中南大學(xué)-四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第一章 總的設(shè)計(jì)概述1.1 設(shè)計(jì)目的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的知 識和理論分析個(gè)解決運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題， 使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想， 掌握 工程設(shè)計(jì)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(jì)方案的能力，設(shè)計(jì)計(jì) 算和繪圖能力，實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)工藝要求，論證、分析、設(shè)計(jì)主電路和控制電路方案，繪出該系 統(tǒng)的原理圖。（2）設(shè)計(jì)組成該系統(tǒng)的各單元，分析說明

2、。（3）選擇主電路的主要設(shè)備，計(jì)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(jì)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(jì)算其參數(shù)。（5）結(jié)合實(shí)驗(yàn)，論述該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。1.3 課題設(shè)計(jì)要求四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（ 1 ）生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能 四輥可逆冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用，為提高其生產(chǎn)效率， 冷軋機(jī)要往、 返軋制其金屬材料。 直到達(dá)到要求的厚度時(shí)才停止。 因?yàn)橐罄滠?機(jī)左右兩邊的兩臺卷取機(jī)在從左往右的正向軋

3、制過程中， 左邊一臺卷取機(jī)用， 其工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，右邊一臺卷取機(jī)作卷取機(jī)用，工作在電動(dòng)狀態(tài)。若逆向軋制（從左往右軋制），右邊卷取機(jī)作開卷機(jī)，工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，左邊卷取機(jī)則作 卷取機(jī)用，工作在電動(dòng)狀態(tài)。兩臺卷取機(jī)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)完全一樣，機(jī)械參數(shù)如下：帶卷內(nèi)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(jī)傳動(dòng)比：i=1.87左卷取機(jī)軋機(jī)右卷取機(jī)圖一設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖（2）設(shè)計(jì)要求1、兩臺卷取機(jī)控制原理完全一樣，僅設(shè)計(jì)其中一臺；2、 技術(shù)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i 5%，空載啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n 10%能實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。（3）直

4、流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：Pn 150kw Un 23CV In 165A nn 1400r minRa 0.08、 、 、 、電樞回路電阻R 0.18 、電流過載倍數(shù)2.5、GD2第二章 方案設(shè)計(jì)與比較論證2.1 調(diào)速方案比較論證根據(jù)四輥可逆冷軋機(jī)的卷宗取機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求， 以及根據(jù)其性能 特點(diǎn)要求可以研究其如下設(shè)計(jì)方案。我們采用晶閘管一電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即V M系統(tǒng)。V是晶閘管可控整流器， 它可以是單相、三相或多相的，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā) 裝置GT的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud,從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。即采用調(diào)壓調(diào)速的方式，以實(shí)現(xiàn)無級基速以下調(diào)速。晶閘管電動(dòng)

5、機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是在控制作用時(shí)間毫秒級的， 完全滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性 要求；而且其技術(shù)較成熟，成套設(shè)備多，成本較低，設(shè)計(jì)使用相對容易。由于晶閘管的單向?qū)щ娦运辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難； 晶閘管對過電壓、過電流和過高的 dv/dt 與 di/dt 都十分敏感，若超過允許值會 在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件； 由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變， 殃及附近 的用電設(shè)備，造成“電力公害” 。而在下面的設(shè)計(jì)中我們會針對以上的不足加以 改進(jìn)。此軋機(jī)要求既能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)，所以需采用可逆調(diào)速系統(tǒng)；它 又帶負(fù)載， 所以需采用無環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 由一組晶閘管裝置供電的單閉環(huán)和多環(huán)調(diào) 速系統(tǒng)中， 電動(dòng)機(jī)都只

6、朝著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的， 因此只能獲得單象限的運(yùn)行， 而要 求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)，需要四象限運(yùn)行的特性，此時(shí)必須采 用可逆調(diào)速系統(tǒng)。在有環(huán)流系統(tǒng)中， 雖然其具有反向快、 過度平滑等優(yōu)點(diǎn)， 但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電 抗器終究是個(gè)累贅。因此，對于大容量的系統(tǒng)，從機(jī)器生產(chǎn)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(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。2.2具體方案和模塊設(shè)計(jì)及電路設(shè)計(jì)221主回路設(shè)計(jì)此系統(tǒng)是直流調(diào)速系統(tǒng)，為了獲得較好的直流采用三相整流；由于生產(chǎn)工藝 要求電機(jī)正反轉(zhuǎn)，考慮到晶閘管的單向?qū)щ娦?，可用正反兩組晶閘管反并聯(lián)可逆 控制系統(tǒng)。其實(shí)現(xiàn)方式如下圖：圖二主回路設(shè)計(jì)圖可逆的調(diào)速系統(tǒng)能滿足電

7、動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)， 又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地 起動(dòng)和制動(dòng)，即需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性的要求。控制回路設(shè)計(jì)（1）電機(jī)控制回路的整體設(shè)計(jì)為了滿足生產(chǎn)工藝對電流的電流超調(diào)量的要求， 并且為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下 的最快起動(dòng)，關(guān)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(diào)節(jié)環(huán)ACR。為了滿足生產(chǎn)工藝對電流的轉(zhuǎn)速超調(diào)量和轉(zhuǎn)速無靜差的要求。必需采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)ASR。因此為了實(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(gè)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)接有環(huán)流系統(tǒng)中，雖然其具有反向快、過度平滑等

8、優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗 器終究是個(gè)累贅。因此，對于大容量的系統(tǒng)，從機(jī)器生產(chǎn)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(dòng)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(zhuǎn)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(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）根據(jù)零轉(zhuǎn)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(shí)工作，從根本上切斷環(huán)流的通路。因此需要增加一個(gè)控制正反組工作的邏輯 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(gè)模塊組成：給定模塊、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR、電流反饋模塊，轉(zhuǎn)速反饋模塊，邏輯

9、控制單元 DLC、零轉(zhuǎn)矩和零電流檢測單元 DPT、DPZ和一個(gè)為避免元件溫升和零點(diǎn)漂流控制系統(tǒng)框圖如上圖所示。 采用一個(gè)電流調(diào)節(jié)器和一個(gè)觸發(fā)模塊， 并采用邏 輯控制單元來協(xié)調(diào)正反組晶閘管工作。從而達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的。2.2.3 控制回路單元模塊電路設(shè)計(jì)（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(dāng)給定過大時(shí)，要求限幅，由二極管控制，U1與Un*極性相同，第二級為積分器，經(jīng)過 RC積分輸出電壓變?yōu)樾逼滦盘枺覟樨?fù)相，與 給定Un*方向相反，積分變化率可以用電位器 RP來調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)RC來控制積 分快慢。最后一級為反向器，將U2信號

10、反向，使與Un*致方向變化，并且Ugi 反饋回第一級輸入端，為負(fù)反饋，以決定積分終止時(shí)刻，當(dāng)Ugi>= Un*時(shí)，負(fù)反饋起作用，U1很快減小，積分終止，Ugi與U2保持恒值。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1 、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 很快地跟隨給定電 壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，甚至實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。2、對負(fù)載變化起抗擾作用。3 、其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。4 、當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng) 保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。考慮到ASR的上述作用和生產(chǎn)工藝要求系統(tǒng)隊(duì)階躍信號無靜差,將ASR設(shè)計(jì) 成 PI 調(diào)節(jié)器，通過有關(guān)書籍可

11、知這樣可以使系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)二型系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)速無靜差。圖四為ASR的主體結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速給定電壓 Un*和轉(zhuǎn)速反饋電壓Un經(jīng)濾波后通過由放大器構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器后生成電流給定電壓 Ui*輸出給電流調(diào)節(jié)器。其實(shí)際的實(shí)現(xiàn)電路如下圖示:圖五實(shí)際實(shí)現(xiàn)電路圖U1、U2、C9, U5、U4、C10構(gòu)成等效的阻容濾波去除轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速反 饋的紋波。電阻R14, C8通過放大器構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器為了避免運(yùn)放長期工作產(chǎn)生的零點(diǎn) 漂移，并聯(lián)一個(gè)大電阻R13形成準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器。場效應(yīng)管Q7做開關(guān)用，當(dāng)零封輸入信號接高電平時(shí)場效應(yīng)管導(dǎo)通將輸出拉至0V，二極管D5避免由于零圭寸信號波動(dòng)而使 Q7意外導(dǎo)通。D6,D7,R44, R4

12、5構(gòu)成正負(fù)限幅電路。以正向限幅為例：當(dāng)運(yùn)放的輸出端電 壓經(jīng)限流電阻U6后，如果電壓值小于 D6導(dǎo)通電壓加R44滑動(dòng)端對地電壓則線 性輸出否則輸出D6導(dǎo)通將輸出電壓鉗位在限幅值。電容C11用于限制運(yùn)放輸出端電壓變化過快。(3) 電流調(diào)節(jié)器1、作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊 跟隨其給定電壓(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。2、對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。3、在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。4、當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng) 保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行 來說是十分重

13、要的?？紤]到ACR的上述作用和生產(chǎn)工藝要求系統(tǒng)主回路電流超調(diào)量小，將 ACR設(shè)計(jì)成PI調(diào)節(jié)器，通過有關(guān)書籍可知這樣可以使電流環(huán)構(gòu)成一個(gè)I型結(jié)構(gòu)。 通過一階最優(yōu)使其動(dòng)態(tài)性能達(dá)到要求。圖六和圖七分別為的主體結(jié)構(gòu)圖和實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖， 給定電壓Ui*和電流反饋電 壓Ui經(jīng)濾波后通過由放大器構(gòu)成的 PI調(diào)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。ACR主體結(jié)構(gòu)實(shí)際電路與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR基本一致，但由于采用一個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)方式是采用三極管

14、構(gòu)成電子開關(guān)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(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。從而達(dá)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(fù)載能力采用了晶體管放大電路。也減少了負(fù)載電流對本環(huán)節(jié)的沖擊Uct零封圖七電流調(diào)節(jié)器實(shí)際實(shí)現(xiàn)圖(4) 觸發(fā)電路為提高整機(jī)壽命、縮小體積、降低成本，采用TC787單電源工作方式。TC787 具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等 優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成相應(yīng)的移 相功能。其技術(shù)參數(shù)如下：(1)工惟電憑電醫(yī)血：波或±聊±咄；輸入同步電壓有效佰：&

15、#39;輸入揑制信號電壓范圍；(4)輸出脈沖電流盤大值:如皿；G)僅齒擴(kuò)電容職值范國:0. 10. 15 :倡)關(guān)寬電容取值范圉：330DpFO 01 UF；C)移相范園:girr : 工作溫度范圉：其實(shí)際電路如圖下示：圖八 觸發(fā)器實(shí)際實(shí)現(xiàn)電路三相同步電壓器同步信號經(jīng)濾波后輸入到 TC787同步端14、15、16端的電 容起調(diào)節(jié)斜率的作用。13腳接電容起調(diào)節(jié)脈沖寬度的作用。4腳為Uct調(diào)節(jié)電壓 輸入端。其余引腳起到供電作用并保證出發(fā)電路按雙脈沖觸發(fā)方式正常工作。（5）邏輯控制單元邏輯控制環(huán)節(jié)DLC主要是為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它 按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動(dòng)

16、切換，其輸出信號Ublf用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。 結(jié)構(gòu)上主要分為邏輯控制和延時(shí)控制考慮換組運(yùn)行的參考依據(jù)是轉(zhuǎn)矩極性和電 流是否為零所以DLC輸入信號是轉(zhuǎn)矩極性和電流是狀態(tài)。DLC的邏輯如下:正向運(yùn)行：VF整流，開放VF,封鎖VR 反向制動(dòng)：VF逆變，開放VF,封鎖VR 反向運(yùn)行：VR整流，開放VR封鎖VF; 正向制動(dòng)：VR逆變，開放VR封鎖VF。圖九DLC的實(shí)現(xiàn)圖因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài):VF開放一Ublf = 1 VF封鎖一Ublf=0VR開放一Ublr = 1VR 封鎖一Ublr=0R32與C34, R34與C37構(gòu)成延時(shí)環(huán)節(jié)為以下兩

17、個(gè)延時(shí)提供條件以保證兩組 晶閘管裝置可靠切換。t1延時(shí)一一關(guān)斷等待時(shí)間，以確認(rèn)電流已經(jīng)過零，而非因電流脈動(dòng)引起的誤信號；t2延時(shí)一一觸發(fā)等待時(shí)間，以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止 其重新導(dǎo)通。（6）零轉(zhuǎn)矩檢測單元和零電流檢測單元零轉(zhuǎn)矩檢測單元和零電流檢測單元結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)電路完全相同， 實(shí)際都是一個(gè) 回滯比較器。但目的不同，零轉(zhuǎn)矩檢測單元是檢測轉(zhuǎn)矩正負(fù)極性， 零電流檢測單 元檢測電流是否為零。所以具體的參數(shù)不同，回滯曲線要求不同。圖十一回滯曲線(7) 零圭寸鎖環(huán)節(jié)作用是：當(dāng)給定信號為0時(shí)，電機(jī)不動(dòng)，然而，各調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)漂移將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的爬行，為確保零位時(shí)電動(dòng)機(jī)不會爬行，一定要將調(diào)節(jié)器鎖零，

18、即控制場 效應(yīng)管使調(diào)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。圖十二零封鎖環(huán)節(jié)的電路圖第三章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1主電路參數(shù)計(jì)算(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：U v (1.051.1) Umn/3 1.05 230/爲(wèi) 139.4V又整流電流Iv IIv IDN 0.816 165A= 134.64A所以，副方變壓器容量為：S2 3j v I v 3 139.43 134.64= 56318.57VA因?yàn)榻涣髯儔浩鞫蝹?cè)為交流不存在直流磁化的問題，則原邊變壓器容量為S S256318.57VA變壓器總?cè)萘繛镾S1 S2 /2 56318.5

19、7VA(2) 晶閘管的選擇選擇晶閘管元件的正向反向峰值電壓:當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定電壓大于220V時(shí),U DRM (2 3)KU3Kun234 139.43 =1223.5V0.8 1取 1250V晶閘管額定電流|fav=(1.02.0K IT I d maxKm2.0 0.816 165 1.8 = 605.88A0.8 1(3) 晶閘管保護(hù)措施為了限制電壓上升率du'dt和電流上升率di.dt,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(gè)電抗器內(nèi)安置有鐵氧磁棒。用快速熔斷器作為過流保護(hù)，橋臂快熔的額定電流為：Ikp （1： 1.5）1 T 1.31 T 1.3* 2T

20、d .'3143A環(huán)流快熔的額定電流為：Ikp （1： 1.5）In 1.3In 1.3*165214.5A所以選擇的橋臂快熔的型號為：RB 200 A/ 500V ，環(huán)流快熔的型號為：250 A/750V（4）電流互感器的選擇由于交流變壓器副方電流為134.64A，所選LMZ-0.5-1型，額定電流為200A， 做計(jì)量保護(hù)用。（5）電樞回路串電感的選擇要求電流連續(xù)時(shí)電感最小為：L=0.693 U2：ldmin 0.693* 230/（0.05*165）19.32mh 20mh平波電抗器的電感量一般按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來選擇。通常首先選定最小電流Idmin （以A為單位），再

21、利用它計(jì)算所需的總電感量（以 mH 為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器的電感值。（6）其它保護(hù)措施1、交流側(cè)阻容吸收裝置為：C 6I%（VA）.U22 6*5%*（135200 1422）*3 67ufR 2.3U22* ,Ude% l0% VA 2.3*1422* ,5% 5%*3/1352001.03式中l(wèi)0% 變壓器空載激磁電流百分?jǐn)?shù)；VA 變壓器的每相伏安數(shù)；U2 變壓器副邊相電壓；Ude% 變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)。阻容吸收裝置為型接法，則每相電容、電阻為:CS C 3 67, 3 22.3ufRs 3R 3*1.033.1電容耐壓 U co 1.5U e 1.5 1.732 133

22、.36= 34646電阻功率Pr (3：4)Ic2R 3.4*(2 fCUN)2R 25.75W所以，CS為 24UF/630V, Rs為 10 /100W。2、直流側(cè)阻容吸收裝置與交流側(cè)所選差不多，即Cd 24uf /630V尺 20 /200W3、晶閘管關(guān)斷過電壓阻容吸收裝置，對于200A可控硅元件可選Ck 0.47uf /630VRk 10 /10W4、 交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)用硒堆，選直流ZXA100D 72/27-2型，交 流為 ZXA30D 288/108-0.15 型。交流側(cè)硒堆片數(shù)m U 2e (1.3l.5 U k=139.433 1.3 18 18直流側(cè)硒堆片數(shù)n 2=u

23、 dOz.5尸230 1.3 17 18式中：U2e變壓器副邊線電壓有效值；UD 整流電壓值；Ux硒堆每片反電壓有效值，取18V。3.2控制電路的設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)要求已知：電流超調(diào)量為5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的速度超調(diào)量n 10%，穩(wěn)態(tài)無靜差。直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：電樞回路電阻R 0.18 、電流過載倍數(shù)2.5、GD2系統(tǒng)靜特性分析和計(jì)算電流反饋系數(shù)為:U i I max10/(2.5*165)0.04V / A(1)(2)速度反饋系數(shù)為:15/14000.01V /(r/min)(3)觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數(shù)為Ks=30(4)電動(dòng)機(jī)的電勢系數(shù)為:Ce (Un ln*Ra)；nn(230165*0.0

24、8) .14000.1548V/(r/min)(5)電樞回路總電阻為:R=0.18將數(shù)據(jù)帶入等式中R)ld：(Ce (1 k)0.7575r/min183Ki 0.22725KnQ 91.4043取 Ki=20,則 Kn =785取Ro 20k ，所以速度調(diào)節(jié)器中R &尺尺5M電流調(diào)節(jié)器中R RoR 400k322系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，忽略反電動(dòng)勢影響，如圖十四所示:圖十四 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中3為速度調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)W（s）為電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)Ts為晶閘管平均失控時(shí)間常數(shù)，對于三相橋式整流電路，取Ts =0.00167STm為電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)，取Tm=0.1ST1為電

25、動(dòng)機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)，取T L R 0.01/ 0.3 0.033SCe為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，取Ce=0.1263V/（ r/min）Toi為電流反饋濾波時(shí)間，取Toi =0.002STon為速度反饋濾波時(shí)間，取Ton =0.01S323電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇(Ts 1)W(s) (RQiS 1)；(R R)cs 1) ks 1).W(s) K( iS 1” iS,T,0.033S因?yàn)橐蟮?%，所以選KT=0.5 因?yàn)镽? R，所以可以近似為積分環(huán)節(jié)：應(yīng)抵消電流環(huán)中的大慣性環(huán)節(jié)，即T j Ts A 0.00167 0.0020.00367SKIK,t j 0.5 K, 0.5/0.00367 136.

26、24又Kj TiR'(2Ks t j)0.033*0.3/(2*30*0.02*0.00367)2.25取R020k ，所以有，Ri R)Ki 45kcii /Ri0.033/ 45000 0.7 f對于濾波環(huán)節(jié) R0 20k Coi4'/ R0 4*0.02 / 20000 0.4 f電流環(huán)這樣設(shè)計(jì)4.3%5%，滿足系統(tǒng)要求。速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇有上面設(shè)計(jì)得電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為W°i(s)1 (2T j s 1)由于系統(tǒng)要求無靜差，且超調(diào)小，所以將速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成典型U型系統(tǒng),WAsr(s) (Kn( ns 1) (s2(T n s 1)其中Kn Kn /( n C

27、eTM)為開環(huán)增益2T電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為j =2*0.00367=0.0074S轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間Ton=0.01S轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T 2TTon0.0174S按跟隨性能和抗擾動(dòng)性能的要求，取 h=5,ASR超調(diào)時(shí)間常數(shù)為hT=5*0.0174=0.087S轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為Kn (h 1)'2h2T n 6/(2*25*0.0174 2) 396.4(ts)ASR開環(huán)比例系數(shù)為Kn (h 1) CeTM /(2h RT”)6*0.02*0.1263*0.1/(2*5*0.01*0.3*0.0仃4)2.9計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻電容值:R020kR” KnR02.9*2058kCnn/Rn 0.087

28、/58000 1.5 fCon 4Ton / R0 4*0.01/ 20000 2 f效驗(yàn)近似條件:轉(zhuǎn)速截止環(huán)頻率為：電流環(huán)傳函簡化條件:cnKn.' 1 Kn n 369.4*0.0871/ 5T i 1/(5*0.00367)54.1134.5scn滿足條件小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:cn滿足條件1/3 1 2T Ton 1/(3* , 1 2*0.00367*0.001)38.75夕卜限副電路電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器均還有積分單元， 必須用外限副電路來限制不使輸 出電壓過大，而帶來沖擊。所以一般帶有積分作用的運(yùn)放一定要加外限副電路， 來保證運(yùn)放的線形特性，保護(hù)系統(tǒng)各部分不受損害。在雙閉

29、環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器ASR輸出限副電壓決定電流調(diào)節(jié)器的給定最大值，也決定了電機(jī)加減速度及 最大起動(dòng)電流。電流調(diào)節(jié)器 ACR的輸出限副值電壓限制了晶閘管整流器的最大 輸出值，即最小整流出發(fā)角。3.3主電路保護(hù)器件選擇電路中主要的保護(hù)器件是快速熔斷器 FU,壓敏電阻過電壓抑制器RV，閥器 件換相過電壓抑制用RC電路，直流側(cè)RC抑制電路，閥側(cè)浪涌過電壓抑制用 RC電路等。數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析:根據(jù)技術(shù)指標(biāo)是. 電流超調(diào)量i 5%,空載啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 10% 所圖十六實(shí)際設(shè)計(jì)的控制器第四章系統(tǒng)調(diào)試和校正4.1系統(tǒng)各功能模塊性能的調(diào)試與測試(1) 系統(tǒng)的相位整定定相分析：定相的目的是根據(jù)各相晶閘

30、管各自的導(dǎo)電范圍內(nèi)，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)器的結(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。(2) 觸發(fā)器的整定1、 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。2、觀察DJK02中VT1VT6孔的六個(gè)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(dāng) Uct = 0V時(shí)，a= 90°，電機(jī)應(yīng)停止不動(dòng)。因圖十七觸發(fā)器移相

31、控制特性測得當(dāng)a = a min = 30。時(shí)所對應(yīng)的值 Uctm = + 3.35V，該值將作為整定 ACR輸出最大正限幅值的依據(jù)；測得當(dāng)a= 150°(B = B min = 30°)時(shí)所對 應(yīng)的值一Uctm= 3.21V，該值將作為整定ACR輸出最大負(fù)限幅值的依據(jù)。(3) 系統(tǒng)的開環(huán)運(yùn)行及特性測試1、高速特性的測試：逐步增加給定電壓，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、升速。調(diào)節(jié) Ug (Uct)和滑動(dòng)變阻器的 阻值，使電機(jī)電流ld= IN = 1.2A，轉(zhuǎn)速n= nN = 1600rpm。給定不變做得高速特 性如表一所示。表一電機(jī)高速特性Id (A)1.21.00.80.650.4Ud

32、(V)230233236239240n(r/min)160016401675169817252、低速特性的測試：調(diào)節(jié)Ug ( Uct)和滑動(dòng)變阻器的阻值，使電機(jī)電流ld= IN = 1.2A，轉(zhuǎn)速n=nN = 100rpm左右。測得低速特性如表二所示表二電機(jī)低速特性Id (A)0.60.50.40.30.2Ud (V)27.929.631.333.334.7n(r/min)120145170205231電機(jī)高低速開環(huán)特性如圖十八所示:(4) 速度反饋特性的測試改變Uct，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速分別為表三中所示，讀出對應(yīng)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(zhuǎn)速與反饋電壓關(guān)系表n

33、（轉(zhuǎn)/分）16001200800400200-Ufn（ V）6.034.533.001.500.73何W）圖十九速度檢測特性圖(5) 調(diào)節(jié)器的調(diào)試先切斷主電路和勵(lì)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(shí)針調(diào)至零位，使給定 Uct為0V。(6) 電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)試將ACR接成比例調(diào)節(jié)器，給定Uct為0V，調(diào)節(jié)放大器調(diào)零電位器 RP4,使 其輸出為0V。給定Ug為正信號，其輸出應(yīng)為負(fù)，調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器 RP2,使其輸出限制 在觸發(fā)器的移相控制角B min = 30°所對應(yīng)的Uctm值二3.3V。當(dāng)給定Ug 繼續(xù)增大，其值不變。給定Ug為負(fù)信號，其輸出應(yīng)為正，調(diào)節(jié)負(fù)限幅電位器 RP1，使其輸出限制 在觸發(fā)器的移相控制角a min = 30°所對應(yīng)的Uctm值二3V。當(dāng)給定U