1、前言直流電機在現代工業(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，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調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已經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變成脈寬調制（PWM）；交流可調拖動系統(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)生產機械都是采用直流拖動控制系統(tǒng)，所以它在工業(yè)生產中還占有相當大的比重，短時間內不可能完全被交流拖動系統(tǒng)所取代。從生產機械要求控制的物理

2、量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉速來實現的，因此調速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。調速系統(tǒng)按照不同的標準又可分為不同的控制系統(tǒng)。但是，從一定角度上來說，可以把調速系統(tǒng)籠統(tǒng)的分為開環(huán)調速系統(tǒng)和閉環(huán)調速系統(tǒng)。開環(huán)調速系統(tǒng)結構簡單、容易實現、維護方便，但是它的靜態(tài)和動態(tài)性能往往不能滿足生產和控制要求。而閉環(huán)控制系統(tǒng)可以很好的解決這些問題，因此在實際生產中得到了廣泛的應用。其中，轉速、電流雙閉環(huán)控制直流系統(tǒng)是性能最好、應用最廣的直流調速系統(tǒng)。本文為直流調速系統(tǒng)的設計，包括系統(tǒng)設計方案選擇，各單元的

3、組成，元件的參數與選擇等內容！通過本系統(tǒng)的設計，了解運動控制在工業(yè)上的應用！ 目錄前言1第一章設計的介紹41.1設計目的41.2設計內容41.3設計題目41.3.1生產工藝和機械性能41.3.2設計要求51.3.3直流電動機參數5第二章四輥可逆冷軋機的介紹6第三章系統(tǒng)各模塊及其電路設計73.1主回路設計73.2控制回路設計73.2.1給定單元93.2.2 轉速調節(jié)器93.2.4 反號器133.2.5觸發(fā)電路133.2.6邏輯控制單元143.2.7零轉矩檢測單元和零電流檢測單元153.2.8零封鎖環(huán)節(jié)163.2.9 電流反饋與過流保護17第四章系統(tǒng)參數設計與計算194.1 整流變壓器的選擇194

4、.2 晶閘管的選擇194.3 晶閘管保護措施204.4 電流互感器的選擇204.5 平波電抗器的計算21第五章 雙閉環(huán)的動態(tài)設計和校驗235.1 靜特性分析和計算235.2 系統(tǒng)動態(tài)結構參數設計235.2.1 電流調節(jié)器的設計和校驗245.2.2 轉速調節(jié)器的設計和校驗26第六章 系統(tǒng)調試和校正286.1 系統(tǒng)各功能模塊性能的調試與測試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)的開環(huán)運行及特性測試296.1.4 速度反饋特性的測試306.1.5 調節(jié)器的調試316.1.6 電流調節(jié)器ACR的調試316.1.7 反相器AR的調試316.2 系統(tǒng)整體功能測試316.

5、3 系統(tǒng)小結32第七章總結33參考文獻：34附圖34第一章設計的介紹1.1設計目的運動控制系統(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)的知識和理論分析和解決運動控制系統(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，編寫設計說明書的能力。1.2設計內容1、根據工藝要求，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）。2、設計組成該電路的各單元，分析說明。3、選擇主電路的

6、主要設備，計算其參數（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）。4、設計電流環(huán)和轉速環(huán)（或張力環(huán)），確定ASR和ACR（或張力調節(jié)器ZL）的結構，并計算其參數。5、結合實驗，論述該系統(tǒng)設計的正確性。1.3設計題目四輥可逆冷軋機的卷取機直流調速系統(tǒng)設計1.3.1生產工藝和機械性能四輥可逆冷軋機是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用，為提高其生產效率，冷軋機要往、返軋制其金屬材料。直到達到要求的厚度時才停止。因此要求冷軋機左右兩邊的兩臺卷取機在從左往右的正向軋制過程中，左邊一臺卷取機作開卷機用，其工作在發(fā)電狀態(tài)，右邊一臺

7、卷取機作卷機用，工作在電動狀態(tài)。若逆向軋制（從右往左軋制），右邊卷取機作開卷機，工作在發(fā)電狀態(tài)，左邊卷取機則作卷取機用，工作在電動狀態(tài)。兩臺卷取機的電動機參數完全一樣，機械參數如下：帶卷內徑（卷筒直徑）：500mm帶卷外徑：6801100mm帶卷最大重量：2000kg帶卷最大張力：2000kg卷取機傳動比：i=1.87張力傳感器張力傳感器帶材左卷取機軋機右卷取機圖1-1四輥可逆冷軋機原理圖1.3.2設計要求1、 兩臺卷取機控制原理完全一樣，僅設計其中一臺；2、 技術指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量，空載起動至額定轉速時的轉速超調量能實現快速制動。1.3.3直流電動機參數，電樞回路總電阻，電流過載倍

8、數，。第二章四輥可逆冷軋機的介紹圖2-1四輥可逆冷軋機四輥可逆冷軋機是生產冷軋板帶典型的傳統(tǒng)軋機。80年代末以來，隨著世界小鋼廠的發(fā)展，尤其是薄板柸連鑄連軋技術發(fā)展及對熱帶深加工的需要，四輥可逆式冷軋機成為板帶小鋼廠熱帶深加工的主要生產設備。其裝置技術水平不斷發(fā)展提高?，F代串列式冷軋機及全連續(xù)冷軋機上的現代化技術，也用于可逆式冷軋機上。并且，雙機架四輥可逆冷軋機也得到發(fā)展?，F代四輥可逆冷軋機的生產及裝備技術水平遠遠超過傳統(tǒng)的四輥可逆式冷軋機。四輥可逆冷軋機生產特點：1. 提高生產力2. 擴大產品品種規(guī)格3. 提高產品質量4. 提高自動化裝備水平第三章系統(tǒng)各模塊及其電路設計3.1主回路設計此系統(tǒng)

9、是直流調速系統(tǒng)，為了獲得較好的直流采用三相整流；由于生產工藝要求電機正反轉，考慮到晶閘管的單向導電性，可用正反兩組晶閘管反并聯(lián)可逆控制系統(tǒng)。其實現方式如下圖： 圖3-1 主回路設計原理圖可逆的調速系統(tǒng)能滿足電動機既能正轉，又能反轉，而且常常還需要快速地起動和制動，即需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運行的特性的要求。3.2控制回路設計為了滿足生產工藝對電流的電流超調量的要求，并且為了實現在允許條件下的最快起動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。必需采用電流閉環(huán)調節(jié)環(huán)ACR。為了滿足生產工藝對電流的轉速超調量和轉速無靜差的要求。必需采用轉速閉環(huán)調節(jié)環(huán)ASR。因此為了實現轉速和電流兩種負

10、反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，即分別引入轉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。有環(huán)流系統(tǒng)中，雖然其具有反向快、過度平滑等優(yōu)點，但設置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，對于大容量的系統(tǒng)，從機器生產可靠性出發(fā)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬間脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。而本系統(tǒng)的容量較大，工藝過程對系統(tǒng)正反轉的平滑過渡特性要求不很，因而采用無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。即當一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）根據零轉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工作，從根本上切斷環(huán)流的通路。因此需要增加一個控制正

11、反組工作的邏輯控制單元DLC。通過分析可以確定控制系統(tǒng)控制回路由以下幾個模塊組成：給定模塊、轉速調節(jié)器ASR、電流調節(jié)器ACR、電流反饋模塊，轉速反饋模塊，邏輯控制單元DLC、零轉矩和零電流檢測單元DPT、DPZ和一個為避免元件溫升和零點漂流的零速封鎖單元DZS，反號器AR，電流反饋與過電流保護FBC+FA。圖3-2 控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖如上圖所示。采用一個電流調節(jié)器和一個觸發(fā)模塊，并采用邏輯控制單元來協(xié)調正反組晶閘管工作。從而達到調壓調速的目的。3.2.1給定單元有上圖可知，給定單元由模擬電路組成，包含三級放大器，第一級為高倍放大器，U1都是飽和值，當給定過大時，要求限幅，由二極管控制，

12、U1與Un*極性相同，第二級為積分器，經過RC積分輸出電壓變?yōu)樾逼滦盘?，且為負相，與給定Un*方向相反，積分變化率可以用電位器RP來調節(jié)，可以調節(jié)RC來控制積分快慢。最后一級為反向器，將U2信號反向，使與Un*一致方向變化，并且Ugi反饋回第一級輸入端，為負反饋，以決定積分終止時刻，當Ugi= Un*時，負反饋起作用，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 轉速調節(jié)器1、轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，甚至實現轉速無靜差。2、對負載變化起抗擾作用。 3、其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。 4

13、、當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常?？紤]到ASR的上述作用和生產工藝要求系統(tǒng)隊階躍信號無靜差,將ASR設計成PI調節(jié)器，通過有關書籍可知這樣可以使系統(tǒng)構成一個二型系統(tǒng)，從而實現轉速無靜差。圖3-4為ASR的主體結構圖轉速給定電壓Un*和轉速反饋電壓Un經濾波后通過由放大器構成的PI調節(jié)器后生成電流給定電壓Ui*輸出給電流調節(jié)器。圖3-4 ASR的主體結構圖其實際的實現電路如下圖示：圖3-5 ASR單元電路圖R1、R2、C1，R3、R4、C2 構成等效的阻容濾波去除轉速給定和轉速反饋的紋波。電阻R7，C4通過放大器構成PI調節(jié)器

14、為了避免運放長期工作產生的零點漂移，并聯(lián)一個大電阻R6形成準PI調節(jié)器。場效應管Q1做開關用，當零封輸入信號(Uo)接高電平時場效應管導通將輸出拉至0V，二極管D1避免由于零封信號波動而使Q1意外導通。D2,D3,RP4，RP5構成正負限幅電路。以正向限幅為例：當運放的輸出端電壓經限流電阻R10后，如果電壓值小于D2導通電壓加RP4滑動端對地電壓則線性輸出否則輸出D2導通將輸出電壓鉗位在限幅值。電容C5用于限制運放輸出端電壓變化過快。3.2.3電流調節(jié)器1、作為內環(huán)的調節(jié)器，在外環(huán)轉速的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。 2、對電網電壓的波動起及時抗擾

15、的作用。 3、在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。 4、當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。 考慮到ACR的上述作用和生產工藝要求系統(tǒng)主回路電流超調量小,將ACR設計成PI調節(jié)器，通過有關書籍可知這樣可以使電流環(huán)構成一個型結構。通過一階最優(yōu)使其動態(tài)性能達到要求。圖3-6和圖3-7分別為的主體結構圖和實際實現圖，給定電壓Ui*和電流反饋電壓Ui經濾波后通過由放大器構成的PI調節(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主體結構圖ACR主體結構

16、實際電路與轉速調節(jié)器ASR基本一致，但由于采用一個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輸入。ACR同一時間只能向一組發(fā)出控制信號，所以采用正反組電流給定信號交替輸入的方式。實現方式是采用三極管構成電子開關用DZS的正反組工作的控制信號Ubir， Ubif分別控制正反組電子開關的導通和關斷。從而達到正反組電流給定信號交替輸入的目的。在輸出電路方面為了提高帶負載能力采用了晶體管放大電路。也減少了負載電流對本環(huán)節(jié)的沖擊。圖3-7 ACR單元電路圖3.2.4 反號器電流反饋信號的級性總是為“+”，而且，此系統(tǒng)只采用了一個電流調節(jié)器，為保證電流環(huán)為電流負反饋環(huán)，實

17、現負反饋控制，必須采用一只反號器AR，為此，由邏輯DLC的兩個相反的和信號分別控制電流的給定信號，以實現電流反饋永遠是負反饋。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KJ041而形成六路雙窄脈沖，經脈沖放大和脈沖門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，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。另一路是脈沖移動的控制信號，用它來控制觸發(fā)器脈沖發(fā)出的時刻，從而達到控制晶閘管觸發(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，則必須在任何時刻只允許開放一組晶閘管脈沖，另一組晶閘管脈沖被嚴格封鎖，為達到此目的，電路上設計了兩個模擬電子開關脈沖門、，邏輯控制器根據系統(tǒng)的工作情況正確發(fā)出指令來接通一脈沖門而同時切斷另一脈沖讓。結構上主要分為邏輯控制和延時控制，考慮換組運行的參考依據是轉矩極性和電流是否為零，所以DLC輸入信號是轉矩極性和電流的狀態(tài)。DLC的邏輯如下：正向運行：VF整流，開放VF，封鎖VR；反向制動：VF逆變，開放VF，封鎖VR；反向運行：VR整流，開放VR，封鎖VF；正向制動：VR逆變，開放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開放Ublf = 1

19、VF封鎖Ublf=0VR開放Ublr = 1 VR封鎖Ublr=0R32與C34，R34與C37構成延時環(huán)節(jié)為以下兩個延時提供條件以保證兩組晶閘管裝置可靠切換。 t1延時關斷等待時間，以確認電流已經過零，而非因電流脈動引起的誤信號；t2延時觸發(fā)等待時間，以確保被關斷的晶閘管已恢復阻斷能力，防止其重新導通。3.2.7零轉矩檢測單元和零電流檢測單元零轉矩檢測單元和零電流檢測單元結構和實現電路完全相同，實際都是一個回滯比較器。但目的不同，零轉矩檢測單元是檢測轉矩正負極性，零電流檢測單元檢測電流是否為零。所以具體的參數不同，回滯曲線要求不同。零轉矩檢測單元的輸出要求：電極正轉：輸出為“1”態(tài)；電極反轉

20、：輸出為“0”態(tài)。其實現電路圖如圖3-11所示：圖3-11 零矩陣檢測單元電路圖零電流檢測器的輸出要求：主回路電流接近零時，輸出為“1”態(tài)；主回路有電流時，輸出為“0”態(tài)。其實現電路圖如圖3-12所示：圖3-12 零電流檢測單元電路圖3.2.8零封鎖環(huán)節(jié)作用是：當給定信號為0時，電機不動，然而，各調節(jié)器的零點漂移將導致電動機的爬行，為確保零位時電動機不會爬行，一定要將調節(jié)器鎖零，即控制場效應管使調節(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 電流反饋與過流保護圖3-13電流反饋與過流保護本單元有兩個功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當

21、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，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)。(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)，在其中點取零電流檢測信號從1腳輸出，供零電

22、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。將RP1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“2”端輸出，電流反饋系數由RP1進行調節(jié)。RP2的滑動觸頭與過流保護電路相連，調節(jié)RP2可調節(jié)過流動作電流的大小。(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)。(3)當主電路電流超過某一數值后，RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)

23、壓管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。調節(jié)RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。(4)過流的同時，V3由導通變?yōu)榻刂梗诩姌O產生一個高電平信號從“3”端輸出，作為推信號供電流調節(jié)器使用。(5)SB為解除過流記憶的復位按鈕，當過流故障己經排除，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

24、、V4截止，電路才恢復正常。第四章系統(tǒng)參數設計與計算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： 因為交流變壓器二次側為交流不存在直流磁化的問題，則原邊變壓器容量為變壓器總容量為 取變壓器容量為300KVA4.2 晶閘管的選擇晶閘管額定電壓：晶閘管實際承受的最大峰值電壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，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的額定電流有效值大于實際流過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）-電流計算系數。此外，還需注意以下幾點：當周圍環(huán)境溫度超過+40時，應降低元件的額定電流值。當元件的冷卻條件低于標準要求時，也應降低元件的額定電流值。關鍵、重大設備，電流裕量可適當選大些。由表查得 K=0.367，考慮(1.52)倍的裕量 取。故選晶閘管的型號為KS800A4.3 晶閘管保護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，每個電抗器內安置有鐵氧磁棒。用快速熔斷器作為過流保護，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為： ，環(huán)流快熔的型號為：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，做計量保護用。4.5 平波電抗器的計算為了使直流負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。其主要參數有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數計算主要是電感量的計算。（1） 算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計算，單位mH。 式中為與整流電路形式有關的系數，可由表查得；為最小負載電流，常取電動機額定電流的510計算。根據本電路形式查得=0.695所以=2.18mH（2）限制輸出電流脈動的臨界電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的

27、。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。通常負載需要的只是直流分量，對電動機負載來說，過大的交流分量會使電動機換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應在直流側串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。平波電抗器的臨界電感量（單位為m）可用下式計算 式中系數，與整流電路形式有關，電流最大允許脈動系數，通常三相電路（510）。根據本電路形式查得=1.045, 所以=1.64mH （3）電動機電感量和變壓器漏電感量電動機電感量（單位為mH）可按下式計算 式中,n直流電動機電壓、電流和轉速，常用額定值代入；P電動機的磁極對數；計算系數。一般無補償電動機取812，快速無補償電動機取68，有

28、補償電動機取56。本設計中取=8、=230V、=765A、n=1400r/min、p=1變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計算 式中計算系數，查表可得3.9變壓器的短路比，取3。本設計中取=3.9、=3所以 =3.93120/（100765）=0.018mH （4）實際串入平波電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時的實際電感量： 如上述條件均需滿足時，應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)的動態(tài)設計和校驗5.1 靜特性分析和計算靜態(tài)結構圖如下圖所示，系統(tǒng)設計為典型的電流速度雙閉環(huán)系統(tǒng)。 圖5-1靜態(tài)結構圖（1）電流反饋系數為：（2）速度反饋系

29、數為：（3）觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數為 （4）電動機的電勢系數為：（5）電樞回路總電阻為：R=0.185.2 系統(tǒng)動態(tài)結構參數設計系統(tǒng)動態(tài)結構圖，忽略反電動勢影響，如圖5-2所示：圖5-2 系統(tǒng)動態(tài)結構圖圖中為速度調節(jié)器的傳遞函數為電流調節(jié)器的傳遞函數為晶閘管平均失控時間常數，對于三相橋式整流電路，取=0.0017S為電動機機電時間常數 ，取=0.1S為電動機電磁時間常數，取為電動機轉矩系數，取=0.1263V/（r/min）為電流反饋濾波時間，取 =0.002S為速度反饋濾波時間，取 =0.01S5.2.1 電流調節(jié)器的設計和校驗（1）確定時間常數在三相橋式全控電路有：已知，所以電流環(huán)小時

30、間常數=0.0017+0.002=0.0037S。（2）選擇電流調節(jié)器的結構因為電流超調量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調節(jié)器 。 電流調機器的比例系數 電流調節(jié)器的超前時間系數 （3）電流調節(jié)器參數計算： 電流調節(jié)器超前時間常數=0.03s，又因為設計要求電流超調量，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 =（4）校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率=135.1。晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件： ，滿足條件。忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件： ，滿足條件。電流環(huán)小時間常數近似處理條件：，滿足條件

31、。（5） 計算調節(jié)器的電阻和電容取運算放大器的=40，有=0.9740=38.8，取40，取0.8，取0.2。故=，其結構圖如下所示： 圖5-3 電流調節(jié)器5.2.2 轉速調節(jié)器的設計和校驗（1）確定時間常數：有則，已知轉速環(huán)濾波時間常數=0.01s，故轉速環(huán)小時間常數。（2）選擇轉速調節(jié)器結構：按設計要求，選用PI調節(jié)器 轉速調節(jié)器的比例系數 轉速調節(jié)器的超前時間常數（3）計算轉速調節(jié)器參數：按跟隨性能和抗擾動性能的要求，取h=5,ASR超調時間常數為 轉速開環(huán)增益為 ASR開環(huán)比例系數為 （4）計算調節(jié)器的電阻電容值： （5）校驗近似條件： 轉速截止環(huán)頻率為： 電流環(huán)傳函簡化條件： 滿足條

32、件小時間常數近似處理條件： 滿足條件（6）校核轉速超調量：由h=5，查得，不滿足設計要求，應使ASR 退飽和，重計算。設理想空載z=0，h=5時，查得=81.2%，所以 =0.058 =5.8% 10%滿足設計要求.第六章 系統(tǒng)調試和校正6.1 系統(tǒng)各功能模塊性能的調試與測試6.1.1系統(tǒng)的相位整定定相分析：定相的目的是根據各相晶閘管各自的導電范圍內，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應的主回路電壓之間的正確相位關系，因此必須根據觸發(fā)器的結構原理，主變壓器的接線組別來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)脈沖指示開關撥至窄脈沖位置，合DJK

33、02中的電源開關，用示波器觀察A相、B相、C相的三相鋸齒波，分別調節(jié)所對應的斜率調節(jié)器，使三相鋸齒波的斜率一致。2、觀察DJK02中VT1VT6孔的六個雙窄脈沖，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Uct0V時，90，電機應停止不動。因此要調整偏移電阻Up，使90。圖6-1 觸發(fā)器移相控制特性測得當min30時所對應的值Uctm4.07V，該值將作為整定ACR輸出最大正限幅值的依據；測得當150（min30）時所對應的值Uctm3.36V，該值將作為整定ACR輸出最大負限幅值的依據。6.1.3 系統(tǒng)的開環(huán)運行及特性測試1、高速特性的測試：逐步增加給

34、定電壓，使電動機啟動、升速。調節(jié)Ug（Uct）和滑動變阻器的阻值，使電機電流IdIN1.2A，轉速nnN1500rpm。給定不變做得高速特性如表一所示。表一 電機高速特性Id（A）1.21.82.93.5Ud (V)230228225222n(r/min)15001400135013002、低速特性的測試：調節(jié)Ug（Uct）和滑動變阻器的阻值，使電機電流IdIN0.5A，轉速nnN100rpm左右。測得低速特性如表二所示。表二 電機低速特性Id（A）0.50.60.80.90.9Ud (V)2726262525n(r/min)10080706050電機高低速開環(huán)特性如圖十八所示：圖6-2 電機

35、高低速開環(huán)特性6.1.4 速度反饋特性的測試改變Uct，使電動機的轉速分別為表三中所示，讀出對應的反饋電壓Ufn的大小，并作出速度檢測特性如圖十九所示。表三 轉速與反饋電壓關系表n（轉/分）16001200800400200-Ufn（V）6.034.533.001.500.73圖6-3 速度檢測特性圖6.1.5 調節(jié)器的調試 先切斷主電路和勵磁電源開關，切斷DJK02中的電源開關；合電源總開關和DJK04中的電源控制開關，DJK04中的電源控制開關，DJK04中的給定電位器逆時針調至零位，使給定Uct為0V。6.1.6 電流調節(jié)器ACR的調試將ACR接成比例調節(jié)器，給定Uct為0V，調節(jié)放大器調零電位器RP4，使其輸出為0V。給定Ug為正信號，其輸出應為負，調節(jié)負限幅電位器RP2，使其輸出限制在觸發(fā)器的移相控制角min30所對應的Uctm值2.6V 。當給定Ug繼續(xù)增大，其值不變。給定Ug為負信號，其輸出應為正，調節(jié)負限幅電位器RP1，使其輸出限制在觸發(fā)器的移相控制角min30所對應的Uctm值3.3V 。當給定Ug繼續(xù)增大，其值不變。 6.1.7 反相器AR的調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