二直流拖動控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1、第二章直流拖動控制系統(tǒng)總體設(shè)計直流拖動控制系統(tǒng)電氣設(shè)計的主要任務(wù)：1、系統(tǒng)總體方案的選擇。2、系統(tǒng)方案的實體設(shè)計，包括各種功能電路或部件的設(shè)計與選擇、參數(shù)計算。3、系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計。4、系統(tǒng)的動態(tài)工程設(shè)計，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇、系統(tǒng)動態(tài)性指標(biāo)的計算。第一節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)拖動方案的確定一、系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求各類不同的生產(chǎn)機(jī)械，由于其具體生產(chǎn)工藝過程不同，因而對控制系統(tǒng)設(shè)計提出的技術(shù)指標(biāo)要求也就不會完全相同，而對調(diào)速系統(tǒng)來說，所提出的技術(shù)要求仍有一定的共同性， 一般可概括為穩(wěn)態(tài)和動態(tài)指標(biāo)，并以此作為設(shè)計系統(tǒng)的根據(jù)。（一）調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1. 調(diào)速范圍 D2. 靜差率 s

2、( 二 ) 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)1. 跟隨性能指標(biāo)2 抗擾性能指標(biāo)4 / 7二、電力拖動方案及供電方案的確定和電動機(jī)的選擇方案選擇的原則是在滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求并確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，力求投資少、效益高和操作方便。拖動方案則主要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速的要求來確定，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的優(yōu)劣，是系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán)。由于本章主要討論晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，所以方案的確定實質(zhì)上就是晶閘管（或功率晶體管）變流裝置主電路的接線方式和直流電動機(jī)的選擇兩個問題。（一）晶閘管變流裝置主電路接線方式的選擇晶閘管變流裝置在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能方面具有很大的優(yōu)越性，在世界各主要工業(yè)國家得到廣泛應(yīng)用。 晶閘管整流

3、裝置可以是單相、三相或更多相數(shù)，有半波、全波、半控、全控等類型。各種整流電路的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能各不相同。單相晶閘管整流電路電壓脈動大、脈動頻率低。影響三相電網(wǎng)的平衡運(yùn)行，一般多用于5KW以下的拖動系統(tǒng)。5 / 7表 2-2 我國中小功率晶閘管整流裝置系列設(shè)計規(guī)格功率范線路型號輸出電輸 出 電進(jìn) 線 電冷卻方式圍（ kw）流（ A）壓（ V）源（ V）0.4 4單相全控橋5110、160單相 220（不可逆）10自冷0.4 4單相全控橋25160單相 220（有環(huán)流可逆）50、 80自冷5.5 三相全控橋100、220、440200125（不可逆）輸出電流為50、5.5 160、三相全控橋22

4、0、44080、100A 時為自200200三相 380（無環(huán)流可逆）冷，其余為風(fēng)300、5.5 三相可控橋400220、440冷。200 （有環(huán)流可逆）500上述設(shè)計僅適于一般要求的拖動系統(tǒng)，工作環(huán)境惡劣，過載倍數(shù)大于2.5 的軋機(jī)拖動系統(tǒng)所需晶閘管整流裝置則需按特殊要求條件另行設(shè)計。設(shè)計晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)時，晶閘管整流器主電路接線方式的選擇對系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來說也是非常重要的。確定主電路的接線方式必須考慮一下各種因素：1）電動機(jī)的容量，即整流裝置的容量要保證電動機(jī)容量的充分利用。2）可控整流裝置所提供的整流電源的質(zhì)量?？煽卣餮b置的滯后時間Ts 過大，會影響系統(tǒng)的快速性，即影響系統(tǒng)的跟隨

5、性能和抗擾性能指標(biāo)?？煽卣餮b置輸出電壓波形脈動程度大小，直接影響系統(tǒng)的調(diào)速性能和平波電抗器的投資。3）主電路的接線方式的選擇，也會影響整流變壓器繞組的利用率和變壓器鐵芯是否直流磁化以及是否需要敷設(shè)零線等。4) 拖動電動機(jī)是否可逆運(yùn)行。6 / 75) 對可逆調(diào)速系統(tǒng)還必須對環(huán)流控制方案綜合予以考慮。表 2-3 示出了調(diào)壓調(diào)速用的可控直流電源的各種接線方式及其指標(biāo)，可供整流裝置設(shè)計時選用參考。表 2-3調(diào)壓調(diào)速的各種接線方式及其指標(biāo)接線方式單相半控橋單相全控橋三相半波三相半控橋三相全控橋指標(biāo)適用調(diào)速101 以下101 以下101 以下101 以下501 以下范圍最大調(diào)節(jié)滯后10106.66.66

6、.6時間（ ms）可逆或不可逆，可組成可組成不可逆，可組成不可逆不能逆變逆變電路逆變電路不能逆變逆變電路輸出形波差差比單相好較好好適用功率范圍1 以下5 以下2030 以下100 以下100 1000（KW）（三）直流電機(jī)的選擇三、直流電動機(jī)的調(diào)速方式（一）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U保持電動機(jī)磁場為額定，改變電樞供電電壓，實現(xiàn)電動機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。對于要求有一定范圍的無級平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，此種方式最為常見。（二）減弱勵磁磁通保持電動機(jī)端電壓為額定，改變電動機(jī)勵磁磁通 ，實現(xiàn)電動機(jī)基速以上的轉(zhuǎn)速無級調(diào)速，即恒功率調(diào)速。此種方式雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓方式配合使用

7、，在基速以上作小范圍的升速。有些晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，為了擴(kuò)大系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，又能充分利用電動機(jī)的容量，就需要采用調(diào)壓和弱磁配合調(diào)速的方案，得到電動機(jī)在基速上下兩個區(qū)域的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，如初軋機(jī)主傳動、連軋機(jī)以及龍門刨床主拖動系統(tǒng)，均可采用這種7 / 7帶有弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。第二節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案的確定直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案，主要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體工藝要求和對控制系統(tǒng)提出的動態(tài)技術(shù)性能，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)來確定。在生產(chǎn)實際中，各種不同類型的生產(chǎn)機(jī)械，由于其生產(chǎn)要求和工藝特點不同，因而對調(diào)速系統(tǒng)提出的控制要求和靜、動態(tài)性能指標(biāo)要求側(cè)重點就有所不同，故控制系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)形式也隨之有很大差

8、別。下面僅就設(shè)計控制方案的一般原則和應(yīng)考慮的問題予以說明。1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中所提出的穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求，確定采用開環(huán)控制，還是閉環(huán)控制。由于開環(huán)控制其機(jī)械特性軟，所能提供的調(diào)速范圍小，往往不能滿足穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求，所以生產(chǎn)實際中一般都采用閉環(huán)控制方式。2）如果生產(chǎn)機(jī)械對系統(tǒng)的動態(tài)特性沒有嚴(yán)格要求，則可采用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)，或者帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋控制方式，并引入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)以限制起動和堵轉(zhuǎn)電流過大。根據(jù)系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（P 或 PI ）的不同，可設(shè)計成單閉環(huán)有靜差或無靜差調(diào)速系統(tǒng)。3）若生產(chǎn)機(jī)械對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能指標(biāo)都有較嚴(yán)格的要求，而對減速調(diào)節(jié)和停車制動要求不高，則許采用典型的轉(zhuǎn)速

9、、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，并通過對調(diào)節(jié)器型式的選擇和參數(shù)整定，滿足調(diào)速要求。如造紙機(jī)和紡織機(jī)械之類的分布傳動系統(tǒng)，主要要求對于電網(wǎng)電壓波動有較強(qiáng)的抗擾能力。對于數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)，則要求靜、動態(tài)速降盡可能小，調(diào)速范圍較寬，且起動、制動過程要快。這些均可采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方式。4）有些生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)實現(xiàn)可逆運(yùn)行，而某些生產(chǎn)機(jī)械雖然不要求可逆運(yùn)行，但要求電動機(jī)能實現(xiàn)迅速的減速或制動控制，則系統(tǒng)應(yīng)采用可逆控制方案?？赡婵刂凭€路應(yīng)根據(jù)電動機(jī)可逆運(yùn)行的供電方式及兩套變流裝置的環(huán)流控制方案來確定（詳細(xì)內(nèi)容請參閱有關(guān)書籍）。直流電動機(jī)的傳動方向，由磁場和電樞供電電壓的極性決定。磁場方向不變，8 / 7改變電樞電

10、壓的極性實現(xiàn)可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，叫電樞可逆系統(tǒng)；電樞電壓極性不變，改變勵磁電流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，叫磁場可逆系統(tǒng)。磁場可逆系統(tǒng)可節(jié)省設(shè)備投資，但系統(tǒng)的快速性差，控制系統(tǒng)較復(fù)雜。因此，在確定控制線路時，要充分考慮上述各方案的特點，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)靜，動態(tài)性能的要求，仔細(xì)比較，推敲各種控制方案的優(yōu)點和缺點，揚(yáng)長避短，擇優(yōu)選用。如軋鋼廠的可逆軋機(jī)和金屬切削機(jī)床中的龍門刨床等，經(jīng)常處于起動、制動和反轉(zhuǎn)的過渡過程中，系統(tǒng)要求起動、制動和反向要快，承受負(fù)荷擾動時，靜、動態(tài)速降要小。這類系統(tǒng)就要求按快速可逆系統(tǒng)去考慮。又如直流電梯、礦井提升機(jī)、高爐卷揚(yáng)等一類起重機(jī)械，主要是要求系統(tǒng)起、制動過程很平穩(wěn)，

11、其控制方案應(yīng)從系統(tǒng)的平穩(wěn)性去考慮。5）如果生產(chǎn)機(jī)械要求具有很寬廣的調(diào)速范圍，則可采用調(diào)壓和弱磁調(diào)速相配合，控制方式采取非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)。6）某些生產(chǎn)機(jī)械要求限制系統(tǒng)加、減速度，則應(yīng)考慮通過給定積分器或函數(shù)發(fā)生器提供速度給定信號，而不宜用階躍給定。7）如要求系統(tǒng)建立電壓約束或電流變化率約束條件，改造調(diào)節(jié)對象特性，使系統(tǒng)具有更為理想的動態(tài)品質(zhì)，可采用串級聯(lián)接的三環(huán)控制方案。8）某些生產(chǎn)機(jī)械對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能有很高的要求，應(yīng)考慮采用復(fù)合控制方案或串聯(lián)校正與并聯(lián)校正配合控制。9）確定控制方案時必須注意對各種信號（如電壓、電流、轉(zhuǎn)速等）的檢測及檢測元件的精度要求等。并從系統(tǒng)控制電路設(shè)計方面可提供的各種保護(hù)措施進(jìn)行考慮，以進(jìn)一