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1、四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)論文 第一章、設(shè)計概述 1.1、設(shè)計目的 運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課,具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景,運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動控制系統(tǒng)的知識和理論分析和解決運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計問題,使學(xué)生建立正確的設(shè)計思想,掌握工程設(shè)計的一般程序、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)、手冊等工具書的能力,理解分析、制定設(shè)計方案的能力,設(shè)計計算和繪圖能力,實(shí)驗研究及系統(tǒng)調(diào)試能力,編寫設(shè)計說明書的能力。 1.2、設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)工藝要求,論證、分析、設(shè)計主電路和控制

2、電路方案,繪出該系統(tǒng)的原理圖。 (2)設(shè)計組成該系統(tǒng)的各單元,分析說明。 (3)選擇主電路的主要設(shè)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(hù)元件的作用(必須有電流和電壓保護(hù))。 (4)設(shè)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(jié)構(gòu),并計算其參數(shù)。 (5)結(jié)合實(shí)驗,論述該系統(tǒng)設(shè)計的正確性。 1.3、課題設(shè)計要求 四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能 四輥冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用。為提高生產(chǎn)效率,要求往返均要軋制,其軋機(jī)工藝參數(shù)如下: 工作輥的最大和最小直徑

3、:156/136毫米; 支持輥的最大和最小直徑:500/470毫米; 輥身長:400毫米; 軋制時軋件對軋輥的最大壓力:60噸; 壓下時軋件對軋輥的最大壓力:120噸; 軋制速度:0.5~10米/秒; 基速:7米/秒; 帶材寬度:300毫米; 帶材坯料厚度:1毫米; 帶卷內(nèi)徑(卷筒直徑):500毫米; 軋制成成品:8道次以上; 傳動比:i1; 下附軋機(jī)原理簡圖: 輥機(jī)原理簡圖 設(shè)計要求: 穩(wěn)態(tài)無靜差,電流超調(diào)量≤5%;空載啟動至額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量%≤10%,能實(shí)現(xiàn)快速制動。 直流電動機(jī)參數(shù): 120Kw,230v,780A,1000r /min, 0.05Ω,電樞

4、回路總電阻R0.12Ω,電流過載倍數(shù)λ2.25,87.5 、調(diào)速方案選擇 在進(jìn)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。 2.1 直流調(diào)速的一般原理 理想化直流電動機(jī),直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程可表示為: 式中n??轉(zhuǎn)速(r/min); U??電樞電壓(V); I??電樞電流(A); R??電樞回路總電阻(); ??勵磁磁通(Wb); ??由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù); 在上式中,是常數(shù),電流I是由負(fù)載決定的,因此調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法: 調(diào)節(jié)電樞供電電壓U; 減弱勵磁磁通; 改變電樞回路電阻R

5、。 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(shí)現(xiàn)有級調(diào)速;減弱磁通雖然能夠平滑調(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(fù)反饋控制、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制等控制方法。 2.2 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下圖2-2-1: 圖2-2-1晶閘管??電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)V??M系統(tǒng)原理圖 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

6、可改變整流電壓Ud,從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 這里對晶閘管可控整流器的移相控制是關(guān)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Ud以進(jìn)行調(diào)速。 圖2-2-2三相橋式全控整流電路 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路簡單,有利于在實(shí)驗室實(shí)現(xiàn),并且能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對運(yùn)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。 然而,開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)沒有控制結(jié)果的反饋,控制精度不高,在需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械對靜差率有一定的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

7、負(fù)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。 2.3 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng) 為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo),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)。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合,采用單閉環(huán)系統(tǒng),而對調(diào)速指標(biāo)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。 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖如下圖2-3-1: 圖2-3-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖 圖2-3-2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 可見轉(zhuǎn)速單閉環(huán)

8、系統(tǒng)實(shí)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(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化,電機(jī)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,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(dāng)“給定”恒定時,閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用,當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時,電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。 與開換

9、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: 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式 nKp*Ks*U1/Ce1+K-Id*R/Ce1+K 式中:Kp?放大器的電壓放大系數(shù); Ks?電力電子變換器的電壓放大系數(shù); α?轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) U1?給定電壓 設(shè)K Kp* Ks*α/ Ce 閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降 ΔNclR*Id/Ce1+K 閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率 SclΔNcl/Nn 調(diào)速范圍 DclNn*s/ ΔNcl*1-s

10、 可見經(jīng)過適當(dāng)調(diào)節(jié)Kp、Ks,可以使系統(tǒng)的特性更硬,調(diào)速范圍更寬。 2.4 帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機(jī)全電壓起動時,如果沒有限流措施,會產(chǎn)生很大的沖擊電流,這不僅對電動機(jī)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(fù)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(dāng)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(dá)到它的最高值,對電動機(jī)來說,相當(dāng)于全壓起動,當(dāng)然是不允許的。 另外,有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況,例如,由

11、于故障使機(jī)械軸被卡住,或挖土機(jī)運(yùn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù),一過載就跳閘,也會給正常工作帶來不便。 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(fù)反饋,簡稱截流反饋,保持電流基本不變,使它不超過允許值。 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-4-1所示。 圖2-4-1 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 這種電流負(fù)反饋?zhàn)饔弥粦?yīng)在起動和堵轉(zhuǎn)時存在,在正常運(yùn)行時又得取消,讓電流自由地隨著負(fù)載增減。它的靜特性分為兩段,當(dāng)時,電流

12、截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)不起作用,靜特性與只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的相同。當(dāng)后,引入了電流截止負(fù)反饋,靜特性變?yōu)? 2.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 采用轉(zhuǎn)速負(fù)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(shí)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(jī)等要求快速起制動,突加負(fù)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)。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中,電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專

13、門用來控制電流的,但它只能在超過臨界電流值以后,靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊,并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負(fù)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 圖2-5-1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動電流和轉(zhuǎn)速波形圖 起動電流突破Idcr以后,受電流負(fù)反饋的作用,電流只能再升高一點(diǎn),經(jīng)過某一最大值Idm后,就降低下來,電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小,因而加速過程必然拖長。 為此,在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下,應(yīng)該充分利用電機(jī)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(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時

14、,立即讓電流降下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動過程波形示如圖2-5-2: 圖2-5-2系統(tǒng)理想起動過程波形 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。 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(或稱串級聯(lián)接,如圖所示2-5-3。 圖2-5-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ASR??轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR??電流調(diào)節(jié)器 TG??測速發(fā)電機(jī) TA??電流互感器 UPE??電力電

15、子變換器 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jìn)行分析。 為分析靜特性我們參考如下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖: 圖2-5-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ??轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)??電流反饋系數(shù) 在正常運(yùn)行時,電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)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

16、是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段。②轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和:這時ASR輸出達(dá)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: 圖2-5-5 單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性圖 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(jié)構(gòu)圖如下圖: 圖2-5-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn): (1)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(dāng)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);

17、當(dāng)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)。 轉(zhuǎn)速超調(diào):由于ASR采用了飽和非線性控制,起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后,必須使轉(zhuǎn)速超調(diào), ASR 的輸入偏差電壓 △Un 為負(fù)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(yīng)必然有超調(diào)。 準(zhǔn)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(jī)允許的最大電流,以便充分發(fā)揮電動機(jī)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(zhǔn)時間最優(yōu)控制。 對于調(diào)速系統(tǒng),

18、最重要的動態(tài)性能是抗擾性能,主要是負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。對于負(fù)載擾動,由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出,負(fù)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(fù)載擾動的作用。在設(shè)計ASR時,應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。對于電網(wǎng)電壓擾動,雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由于增設(shè)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。 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。 、雙閉環(huán)調(diào)速

19、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各功能模塊概述 3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 主電路的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接影響整個系統(tǒng)的性能,為了保證可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運(yùn)行特性,則需要設(shè)計可逆的調(diào)速系統(tǒng),采用六個晶閘管構(gòu)成三相橋式整流電路的反并聯(lián)裝置可以解決電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動的問題。其實(shí)現(xiàn)方式如圖3-1-1所示。圖3-1-1主電路框圖 對于系統(tǒng)的供電,可將無窮大電網(wǎng)電壓經(jīng)三相變壓器變?yōu)?20V,再通過一系列熔斷器等保護(hù)措施,輸入給橋式整流電路,進(jìn)而給直流電機(jī)和其他裝置供電。變壓器繞組采用 △/Y接法?,具體方法見主電路變壓器的參數(shù)計算。主電路的保護(hù)措施尤為重要,設(shè)計多重保護(hù)電路成為必要。

20、 在起動開關(guān)電路里面設(shè)置自鎖回路和,在控制電路中發(fā)現(xiàn)電流過大,這可使主電路常閉開關(guān)KM跳開而保護(hù)整個系統(tǒng),當(dāng)KM跳開失敗后,由于電流過大,一段時間后快速熔斷器受熱而熔化使電路跳開,從而避免燒壞電機(jī)等設(shè)備。上框圖中起動開關(guān)KM部分電路圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2起動開關(guān)電路圖 3.2速度調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器由運(yùn)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(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運(yùn)算。其原理如圖3-2-1所示: 。 圖3-2-1速度調(diào)節(jié)器 在圖中“1、2、3”端為信號輸入端,二極管VD1和VD2起運(yùn)放輸入限幅,保護(hù)運(yùn)放的作用。二極管VD3

21、、VD4和電位器RP1、RP2組成正負(fù)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(yīng)時間。RP3為調(diào)零電位器。 3.3電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器由運(yùn)算放大器、限幅電路、互補(bǔ)輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)及反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)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3-2-2所示。 圖3-3-1電流調(diào)節(jié)器 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(dāng)主電路輸出過流時,電流反饋與過流保護(hù)的“3

22、”端輸出一個推β信號(高電平)信號,擊穿穩(wěn)壓管,正電壓信號輸入運(yùn)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(hù)主電路?！?、7”端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端,當(dāng)有高電平輸入時,擊穿穩(wěn)壓管,三極管V4、V5導(dǎo)通,將相應(yīng)的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實(shí)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,只有一路信號輸入起作用,另一路信號接地不起作用。 3.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 圖3

23、-4-1鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 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V1、V2等元件組成的恒流源電路,當(dāng)V3截止時,恒流源對C2充電形成鋸齒波;當(dāng)V3導(dǎo)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?？刂齐妷篣ct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加,從而構(gòu)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(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié),C

24、5為強(qiáng)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。 3.5電流反饋與過流保護(hù) 圖3-5-1電流反饋與過流保護(hù)原理圖 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(dāng)主電源輸出電流超過某一設(shè)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(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)打開掛件電源開關(guān),過流保護(hù)即處于工作狀態(tài)。

25、 1電流反饋與過流保護(hù)的輸入端TA1、TA2、TA3,來自電流互感器的輸出端,反映負(fù)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: ①R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián),在其中點(diǎn)取零電流檢測信號從1腳輸出,供零電平檢測用。當(dāng)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(dāng)電流反饋的電壓升高的時候,“1”端的輸出也隨著升高,當(dāng)輸出電壓接接近0.6V左右時,VD7導(dǎo)通,使輸出始終保持在0.6V左右。 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(jìn)行調(diào)節(jié)。

26、 ③RP2的滑動觸頭與過流保護(hù)電路相連,調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)過流動作電流的大小。 2當(dāng)電路開始工作時,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,同時通過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)主電路電流超過某一數(shù)值后,RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)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(shí)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。 4過流的同時,V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?

27、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。 5SB為解除過流記憶的復(fù)位按鈕,當(dāng)過流故障己經(jīng)排除,則須按下SB以解除記憶,才能恢復(fù)正常工作。當(dāng)過流動作后,電源通過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、V4截止,電路才恢復(fù)正常。 3.6轉(zhuǎn)速變換 轉(zhuǎn)速變換用于有轉(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。 圖3-6-1速度變換圖 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)R

28、1和RP1分壓,調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 圖3-6-2電壓給定原理圖 電壓給定由兩個電位器RP1、RP2及兩個鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極性切換開關(guān),輸出的正、負(fù)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(guān),打到“運(yùn)行”側(cè),允許電壓輸出,打到“停止”側(cè),則輸出為零。 按以下步驟撥動S1、S2,可獲得以下信號: 1將S2打到“運(yùn)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(yùn)行”側(cè),此時可獲得從0V突跳到正電壓

29、的階躍信號。 2將S2打到“運(yùn)行”側(cè),S1打到“負(fù)給定”側(cè),調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負(fù)電壓,撥動S2到“停止”側(cè),此時可獲得從負(fù)電壓突跳到0V的階躍信號,再撥動S2到“運(yùn)行”側(cè),此時可獲得從0V突跳到負(fù)電壓的階躍信號。 3將S2打到“運(yùn)行”側(cè),撥動S1,分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負(fù)電壓,當(dāng)S1從“正給定”側(cè)打到“負(fù)給定”側(cè),得到從正電壓到負(fù)電壓的跳變。當(dāng)S1從“負(fù)給定”側(cè)打到“正給定”側(cè),得到從負(fù)電壓到正電壓的跳變。 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

30、地,特別是輸出電壓比較高的時候,可能會將RP1、RP2損壞。 3.7零速封鎖器 零速封鎖器的原理圖如下: 圖3-7-1零速封鎖器原理圖 零速封鎖器由兩個具有“山”型繼電器特性的電平檢測器,邏輯門及延時環(huán)節(jié)組成,其原理如圖3-2-7。 零速封鎖器的作用是:當(dāng)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(jī)不會低速爬行或者系統(tǒng)在零速時出現(xiàn)振蕩。 兩個“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進(jìn)行檢測,當(dāng)輸入信號為正值時,通過二極管VD1和VD3分別進(jìn)入運(yùn)放的反向輸入端,而當(dāng)輸入信號為負(fù)值時,則通過VD2和VD4進(jìn)入

31、運(yùn)放的正相輸入端。故當(dāng)輸入信號絕對值大于某值時(0.3V左右)時,運(yùn)放輸出始終為負(fù)值,通過二極管VD9和VD10鉗位至-0.7V,作為“0” 信號,當(dāng)輸入信號的絕對值小于某一整定值時(0.2V左右),則運(yùn)放輸出正電壓,作為“1”信號。因此可得到如圖3-2-8所示的“山”型繼電特性。 圖3-7-2零速封鎖器的“山”型繼電特性 當(dāng)電平檢測到輸入電壓大于0.3V時,其輸出為低電平“0”,當(dāng)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(dǎo)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(yīng)管的柵極,使

32、其關(guān)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(yīng)管的柵極,使其導(dǎo)通,使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路,輸出為“0”。 電容C3和電阻R25起延時作用,當(dāng)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(yùn)行或換向過程中引起誤封鎖。 面板上裝有S1開關(guān),當(dāng)開關(guān)撥到“封鎖”時,零速封鎖器處于工作狀態(tài);當(dāng)S1開關(guān)撥到“解除”時,零速封鎖器處于關(guān)閉狀態(tài)。 3.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別DPT 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

33、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(yùn)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。 調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點(diǎn)的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:Uk Usr2一Usr1 K1Uscm2一Uscm1 式中,K1為正反饋系數(shù),K1越大,則正反饋越強(qiáng),回環(huán)寬度就越小;Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)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

34、大時能提高系統(tǒng)抗干擾能力,但環(huán)太寬時會使系統(tǒng)動作遲鈍。 圖3-8-1 轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖 圖3-8-2轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性 3.9零電平檢測DPZ 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(jìn)行零電流檢測,當(dāng)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,輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖3-2-10和圖3-2-11所示。 圖3-9-1零電平檢測器原理圖3-9-2零電平檢測器輸入輸出特性 3.10邏輯控制DLC 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

35、主回路零電平信號進(jìn) 行邏輯運(yùn)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖3-2-12所示。其主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護(hù)電路、推電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。 圖3-10-1邏輯控制器原理圖 1邏輯判斷環(huán)節(jié) 邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)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(jìn)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(dāng)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(yīng)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。

36、 2延時環(huán)節(jié) 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(guān)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(shè)置相應(yīng)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。 3邏輯保護(hù)環(huán)節(jié) 邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)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(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、UF全為“1”狀

37、態(tài)時,使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點(diǎn)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。 4推β環(huán)節(jié) 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。 5功放電路 由于與非門輸出功率有限,為了可靠的推動Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級。

38、 第四章、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及參數(shù)計算 4.1設(shè)計準(zhǔn)備圖4-1-1 直流電動機(jī)變流裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 設(shè)直流電動機(jī)的規(guī)格如下:PN120KW,IN780A,nN1000r/min,Ra0.05Ω,R0.12Ω。折算到直流電動機(jī)軸的飛輪力矩慣量GD287.5N?m2。 變流裝置采用三相橋式整流電路,晶閘管觸發(fā)整流裝置放大倍數(shù)Ks40平均延遲時間τD0.0017s。 平波電抗器電阻電感 Ls0.639*230/(

39、0.05*IN)3.77mH。 給定電壓Usn、速度調(diào)節(jié)器限幅電壓Usim、電流調(diào)節(jié)器限幅電壓Ucm取UsnUsimUcm10V。 系統(tǒng)固有部分的主要參數(shù)計算 (1)電動機(jī)的電磁時間常數(shù) 0.032s (2)電動機(jī)的電動勢常量 0.191Vmin/r (3)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常量 0.1911.8241Nm/A (4)轉(zhuǎn)速慣量 0.2333Nmsmin/r (5)機(jī)電時間常數(shù) 0.0804s 2.預(yù)先選定的參數(shù) (1)調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0 為簡化起見,調(diào)節(jié)器的輸入電阻一般均取相同數(shù)值,通常選用10~60KΩ,本實(shí)例取R010 KΩ+10 KΩ

40、20KΩ (2)電流反饋系數(shù)β 設(shè)最大允許電流Idm2.5IdN,有Idm2.57801950A 0.005V/A (3)速度反饋系數(shù)α 0.01Vmin/r (4)電流濾波時間常數(shù)Tfi及轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Tfn 由于電流檢測信號和轉(zhuǎn)速檢測信號中含有諧波分量,而這些諧波分量會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。所以需加反饋濾波環(huán)節(jié)。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的諧波分量,但同時也給反饋信號帶來慣性的影響,為了平衡這一慣性的影響,在調(diào)節(jié)器給定輸入端也加入一個同樣參數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。電流濾波時間常數(shù)Tfi一般取1~3ms,轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Tfn一般取5~20ms。對濾波時間常數(shù),若取得過小,則濾不掉

41、信號中的諧波,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但若取得過大,將會使過渡過程增加,降低系統(tǒng)的快速性。 本例中取 Toi2ms0.002s Ton10ms0.01s 4.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)框圖的建立及化簡 電流環(huán)框圖如圖所示,由于轉(zhuǎn)速對給定信號的響應(yīng)時間較電流對給定信號的響應(yīng)時間長得多,因此在計算電流的動態(tài)響應(yīng)時,可以把電動機(jī)的轉(zhuǎn)速看成恒量。而恒量對動態(tài)分量是不起作用的,因此,為簡化起見,可把反電勢略去。 將非單位負(fù)反饋?zhàn)儞Q成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。 由于Tfi(0.002)和τD(0.0017)較Ta(0.032s)小得多,所以可把前兩者構(gòu)成的小慣性

42、環(huán)節(jié)合并。T∑i0.002+0.00170.0037s 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 確定系統(tǒng)的類型 對電流環(huán),可以校正成典I系統(tǒng),也可以校正成典II系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而定,一般對抗擾性能要求不是特別嚴(yán)格時均采用典I系統(tǒng)設(shè)計即可?，F(xiàn)將電流環(huán)校正成典I系統(tǒng)。 電流調(diào)節(jié)器的選擇 顯然,欲校正成典I系統(tǒng),電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為 而 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取 按二階最佳系統(tǒng)設(shè)計,取TiTa0.032s 根據(jù)要求,穩(wěn)態(tài)無靜差:σi≤5%,選擇ξ0.707,得 電流開環(huán)增益:KI0.5/ T∑i0.5/0.0037135 ACR比例系數(shù):2.595

43、 設(shè)取調(diào)節(jié)器的輸入電阻R060 KΩ,則 RiKiR02.59560 155.7KΩ 0.21μF 0.051μF 4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的建立及化簡 圖4-3-1轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)) 圖4-3-2轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性環(huán)節(jié)近似處理) 圖4-3-3 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)簡化圖(校正后成為典型II型系統(tǒng)) 電流環(huán)簡化后可視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié),為此需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由4-3-3可得,忽略高次項,可以降階近似成。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi),電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)該為,因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 。這樣,原

44、來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象,經(jīng)閉環(huán)控制后,可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié),如圖4-3-1。這就表明,電流的閉環(huán)控制改造了控制對象,加快了電流的跟隨作用,這是局部閉環(huán)(內(nèi)環(huán))控制的一個重要功能。速度環(huán)框圖如圖4-3-2所示,將非單位負(fù)反饋?zhàn)儞Q成單位負(fù)反饋系統(tǒng),并把兩個小慣性環(huán)節(jié)合并。 2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計 和電流環(huán)中一樣,把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi),同時將給定信號改成,再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來,近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié),其中,則速度換結(jié)構(gòu)框圖可簡化為圖4-3-2。 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必須有一個積分環(huán)節(jié)

45、,它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中,見圖4-3-2,現(xiàn)在在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié),所以應(yīng)該設(shè)計成典型Ⅱ型系統(tǒng),這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。顯然,欲校正成典II系統(tǒng),速度調(diào)節(jié)器應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為: 式中,表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 這樣調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為: 2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取 由圖4-3-3與上兩式比較可得: 按三階最佳系統(tǒng)設(shè)計,跟隨和抗擾動性能都較好的原則,取,則ASR的超前時間常數(shù)為:。 可求得

46、轉(zhuǎn)速開環(huán)增益: 比較式4-22與式4-23進(jìn)而可得ASR的比例系數(shù): 2.21 3檢驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為: 1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為: ,滿足簡化條件。 2轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為: ,滿足簡化條件。 3驗證調(diào)速系統(tǒng)空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量: ,滿足設(shè)計要求。 4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 已知轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入電阻,則 2.212044.2取40。 2.2μF ,取 至此,雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計初步完成,但還需

47、實(shí)際調(diào)試和修正。 4.4系統(tǒng)設(shè)計小結(jié) 在實(shí)驗室模擬條件下,所設(shè)計的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以滿足四輥冷軋機(jī)所要求的性能指標(biāo): (1),; (2)穩(wěn)態(tài)時,轉(zhuǎn)速無靜差; (3)能夠快速起動、制動;由于進(jìn)行實(shí)驗調(diào)試的實(shí)際系統(tǒng)有很大差別,并且目前我們所學(xué)有限,能力有限,所以設(shè)計中對實(shí)際問題的一些方面考慮不多,主要放在了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計上。 第五章、小結(jié) 三周的課程設(shè)計,讓我進(jìn)一步鞏固了這一學(xué)期來的所學(xué),也回顧了一下電力電子及電機(jī)拖動等方面的相關(guān)知識,鍛煉了自己對知識綜合運(yùn)用的能力,也加強(qiáng)了

48、自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。 在運(yùn)動控制系統(tǒng)的實(shí)驗過程中,從一開始的整定相位到后面的綜合調(diào)試,我們碰到了許許多多的問題,也曾經(jīng)積極的思考,再結(jié)合同學(xué)、研究生師兄以及老師的幫助,我們最終成功地完成了實(shí)驗任務(wù)。 課程設(shè)計過程中,我們遇到了許多的難題,比如觸發(fā)電路的設(shè)計,在老師的指導(dǎo)下,我們才知道在調(diào)節(jié)器中必須加入零速封鎖器才能讓系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。一度覺得想要在三周里完成有點(diǎn)不可能,幸好我們在做實(shí)驗的時候,無意中發(fā)現(xiàn)了一幅雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖,令我們茅塞頓開,許多問題迎刃而解,這才能較好完成此次課設(shè)任務(wù)。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的,只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的

49、,只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來,才能真正掌握技術(shù),從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在課程設(shè)計伊始,申教授就告訴我們這次課程設(shè)計是跟實(shí)際工廠控制系統(tǒng)調(diào)試差不多的,對我們幫助非常大。我們也非常努力認(rèn)真地完成了這次課程設(shè)計。 總而言之,此次課程設(shè)計讓我受益良多,讓我知道了知識結(jié)合運(yùn)用的重要性,又一次體會到了團(tuán)隊合作的重要性,當(dāng)然也少不了向老師和同學(xué)請教的重要性。 參考文獻(xiàn) 《電力電子技術(shù)(第4版)》 王兆安,黃俊 機(jī)械工業(yè)出版社 《電力控制自動控制系統(tǒng)??運(yùn)動控制系統(tǒng)(第3版)》 陳伯時 機(jī)械工業(yè)出版社 《電機(jī)原理與拖動》 彭鴻才 機(jī)械工業(yè)出版社 《自動控制原理

50、》 胡壽松 科學(xué)出版社 《自動控制系統(tǒng)實(shí)驗指導(dǎo)書》 歐陽昌華、劉建良中南大學(xué)教材科 附錄:邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的調(diào)試 6.1系統(tǒng)實(shí)驗調(diào)試概述 實(shí)驗?zāi)康? 熟悉和掌握邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試方法和步驟; 通過實(shí)驗,分析和研究系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性,并研究調(diào)節(jié)的參數(shù)對動態(tài)品質(zhì)的影響; 通過實(shí)驗,提高自身實(shí)際操作技能,培養(yǎng)分析和解決問題的能力。 實(shí)驗內(nèi)容: 各控制單元調(diào)試; 整定電流反饋系數(shù)β,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α,整定電流保護(hù)動作值; 測定開環(huán)機(jī)械特性及高、低時速的靜特性; 閉環(huán)控制特性的測定; 改變調(diào)節(jié)器參數(shù),觀察、記錄電流和速度走動、制動時的動態(tài)波形。 技術(shù)指標(biāo): 電流超調(diào)量

51、,并記錄有關(guān)參數(shù)對的影響; 轉(zhuǎn)速超調(diào)量,并記錄有關(guān)參數(shù)對的影響; 用示波器測定:系統(tǒng)走動、制動、由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過渡時間; 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無靜差。 實(shí)驗調(diào)節(jié)步驟: 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則: ① 先單元,后系統(tǒng); ② 先開環(huán),后閉環(huán); ③ 先內(nèi)環(huán),后外環(huán) ④ 先單向(不可逆),后雙向(可逆)。 系統(tǒng)開環(huán)調(diào)試 系統(tǒng)開環(huán)調(diào)試整定: 定相分析:定相目的是根據(jù)各相晶閘管在各自的導(dǎo)電范圍,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(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)器結(jié)構(gòu)原理,主變壓器的接線組別來確定同步變壓器的接線組別。 Α90的整定 制定移相特性 帶

52、動電機(jī)整定α和β 系統(tǒng)的單元調(diào)試 ASR、ACR和反相器的調(diào)零、限幅等 邏輯單元(DLC)的轉(zhuǎn)矩特性和零電流檢測的調(diào)試 電流閉環(huán)調(diào)試(,,等相關(guān)參數(shù)的整定) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)試(,,等相關(guān)參數(shù)的整定) 6.2觸發(fā)器的整定 先將DJK02的觸發(fā)脈沖指示開關(guān)撥至窄脈沖位置,合DJK02中的電源開關(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)所對應(yīng)的斜率調(diào)節(jié)器,使三相鋸齒波的斜率一致。 觀察DJK02中VT1~VT6孔的六個雙窄脈沖,使間隔均勻,相位間隔60度。 觸發(fā)器移相控制特性的整定; 如圖6-1所示,系統(tǒng)要求當(dāng)時,,電機(jī)應(yīng)停止不動。因此要調(diào) 整偏移電阻,使

53、。 圖6-2-1觸發(fā)器移相控制特性 測得當(dāng)時所對應(yīng)的值,該值將作為整定ACR輸出 最大正限幅值的依據(jù);測得當(dāng)時所對應(yīng)的值,該值將作為整定ACR輸出最大負(fù)限幅值的依據(jù)。 6.3系統(tǒng)的開環(huán)運(yùn)行及特性測試 高速特性的測試: 逐步增加給定電壓,使電動機(jī)啟動、升速。調(diào)節(jié)和滑動變阻器的阻值, 使電機(jī)電流,轉(zhuǎn)速。給定保持不變,做得高速特性如表6-1所示。 改變滑動變阻器,使負(fù)載電流由1.2A下降,并記錄所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和整流電壓,即可測出高速時的開環(huán)機(jī)械特性。表6-3-1 電機(jī)高速特性 Id 1.2 1 0.8 0.6 Ud 266 267 269 271 nr/min 16

54、17 1653 1696 1736 低速特性的測試: 調(diào)節(jié)和滑動變阻器的阻值,使電機(jī)電流,電機(jī)仍然旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速左右。測得低速特性如表6-3-2所示。 表6-3-2 電機(jī)低速特性 Id 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Ud 77 78 80 82 83 88 nr/min 336 379 418 460 505 565 電機(jī)高低速開環(huán)特性如圖所示:圖6-3-3 電機(jī)高低速開環(huán)特性圖 速度反饋特性的測試: 改變uct,使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為下列表中所示,讀出所對應(yīng)的反饋電壓ufn的大小,作出uf(n)特性,并檢查其反饋的線性度表6-3-4 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋特性 n(轉(zhuǎn)/分

55、) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Ufn(V -6.0 -5.3 -4.5 -3.8 -3.0 -2.3 -1.5 -0.8 圖6-3-5 電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋的線性度 6.4系統(tǒng)單元調(diào)試 電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)試 先切斷主電路和勵磁電源開關(guān),切斷DJK02中的電源開關(guān);合電源總開關(guān)和DJK04 中的電源控制開關(guān),DJK04中的電源控制開關(guān),DJK04中的給定電位器逆時針調(diào)至零位,使給定為0V。 將ACR接成比例調(diào)節(jié)器,給定為0V,調(diào)節(jié)放大器調(diào)零電位器RP4,使其輸出為 0V。給定 為正信號,其輸出應(yīng)為負(fù),調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器RP2,使給定繼續(xù)增大,其

56、值不變。給定為負(fù)信號,其輸出應(yīng)為正,調(diào)節(jié)負(fù)限幅值3V。當(dāng)給定繼續(xù)增大,其值不變。 速度調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)試 調(diào)試方法同ACR的調(diào)試方法,但輸出的正負(fù)限幅值為。 反相器AR的調(diào)試 將輸出給定單元輸出直接輸入AR的輸入端,用萬用表測量輸入與輸出,特性就滿足式(6-1)。 4、 系統(tǒng)整體調(diào)試 合保護(hù)電路開關(guān)→電動機(jī)勵磁開關(guān)→控制電源開關(guān)→合直流高速主電源開關(guān)。 系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察與性能指標(biāo)分析。 ① 閉環(huán)機(jī)械特性的測定:先將系統(tǒng)停下來,將發(fā)電機(jī)輸出接滑動變阻器,調(diào)節(jié)調(diào)動變阻器和速度給定,使,,給定不變,調(diào)節(jié)滑動變阻器使下降,從而測出其高速機(jī)械特性。 低速機(jī)械特性仿照開環(huán)系統(tǒng)

57、方法進(jìn)行。 ② 調(diào)節(jié)活動變阻器,使左右,觀察系統(tǒng)從原始突加正向起動→正向運(yùn)行→突給正向停車的轉(zhuǎn)速和電流的波形。 測試系統(tǒng)對擾動信號的抵抗能力。 電機(jī)起動后在穩(wěn)態(tài)情況下,先使主回路電流左右。 ① 突加負(fù)載(使),用示波器觀察電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況; ② 突降負(fù)載(使左右),同樣用示波器觀察電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況。 目 錄 第一章 、設(shè)計概述 1 1.1、設(shè)計目的 1 1.2、設(shè)計內(nèi)容 1 1.3、課題設(shè)計要求 1 第二章 、調(diào)速方案選擇 3 2.1 直流調(diào)速的一般原理 3 2.2 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 3 2.3 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng) 5

58、 2.4 帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng) 6 2.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 7 第三章 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各功能模塊概述 11 3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 11 3.2速度調(diào)節(jié)器 12 3.3電流調(diào)節(jié)器 13 3.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 14 3.5電流反饋與過流保護(hù) 15 3.6轉(zhuǎn)速變換 16 3.7零速封鎖器 17 3.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別DPT 19 3.9零電平檢測DPZ 19 3.10邏輯控制DLC 20 第四章、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及參數(shù)計算 22 4.1設(shè)計準(zhǔn)備 22 4.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 23 4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 24 4.4系統(tǒng)設(shè)計小結(jié) 27 第五章、小結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29 附錄:邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的調(diào)試 30 6.1系統(tǒng)實(shí)驗調(diào)試概述 30 6.2觸發(fā)器的整定 31 6.3系統(tǒng)的開環(huán)運(yùn)行及特性測試 32 6.4系統(tǒng)單元調(diào)試 33