轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)題 目 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 前言前言:雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的中心和重點(diǎn)內(nèi)容，是一切調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的基本原理、控制規(guī)律、設(shè)計(jì)方法對(duì)其它調(diào)速系統(tǒng)具有普遍的指導(dǎo)作用。學(xué)好雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有十分重要的意義。雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括電機(jī)主回路、整流器、轉(zhuǎn)速和電流反饋回路參數(shù)的測(cè)定；動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立；電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)；各控制單元設(shè)計(jì)與調(diào)試；電流和轉(zhuǎn)速波形的觀察記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等。目錄目錄前言前言:.2設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： .4一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)方案選擇一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)方案選擇 .4二、調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)二、調(diào)速系統(tǒng)分析與

2、設(shè)計(jì) .52-1 主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì).52-1-1設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)主電路.52-1-2元器件選擇元器件選擇.62-2 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì).102-2-1控制電路框圖設(shè)計(jì)控制電路框圖設(shè)計(jì).102-2-2控制電路框圖中各控制單元的原理圖設(shè)計(jì)控制電路框圖中各控制單元的原理圖設(shè)計(jì).101給定器（g） 、零速封鎖器（dzs） .112速度變換器 fbs、速度調(diào)節(jié)器 asr、電流調(diào)節(jié)器 acr.124觸發(fā)裝置 gt 和脈沖功放電路.15三、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試三、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 .163-13-1 系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定.163-1-13-1-1 測(cè)定晶閘管直

3、流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻值測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻值r、電感值、電感值 l l.163-1-23-1-2 測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)- -直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)- -測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量gd2.173-1-33-1-3 測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù) t td d.173-1-43-1-4 測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù) c cm.183-1-53-1-5 測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) t tm.183-1-63-1-6 測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整

4、流裝置特性測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性u(píng)d=f(uct)、測(cè)速發(fā)電機(jī)特性、測(cè)速發(fā)電機(jī)特性u(píng)tg=f(n).183-23-2 調(diào)節(jié)器參數(shù)確定調(diào)節(jié)器參數(shù)確定.193-2-13-2-1 計(jì)算電流反饋系數(shù)計(jì)算電流反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù).196v/1000r=0.004v/(r/min), =3.86v/1a=3.86v/a.193-2-23-2-2 設(shè)計(jì)電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù).193-2-3閉環(huán)系統(tǒng)性能仿真驗(yàn)證閉環(huán)系統(tǒng)性能仿真驗(yàn)證(采用采用matlab) ).223-3 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.233-3-1單元部件調(diào)試單元部件調(diào)試.233-3-2閉環(huán)系統(tǒng)特性測(cè)試閉環(huán)

5、系統(tǒng)特性測(cè)試.243-3-33-3-3 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性觀察系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性觀察.24小結(jié)：小結(jié)： .25主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn)： 27設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：（1 1）熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)；（2 2）掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)定方法；（3 3）熟悉主要單元部件的工作原理及調(diào)速系統(tǒng)對(duì)其提出的要求；（4 4）掌握直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元部件的調(diào)試步驟和方法；（5 5）了解閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成；（6 6）掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定；（7 7）研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)方案選擇一、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)方案

6、選擇由電動(dòng)機(jī)理論知，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為trcccunmeen2n式中 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）nn電動(dòng)機(jī)的額定電壓(v)：unr電動(dòng)機(jī)電樞電路總電阻()電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(vminr)；ce轉(zhuǎn)矩常數(shù)，9.55;cmcmcet電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩(nm)；電動(dòng)機(jī)磁通(wb)。由上式可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有1)改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓。2)改變勵(lì)磁磁通。3)改變電樞回路的附加電阻。改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓改變電樞電壓所得機(jī)械特性是一組平行變化直線。采用此種方法，般在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，最低轉(zhuǎn)速取決于電動(dòng)機(jī)低速時(shí)的穩(wěn)定性。它具有調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性硬，動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)。在連續(xù)改變電樞電壓時(shí)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。

7、改變電摳電壓調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，通過(guò)電壓正反向變化，使電動(dòng)機(jī)能平滑地起動(dòng)和工作在四個(gè)象限，而且控制功率小、效率高。當(dāng)加上各種調(diào)節(jié)器便可組成性能、指標(biāo)較高的調(diào)速系統(tǒng)因此在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。改變勵(lì)磁磁通由于直流電動(dòng)機(jī)在額定磁通下運(yùn)行時(shí)，磁通已接近飽和，降低勵(lì)磁回路供電電壓(電流)討減弱磁通實(shí)現(xiàn)升速。采用這種方法屬于恒功率調(diào)速，一般以額定轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)換向條件和電樞機(jī)械強(qiáng)度的限制，所以調(diào)速范圍小，需與調(diào)壓調(diào)速方法結(jié)合，以擴(kuò)大調(diào)速范闊。改變電樞回路的附加電阻改變電樞回路電阻調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即在電樞回路中串接不同附加電阻，以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。由于外接電阻越大，功耗越大，特件越軟

8、，穩(wěn)定性越差，u 為有級(jí)調(diào)速，在電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中已很少應(yīng)用。綜上所述，改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓的調(diào)速方式具有調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性硬，動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)，當(dāng)加上各種調(diào)節(jié)器便可組成性能、指標(biāo)較高的調(diào)速系統(tǒng)為最優(yōu)方案，所以選擇改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓的調(diào)速方式。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最為廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng)。具有調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點(diǎn)，在理論和實(shí)踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動(dòng)領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。本次設(shè)計(jì)即采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)。二、調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)二、調(diào)速系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)2-12-1 主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)2-1-12-1-1 設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)主

9、電路晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。在本設(shè)計(jì)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓 ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓 uct，改變 ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。2-1-22-1-2 元器件選擇元器件選擇1整流變壓器的選擇變 壓 器利 用 率直流側(cè)脈動(dòng) 情 況元 件 利用 率直 流 磁化波 形 畸變應(yīng) 用 場(chǎng)合三 相 全控 橋 式好（0.95）較小（m=6）較 好（120 度）無(wú)較?。?.955）10200kw可（不）逆，應(yīng)用范圍極廣三 相 半控 橋 式好（0.95）較?。╩=6）

10、較 好（120 度）無(wú)較?。?.955）10200kw不可逆晶 閘 管整 流 電 壓 器接法換相 電抗壓降系數(shù)整流電壓計(jì)算系數(shù)電壓計(jì)算系數(shù)電流計(jì)算系數(shù)二次相電流計(jì)算系數(shù)一次相電流計(jì)算系數(shù)視在功率計(jì)算系數(shù)漏抗計(jì)算系數(shù)漏抗折算系數(shù)電阻折算系數(shù)整流電路最大滯后時(shí)間三相 全控 橋式0.52.342.450.3670.8160.8161.051.22223.3三相 半控 橋式0.52.342.450.3670.8160.8161.051.22026.6由上兩表可知，三相全控橋和三相半控橋性能良好，但三相全控橋應(yīng)用范圍比三相半控橋廣，且三相全控橋整流電路最大滯后時(shí)間較小，所以選擇三相全控橋作為本設(shè)計(jì)的整流

11、變壓器。2晶閘管的選擇1） 額定電壓的選擇實(shí)際工程中，如果采用三相橋式整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓，可參考下表選擇整流晶閘管額定電壓 圖圖 2 21 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖電動(dòng)機(jī)額定電壓（v）220440660750晶閘管額定電壓（v）=800=1200=2300=2800由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓是 220v,所以根據(jù)上表，晶閘管額定電壓選擇為=800v2) 額定電流的選擇 實(shí)際計(jì)算中，常常是負(fù)載的平均電流已知，整流器連接及運(yùn)行方式已經(jīng)確定，即流經(jīng)晶閘管的最大電流有效值和負(fù)載平均電流有固定系數(shù)關(guān)系。這樣通過(guò)查相對(duì)應(yīng)系數(shù)使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化。當(dāng)整流電路電抗足夠大且整流電流連續(xù)

12、時(shí)，可用下述經(jīng)驗(yàn)公式近似地估算晶閘管額定通態(tài)平均電流 ikiditavtmax)()25 . 1 (式中 晶閘管額定通態(tài)平均電流；iavt)( 晶問(wèn)管電流計(jì)算系數(shù)：kit整流器輸出最大平均電流(a)；當(dāng)采用品閘管作為電樞供電時(shí)取為id maxid max電動(dòng)機(jī)工作電流的最大值。取0.367，1.16a 則，的值為（0.6380.852）akitid maxiact)(3) 晶問(wèn)管的并聯(lián)使用采用同型號(hào)的晶閘管并聯(lián)，可以增大變流裝置的輸出電流。如果并聯(lián)元件的正向特性不一致，就會(huì)造成電流分配不均勻，所以，除了選擇特性一致的元件外，還應(yīng)采用均流措施。(1)電阻均流法 如圖 24 所示為申聯(lián)電阻均流電路

13、。電阻的數(shù)值取元件最大工作電流時(shí)，電阻壓降 ua 為整流器元件正向壓降的 12 倍為宜，如 50a 的晶閘管取均流電阻為0.04。由于電阻工耗大，只適應(yīng)小電流的整流電路。圖 2-2 串流電阻均流電路(2)電抗均流法 固 25 所不為申聯(lián)電抗均流電路，其均流原理是利用電抗器上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用，使管子的電壓分配發(fā)生變化，原來(lái)電流大的管子管壓降降下來(lái)，電流分配小的管于的管壓降升上去。這樣以迫使并聯(lián)管中電流分配基本一致。 圖 2-3 電抗均流電路并聯(lián)晶閘管的額定電流計(jì)算knukiipditavtmax)()25 . 1 (晶閘管額定通態(tài)平均電流(a)；iavt)(晶閘管電流計(jì)算系數(shù)；kit最大整流電壓

14、（v） ；ud max每個(gè)橋臂上晶間管的并聯(lián)數(shù)np均流系數(shù)，一般取0.80.9kiki0.367，2， 220v,則的值為（74.2599）akitnpud maxiavt)(kp 型晶閘管通態(tài)平均電流型晶閘管通態(tài)平均電流系列kp1kp5kp10kp20kp30kp50kp100kp200kp300kp400kp500kp600kp800kp1000通態(tài)平均電流/a15102030501002003004005006008001000由上表可知，選擇晶閘管的型號(hào)為 kp100.3平波電抗器的選擇為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持整流電流連續(xù)，通常在交流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗

15、器。電抗器的主要參數(shù)有：額定電抗、額定電流、額定電壓降及結(jié)構(gòu)形式等。正確選用電抗器是保證調(diào)速系統(tǒng)可靠工作以及使交流器設(shè)備獲得合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的一個(gè)重要因素。由于個(gè)整流電路中，通常包含有電動(dòng)機(jī)電樞電抗、變壓器漏抗和外接電抗器的電抗三個(gè)部分，因此，首先應(yīng)求出電動(dòng)機(jī)電樞(或勵(lì)磁繞組)及整流變壓器的漏感，再求出需要外接電抗器的電感值。1）電動(dòng)機(jī)的電感電動(dòng)機(jī)的電感 ld(mh)可按下式計(jì)算，即1032inuklnnnddp式中 直流電動(dòng)機(jī)額定電壓un直流電動(dòng)機(jī)額定電流in直流電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速nnp直流電動(dòng)機(jī)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，有補(bǔ)償 kd電動(dòng)機(jī)取 56。由

16、于直流電機(jī)為無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)， 取 8，則 ld的值為 505.75kd2）整流變壓器的漏感整流變壓器折合二次側(cè)的每相漏感 lr(mh) 可按下式計(jì)算，即 iuuklndltt2式中計(jì)算因數(shù)，三相全橋取 3.9，三相半波取 6.75；kt整流變壓器短路電壓百分比，一般取 0.51.0；udl整流變壓器二次相電壓；u2直流電動(dòng)機(jī)額定電流。in由于為三相全橋，取 3.9，取 0.5，取 220v，則ktudlu2369.8316. 12205 . 09 . 32iuuklndltt3) 保證電流連續(xù)所需電抗器的電感值當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流小到一定程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，將使直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。為

17、了使輸出電流在最小負(fù)載電流時(shí)仍能連續(xù)，所需的臨界電感值 l 1 可用下式計(jì)算。iuklmin211臨界計(jì)算系數(shù)，單相全控橋?yàn)?2.87，三相半波為 1.45，三相全控橋?yàn)?0.693.k1整流變壓器二次相電壓(v)；u2電動(dòng)機(jī)最小工作電流，取電動(dòng)機(jī)額定電流的 510%imin實(shí)際串聯(lián)的電抗器的電感值 lp 為 )(1lllltdpn式中 n系數(shù)，在三相橋路中取 2，其余電路取 1。由于 取 0.693，取 220v, 取 0.116a,則k1u2imin=68.9)83.369275.505(31.1314)(1lllltdpn4保護(hù)環(huán)節(jié)的選擇1）過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流是晶閘管電路經(jīng)常發(fā)生的故障，是

18、造成器件損壞的主要原因之一，因此，過(guò)電流保護(hù)應(yīng)當(dāng)首先考慮。由于晶閘管承受過(guò)電流能力比一放電器差得多，故必須在極短的時(shí)間內(nèi)把電源斷開(kāi)或把電流值降下來(lái)。本次設(shè)計(jì)采用快速熔斷器保護(hù)，其電路圖如下圖 2-4 快速熔斷器保護(hù) 快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過(guò)流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比具有快速熔斷的特性，在通常的發(fā)生短路后，熔斷時(shí)間小于 20ms，能保證在晶閘管損壞之前熔斷自身而斷升故障點(diǎn)，避免過(guò)電流燒壞管子。2）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成 didt 加大。因此，一般只用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻標(biāo)稱電壓按下式選擇，即1mau1(

19、1.8 2)1.8 220396madcuuv本次設(shè)計(jì)選擇標(biāo)稱值 396v 左右的壓敏電阻。3）晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)為了抑制晶閘管的關(guān)斷過(guò)電壓，采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，電路圖如下圖 2-5 換相過(guò)電壓保護(hù)電容耐壓值，通常按加在晶間管兩端工作電壓峰值的 1.11.5 倍計(jì)算。電阻功率（w）為rp2610rmpfcu式中電源頻率(hz)；f 電容值(uf);c晶閘管工作電壓峰值(v)mu本次設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)額定電流為 1.1a，故晶閘管的最大電流為 1.1a,電容可以采用電容值為 0.1uf，電阻值為 100 阻容保護(hù)器件。2-22-2 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)2-2-12-2-1

20、控制電路框圖設(shè)計(jì)控制電路框圖設(shè)計(jì)2-2-22-2-2 控制電路框圖中各控制單元的原理圖設(shè)計(jì)控制電路框圖中各控制單元的原理圖設(shè)計(jì)1給定器（g） 、零速封鎖器（dzs）、給定器（g）給定器（g）的原理圖如下圖 22 所示。g：給定器；dzs：零速封鎖器；asr：速度調(diào)節(jié)器；acr 電流調(diào)節(jié)器：gt：觸發(fā)裝置；fbs：速度變換器；fa：過(guò)流保護(hù)器；fbc：電流變換；ap1：i 組脈沖放大器；圖 2-6 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如上圖可知，電壓給定器主要由兩個(gè)可調(diào)電位器 rp1、rp2 及兩個(gè)鈕子開(kāi)關(guān)sa1、sa2 組成，sa1 為正負(fù)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié) rp1、rp2 輸出正負(fù)電壓的大小，

21、（r3、r4 為限流電阻，大小均為 ，作過(guò)流保護(hù)用）其最大輸出電壓為12v；sa2 為輸出控制開(kāi)關(guān)。、零速封鎖器（dzs）零速封鎖器（dzs）原理圖如下圖 23 所示。如上圖所示，零速封鎖器由兩個(gè)具有“山”形繼電特性的電平檢測(cè)器、邏輯門及延時(shí)環(huán)節(jié)組成，其作用是：當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓為零時(shí)（即調(diào)速系統(tǒng)在停車狀態(tài)） ，封鎖各調(diào)節(jié)器，保證電機(jī)不會(huì)爬行。零速封鎖器的工作原理：具有下反饋、工作在繼電狀態(tài)下的集成運(yùn)算放大器 n1 和 n2組成的兩個(gè)“山”形電平檢測(cè)器分別對(duì)速度給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)輸入信號(hào)為正值時(shí)，通過(guò)二極管 vd1 和 vd3 分別進(jìn)入 n1 和 n2 的反相輸入端：當(dāng)輸

22、入信號(hào)為負(fù)時(shí)，則通過(guò)二極管 vd2 和 vd4 分別進(jìn)入 n1 和 n2 的同相（即正相）輸入端。故當(dāng)輸入信號(hào)絕對(duì)值大于 0.3v 左右時(shí)，運(yùn)算放大器 n1、n2 輸入始終為負(fù)值，然后經(jīng)過(guò)二極管 vd9 和圖圖 27 電壓給定與運(yùn)行指令原理圖電壓給定與運(yùn)行指令原理圖圖圖 28 零速封鎖器原理圖零速封鎖器原理圖vd10 鉗制為-0.7v，作為“0”信號(hào)；當(dāng)輸入信號(hào)的絕對(duì)值小于 0.07v 左右時(shí)，則運(yùn)算放大器輸出正電壓作為“1”信號(hào)。根據(jù)以上特性可得圖 24 所示的“山”形繼電特性。零速封鎖器的“山”形繼電特性如下圖 24 所示。2速度變換器 fbs、速度調(diào)節(jié)器 asr、電流調(diào)節(jié)器 acr、速度

23、變換器（fbs）速度變換器（fbs）的原理圖如下圖 25 所示。在轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中速度變換器（fbs）將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成使用于控制單元與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓作為速度反饋。使用時(shí)，將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出端接至速度變換器的輸入端“1”和“2” 。輸入電壓經(jīng)rp2 和 r2 后接至轉(zhuǎn)速表。rp1 為調(diào)節(jié)電位器，可通過(guò)調(diào)節(jié)其大小可改變速度變換器輸出電壓的大小。、速度調(diào)節(jié)器（asr）速度調(diào)節(jié)器（asr）的原理圖如下圖 26 所示。圖圖 29 零速封鎖器的零速封鎖器的“山山”形繼電特性形繼電特性圖圖 210 速度變換器速度變換器速度調(diào)節(jié)器（asr）由運(yùn)算放大器、輸入和反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)

24、組成。其功能是對(duì)給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。如上圖可知，二極管 vd3、vd4 和電位器 rp1、rp2 組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。c5、r5 組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑止振蕩，減少超調(diào)。r9、c9 組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。場(chǎng)效應(yīng)管 vt1 為零速封鎖電路，當(dāng)“a”斷為 0v 時(shí)，vd5 導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)短接而封鎖；當(dāng)“a”端為-15v 時(shí)，vd5 不通，vt1 夾斷，調(diào)節(jié)器投入工作。rp3 為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器，rp4 為調(diào)零電位器。、電流調(diào)節(jié)器（acr）電流調(diào)節(jié)器（acr）原理圖如下圖 27 所示。圖圖 211 速度調(diào)節(jié)器

25、原理圖速度調(diào)節(jié)器原理圖圖圖 2-12 電流調(diào)節(jié)器（電流調(diào)節(jié)器（acr）原理圖）原理圖電流調(diào)節(jié)器（acr）由運(yùn)算放大器、二極管限幅器、互補(bǔ)輸出、輸入阻搞網(wǎng)絡(luò)及反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等環(huán)節(jié)組成。如上圖所示，其工作原理為二極管 vd4、vd5 和電位器 rp1、rp2 組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路；c5、r9 組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑止振蕩，減少超調(diào)。r15、c11 組成電流環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。rp3 為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器，rp4 為調(diào)零電位器。c5、c11 的數(shù)值可根據(jù)需要由外接電容來(lái)改變。3電流變換器與過(guò)流保護(hù)器（fbc+fa）電流變換器與過(guò)流保護(hù)器（fbc+fa）的原理圖如下圖 28 所示。電流變換器與

26、過(guò)流保護(hù)器（fbc+fa）有兩種功能，一是檢測(cè)電流反饋信號(hào)；二是發(fā)出過(guò)流信號(hào)。圖圖 213 電流變換與過(guò)流保護(hù)原理圖電流變換與過(guò)流保護(hù)原理圖如上圖所示，電流變換器（fbc）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到 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)；將 rp1 的可動(dòng)觸點(diǎn)輸出作為電流反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由 rp1 進(jìn)行調(diào)節(jié)；將rp2 的可動(dòng)觸點(diǎn)與過(guò)流保護(hù)電相連，輸出過(guò)流信號(hào)，rp2 可調(diào)節(jié)過(guò)流動(dòng)作電流的大小。當(dāng)主電路電流超過(guò)某一

27、數(shù)值后，由 rp2 上取得的過(guò)流信號(hào)電壓超過(guò)穩(wěn)壓管 vst1 的穩(wěn)壓值，使三極管 vt1 導(dǎo)通，從而使繼電器 k 動(dòng)作，關(guān)閉主電路電源開(kāi)關(guān)，并使發(fā)光二極管 h 發(fā)光，提醒氣操作者實(shí)驗(yàn)裝置已過(guò)流跳閘。調(diào)節(jié) rp2 的動(dòng)觸點(diǎn)，可得到不同數(shù)值的過(guò)電流倍數(shù)。過(guò)電流使 vt2 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗诩姌O輸出一各高電平到電流調(diào)節(jié)器（acr）的輸入端，作為推 信號(hào)。4觸發(fā)裝置 gt 和脈沖功放電路脈沖觸發(fā)裝置采用 tc787 單片集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 29 所示： 圖圖 2 21414 tc787tc787 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由上圖可知，在它們內(nèi)部集成有三個(gè)過(guò)零和極性檢測(cè)單元、三個(gè)鋸齒波形成單元、三個(gè)

28、比較器、一個(gè)脈沖發(fā)生器、一個(gè)抗干擾鎖定電路、一個(gè)脈沖形成電路、一個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。它們的工作原理可簡(jiǎn)述為：經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過(guò)過(guò)零和極性檢測(cè)單元檢測(cè)出零點(diǎn)和極性后，作為內(nèi)部三個(gè)恒流源的控制信號(hào)。三個(gè)恒流源輸出的恒值電流給三個(gè)等值電容 ca、cb、cc 恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波。鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓 vr 比較后取得交相點(diǎn)，該交相點(diǎn)經(jīng)集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交相點(diǎn)以后的鋸齒波或移相電壓的波動(dòng)不影響輸出。該交相信號(hào)與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖(對(duì) tc787 為調(diào)制脈沖，對(duì) tc788 為方波)信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同

29、步信號(hào)相位對(duì)應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號(hào)送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。假設(shè)系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓或其它非正常情況，則引腳 5 禁止端的信號(hào)無(wú)效，此時(shí)脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳 6 設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖(引腳 6 為高電平)或單脈沖(引腳 6 為低電平)的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路功率放大后輸出，一旦系統(tǒng)發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓或其它非正常情況，則引腳 5 禁止信號(hào)有效，脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的邏輯電路動(dòng)作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的 6 個(gè)引腳 12、11、10、9、8、7 輸出全為低電平。圖 11 給出了應(yīng)用電平匹配網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用圖。這種使用方法需要加較多輔助元件，圖中電容 c1c3 為隔直耦合電容

30、，而 c4c6 為濾波電容，它與 r1r3 構(gòu)成濾去同步電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。另一方面，隨 rp1rp3 三個(gè)電位器的不同調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn) 060的移相，從而適應(yīng)不同主變壓器連接的需要。圖 4 中直接將同步變壓器的中點(diǎn)接到(1/2)電源電壓上，使所用元件得以簡(jiǎn)化。 圖圖 2 21515 簡(jiǎn)化電平匹配網(wǎng)絡(luò)的單電源使用法簡(jiǎn)化電平匹配網(wǎng)絡(luò)的單電源使用法三、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試三、調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試3-13-1 系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定3-1-13-1-1 測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻值測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻值 r、電感值、電感值 l li 1(a)u1(v)i

31、2(a)u2(v)計(jì)算值 r()第一組0.90980.5311135.135第二組0.941020.5211735.714第三組0.971070.4912333.333由上表可知，電樞回路總電阻 r34.73由上表可知，ra=18.640,rl=7.480i(a)ua(v)ul(v)laldl第一組0. 2348540.660.751.41第二組0.2550.256.10.640.711.36第三組0.2754.861.50.640.721.38由公式l=laldza=ua / i zl=ul/i )(222frzlaaa)(222frzllld可求得電樞回路電感 l1.38h3-1-23-1

32、-2 測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)- -直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)- -測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量測(cè)速發(fā)電機(jī)組的飛輪慣量 gd2增量(mv)時(shí)間(ms)ik（a）ua(v)npk mkdn/dtgd2第一組93610200.19201150036.940.24229.410.39第二組8409900.19183130033.520.25212.120.44第三組7608500.19154110028.010.24223.520.41數(shù)字示波器記錄的 n=f（t）曲線如下圖所示由公式dtdnmgdk3752dtdngdmk)(3752riiupkkak2求得 =0.41dtdnmgdk/37523-1-3

33、3-1-3 測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù) t td d實(shí)驗(yàn)觀察到的電流上升曲線 id=f（t）如下圖所示測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù) td第一組第二組第三組平均值td(ms)505253523-1-43-1-4 測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù) ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù) c cmud2(v)ud1(v)n2(r)n1(r)ce(vmin/r)測(cè) 量 值175140120010000.175由公式cm=9.55ce可求得 cm=1.671(nm/a)3-1-53-1-5 測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)定晶閘管直流調(diào)

34、速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) t tm實(shí)驗(yàn)觀察到的過(guò)渡過(guò)程曲線 n= f（t）如下圖所示測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) tm第一組第二組第三組平均值 tm(ms)767576763-1-63-1-6 測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性 ud=f(uct)、測(cè)速發(fā)電機(jī)特性、測(cè)速發(fā)電機(jī)特性 utg=f(n)ug（v） utg（v） ud（v）n11.620.6145100021.823.5165110032.325.5175120042.827.4190130053.031.52151500根據(jù)ks=ud/ug 計(jì)算可得 ks=60.32晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性 ud=f(ug)測(cè)

35、速發(fā)電機(jī)特性 utg=f(n)3-23-2 調(diào)節(jié)器參數(shù)確定調(diào)節(jié)器參數(shù)確定3-2-13-2-1 計(jì)算電流反饋系數(shù)計(jì)算電流反饋系數(shù) 、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 6v/1000r=0.004v/(r/min), =3.86v/1a=3.86v/a3-2-23-2-2 設(shè)計(jì)電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)1.電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)：確定時(shí)間常數(shù)1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。經(jīng)查表得三相橋式電路的平均失控時(shí)間=0.0017s。stst2）電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 3.3ms，為了基本濾平波oit頭，應(yīng)有（12）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s。oitoit3）電流

36、環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取it=+=0.0037s。itstoit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(wú)差，可按典型 i 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。5%i電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性的，因此可用 pi 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為(1)( )iiacrikswss檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：0.05214.050.0037itdsts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)：。0.052idts電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，查表可知，應(yīng)取,因此5%i0.5iikt10.50.5135.10.0037iikst于是，acr 的比例系數(shù)為135.1 0.056 34.721.1260.32

37、3.86iiiskrkk校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：1135.1iciks（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件111196.133 0.0017stssic滿足近似條件（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響的條件1113348.040.0750.052mlst tss ic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11111180.8330.00170.02icsoisttss滿足近似條件計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容各電阻和電容值如下,取 4401.12 4044.8iirk rkk k，取 0.1230.0520.1244 10iiicfrf,取 0.183044 0.0020.1844 10oioitcffrf 圖 3-1 含給定濾波與反饋濾波的 pi 型電流調(diào)節(jié)器按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i=4.5%5%，滿足