù)2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性仍然表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n與電流Id或轉(zhuǎn)矩Te的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，即系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)n=f(Id)或n=f(Te)。分析其靜態(tài)性能的關(guān)鍵是掌握限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般有兩種狀態(tài)：飽和輸出達(dá)限幅值；不飽和輸出未達(dá)限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，且不在受輸入量變化的影

35、響，除非有反向的輸入量使調(diào)節(jié)器退出飽和；當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，其比例積分控制作用總是使穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓U為零。實(shí)際上，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器不會(huì)達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)好的飽和狀態(tài)，因此，對(duì)于靜特性來說，只需考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和和不飽和兩種情況。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差都為零。因此，由ASR的輸入偏差電壓Un=0得 (2-1) （2-2） 由ACR的輸入偏差電壓Ui=0得 （2-3） 從而可畫出圖2-7所示靜特性的n0A段。由于ASR不飽和，因此UiUim,由式（2.3）知IdId，這正是靜特性的運(yùn)行段。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和時(shí)，ASR輸出

36、達(dá)限幅值Uim，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) （2-4）式中，最大電流Idm是由設(shè)計(jì)者選定的，取決與電動(dòng)機(jī)所允許的最大過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。式（2-.4）所描述的靜特性如圖2-7中的AB段。這樣的下垂特性只適合于nn0的情況。若nn0，UfnUn,ASR將退出飽和狀態(tài)。由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差；當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm后表現(xiàn)為電流無靜差，使系統(tǒng)獲得過電流自動(dòng)保護(hù)。這就是采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。顯然，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性要比帶電流截止負(fù)反饋的單

37、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性好。但是，實(shí)際上，由于運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為避免零點(diǎn)漂移而采用準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器（即在PI調(diào)節(jié)器反饋電阻電容電路的兩端并接一個(gè)阻值為若干M的電阻）時(shí)，靜特性的兩段都略有很小的靜差，如圖2-7中虛線所示。圖2-7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性圖3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算由于轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)無靜差，因此，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)，且兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，由圖2-7可得各變量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下 （2-5） （2-6） （2-7）上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n由給定電壓Un決定，ASR的輸出Ui由負(fù)載電流IL決定，而

38、控制電壓Uc的大小同時(shí)由n和Id決定，也就是由Un和IL決定。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器與P調(diào)節(jié)器的不同之處在于：P調(diào)節(jié)器的輸出量正比與輸入量，而PI調(diào)節(jié)器的輸出量的穩(wěn)態(tài)值時(shí)間常數(shù)。2.3.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與輸入無關(guān)系，完全由它后面環(huán)節(jié)的需要決定。鑒于此，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算方法完全不同于單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，雖然ASR、ACR的輸入偏差電壓都為零，但是二者的積分作用使它們都有恒定的輸出電壓。這時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 （2-8） 電流反饋系數(shù) （2-9） 其中兩個(gè)給定電壓的最大值Unm和Uim由運(yùn)算放大器允許的最大輸入電壓決定。2.3.4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析1. 雙閉環(huán)

39、調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型912根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖2-4，可畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-8所示。圖2-8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的啟動(dòng)過程設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的是要獲得接近于理想啟動(dòng)過程，因此有必要首先討論雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時(shí)的啟動(dòng)過程。由于在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，因此整個(gè)啟動(dòng)過程分為三個(gè)階段，分別標(biāo)以、。 第階段：電流上升階段突加給定電壓Un后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，Uc、Ud、UL都迅速上升，當(dāng)IdIL后,轉(zhuǎn)速n從零開始增長，但由于電動(dòng)機(jī)機(jī)電慣性較大，轉(zhuǎn)速n及其反饋信號(hào)Ufn增長較慢，

40、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR因輸入偏差電壓Un=Un-Ufn數(shù)值較大而迅速飽和，并輸出最大電流給定值Uim，強(qiáng)迫Id電流迅速上升。當(dāng)Id=Idm時(shí)，UfiUim,電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使Id不再增長，第階段結(jié)束1,9。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般不飽和，以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，這些都是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和給予保證的。 第階段: 恒流升速階段，即電動(dòng)機(jī)保持最大電流作等加速啟動(dòng)的階段。該階段從電流上升到Idm開始，直至轉(zhuǎn)速升至給定值n1為止，是啟動(dòng)過程的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR一直處于飽和狀態(tài)（因Un未改變極性）,轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，其作用是輸出最大電流給定值Uim，系統(tǒng)表現(xiàn)為

41、在恒值電流給定Uim作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定（電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，取決與ACR的結(jié)構(gòu)和參數(shù)），因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速及反電勢(shì)線性上升。在電流環(huán)實(shí)現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)的過程中，反電勢(shì)E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量。為了克服這個(gè)擾動(dòng)量，Uc 和Ud也必須基本上線性增長，才能保持Id恒定。電流環(huán)對(duì)擾動(dòng)E的恒流調(diào)節(jié)過程如下：nEIdUfi|Ui|UcUdId轉(zhuǎn)速n不斷上升，ACR便不斷重復(fù)上述恒流調(diào)節(jié)過程，以維持電流Id恒定，保證轉(zhuǎn)速線性上升。由于ACR是PI調(diào)節(jié)器，因此要使它的輸出量線性增長，就必須使其輸入量偏差電壓Ui保持為某一恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。上述情況表明，恒流

42、調(diào)節(jié)過程一直伴隨著對(duì)反電勢(shì)擾動(dòng)的調(diào)節(jié)過程，反電勢(shì)擾動(dòng)對(duì)電流的影響為ACR的積分作用所補(bǔ)償，為了保證電流環(huán)的這種恒流調(diào)節(jié)作用，在啟動(dòng)過程中，ACR不能飽和。這就要求ACR的積分時(shí)間常數(shù)和被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T1要相互配合。同時(shí)，晶閘管整流裝置的最大電壓Udm必須留有余地，即晶閘管裝置也不應(yīng)飽和。這些都是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)予以考慮和解決的問題。 第階段：轉(zhuǎn)速超調(diào)進(jìn)入穩(wěn)定的階段，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在該階段開始時(shí)，即t2時(shí)刻，轉(zhuǎn)速已達(dá)給定值n1，ASR的給定電壓Un與反饋電壓Ufn相等，其輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim上，因此電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，nn

43、1，UfnUn，ASR的輸入偏差Un由正變負(fù)，ASR退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓Ui立即從限幅值Uim降下來，Id隨之迅速減小。但是，在IdIL的一段時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)，dn/dt0,電動(dòng)機(jī)在負(fù)載阻力下減速，直至系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)。該階段的特點(diǎn)是ASR、ACR都不飽和，同時(shí)起調(diào)節(jié)作用。但是ASR處于主導(dǎo)地位，它使轉(zhuǎn)速迅速趨于給定值，并使系統(tǒng)穩(wěn)定；而ACR的作用是使Id盡快的跟隨ASR的輸出Ui變化，也就是說，電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過程是由轉(zhuǎn)速外環(huán)支配的，是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。（2） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能負(fù)載擾動(dòng)和電網(wǎng)電壓擾動(dòng)是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的兩個(gè)主擾動(dòng)，只要系統(tǒng)能有效的抑制它們所引起的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升）和恢復(fù)時(shí)間，

44、就說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)抗擾能力。 抗負(fù)載擾動(dòng) 由圖2-8所示的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)外，轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升）。為了減小動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降（升），在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。而對(duì)ACR的設(shè)計(jì)來說，則只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 從靜特性上看，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)內(nèi)（如圖2-9）它的影響還未波及到轉(zhuǎn)速就被電流環(huán)所抑制。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)速降（升）要比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。圖2-9 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能第3章 礦

45、井提升機(jī)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方案確定在礦井提升機(jī)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管觸發(fā)和整流裝置都可按負(fù)載的工藝要求來選擇和設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速和電流反饋系統(tǒng)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算得到。最后剩下的是轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)如何確定。其確定的方法有兩種：一種是動(dòng)態(tài)校正法，由于該法必須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，比較麻煩；因而本設(shè)計(jì)采用另一種方法，工程設(shè)計(jì)法。直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)，包括對(duì)某些簡(jiǎn)單的典型低階系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，找出適合與給定性能指標(biāo)的控制規(guī)律；確定系統(tǒng)預(yù)期的開環(huán)傳遞函數(shù)和開環(huán)頻率特性的形式；選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣將使系統(tǒng)的工程設(shè)

46、計(jì)過程簡(jiǎn)便、明確且具有一定的準(zhǔn)確性。工程上通常選用以下兩種預(yù)期典型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)分別為：二階典型系統(tǒng)（典系統(tǒng)）三階典型系統(tǒng)（典系統(tǒng)）在選擇時(shí)，一般來說，典型系統(tǒng)的跟隨性能超調(diào)小，但抗擾性能稍差，而典型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。3.1 總體方案礦井提升機(jī)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)。目前都采用由內(nèi)向外，一環(huán)包圍一環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，先從內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）開始，根據(jù)電流控制要求，確定把電流環(huán)校正為哪種典型系統(tǒng)，按照調(diào)節(jié)對(duì)象選擇調(diào)節(jié)器及其參數(shù)。設(shè)計(jì)完電流環(huán)后，就把電流環(huán)等效成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)

47、，作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)組成部分，然后用同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)。每個(gè)環(huán)的設(shè)計(jì)都是把該環(huán)校正成典型系統(tǒng)，以便獲得預(yù)期的性能指標(biāo)。通常，隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主，而調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。3.2 電流環(huán)設(shè)計(jì)方案3.2.1 電流調(diào)節(jié)器的工作原理電流調(diào)節(jié)器也有兩個(gè)輸入信號(hào)。一個(gè)是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差大小的主控信號(hào)Un，一個(gè)是由交流互感器測(cè)出的反映主回路電流反饋信號(hào)Uif，當(dāng)突加速度給定一個(gè)很大的輸入值，其輸出整定在最大飽和值上，與此同時(shí)電樞電流為最大值，從而電動(dòng)機(jī)在加速過程中始終保持在最大轉(zhuǎn)矩和最大加速度，使起、制動(dòng)過渡時(shí)間最短。如果電網(wǎng)電壓發(fā)生突變(如降低)時(shí)，整流器輸出電壓也會(huì)隨

48、之變化(降低)，引起主回路電流變化(減小)，由于快速性好，不經(jīng)過電動(dòng)機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié)的電流反饋環(huán)的作用，立即使調(diào)節(jié)器的輸出變化(增大)，則也變化（變小)，最后使整流器輸出電壓又恢復(fù)(增加)致電原來的數(shù)值，這就抑制了上回路電流的變化。也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時(shí)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化之前，電流的變化首先被抑制了。同樣，如果機(jī)械負(fù)載或電樞電流突然發(fā)生很大的變化，由于采用了頻率響應(yīng)較好的快速電流負(fù)反饋，當(dāng)整流器直流側(cè)發(fā)生類似短路的嚴(yán)重故障時(shí)，電流負(fù)反饋也及時(shí)地把電流故障反饋到電流控制回路中去，以便迅速減小輸出電壓，從而保護(hù)晶閘管和直流電動(dòng)機(jī)不致因電流過大而損壞。3.2.2 電流調(diào)節(jié)器的作用 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在

49、轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化； 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用； 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程； 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起到快速的自動(dòng)保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。 電流環(huán)的控制對(duì)象由電樞回路形成的大慣性環(huán)節(jié)和晶閘管變流裝置，電流檢測(cè)及其反饋濾波等小慣性群組成，可以根據(jù)具體系統(tǒng)的要求，將電流環(huán)校正成典系統(tǒng)或典系統(tǒng)。若以電樞電流超調(diào)小，跟隨性能好為主，則可校正成典系統(tǒng)；若以具有較好的抗繞性能為主，則應(yīng)校正成典系統(tǒng)。3.3 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)方案3.3.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理在主電機(jī)上安裝一直流測(cè)速發(fā)

50、電機(jī)，發(fā)出正比于主電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓，此電壓Unf與給定電壓Un*相比較，其偏差Un送到速度調(diào)節(jié)器ASR中去，如欲調(diào)整，可以改變給定電壓，例如提高Un*，則有較大Un加到ASR輸入端，ASR自動(dòng)調(diào)節(jié)GT，使觸發(fā)脈沖前移(減小)，整流電壓Ud提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，與此同時(shí)，Um也相應(yīng)增加。當(dāng)?shù)扔诨蚪咏o定值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)在給定數(shù)值下以較高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動(dòng)，則經(jīng)過速度反饋后，系統(tǒng)能起到自動(dòng)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降，平衡狀態(tài)被破壞，調(diào)節(jié)器輸出電壓增加，觸發(fā)脈沖前移(變小)，Ud提高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)其恢復(fù)到原來數(shù)值時(shí)，Unf又等于給定

51、電壓，系統(tǒng)又達(dá)到平衡狀態(tài)。如果擾動(dòng)不是來自負(fù)載而是來自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會(huì)按上述過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在給定值上運(yùn)行。同樣道理，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載下降，或交流電壓提高時(shí)，系統(tǒng)將按與上相反調(diào)節(jié)，最后能維持電動(dòng)機(jī)近似轉(zhuǎn)速不變。 3.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 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跟隨其給定電壓變化，穩(wěn)定時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差； 對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用； 其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流環(huán)是系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，被包圍在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的要求，將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為合適的

52、典型系統(tǒng)，再由調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和采用的參數(shù)選擇準(zhǔn)則對(duì)其主要參數(shù)選擇。并以此為基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)超調(diào)量進(jìn)行計(jì)算，看是否符合設(shè)計(jì)需要。第4章 提升機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)礦井提升機(jī)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)兩個(gè)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面：第一選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；第二選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。為了方便設(shè)計(jì)，我們就設(shè)某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V, 136A, 1460r/min, Ce=0.132Vmin/r,允許過載倍數(shù)；晶閘管裝置放大系數(shù)： ks=40;

53、電樞回路總電阻： R=0.5;時(shí)間常數(shù)： Tl=0.03s, Tm=0.18s;電流反饋系數(shù)： 。4.1 電流調(diào)節(jié)器4.1.1 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流環(huán)的傳遞函數(shù)可以寫成：電流環(huán)以跟隨性能為主，即選用典型I系統(tǒng)。圖4-1 電流環(huán)等效近似處理后校正成為典型I系統(tǒng)框圖ACR選用PI型電流調(diào)節(jié)器，傳函如下： -電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； -電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。4.1.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：電流超調(diào)量1確定時(shí)間常數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) 電流濾波時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之 2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I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，因

54、此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能。3計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí),查表得,因此 于是，ACR的比例系數(shù)為 4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件，滿足近似條件2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件，滿足近似條件3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿足近似條件5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為 取404.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器4.2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。圖4-2轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后

55、校正成為典型II系統(tǒng)框圖ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：-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)。4.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：已知轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量1. 確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 2）轉(zhuǎn)速時(shí)間常數(shù) 3）轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù) 2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求無靜差,故選用PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為3. 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 ASR的比例系數(shù)為 4. 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 ， 滿足化簡(jiǎn)條件 2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l