晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要：晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛。晶閘管小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器可作為高?！鞍雽?dǎo)體變流技術(shù)”課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。主回路為單相橋式半控整流電路, 由硅雙向開(kāi)關(guān)與晶體管電流源構(gòu)成移相式觸發(fā)電路、觸發(fā)脈沖的控制角與輸入的轉(zhuǎn)速指令成線(xiàn)性關(guān)系, 通過(guò)改變控制角與控制主回路的整流輸出直流電壓, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速?？刂齐娐芬腚妷贺?fù)反饋環(huán)節(jié), 以提高系統(tǒng)的綜合機(jī)械特性的硬度。電動(dòng)機(jī)的額定功直為40OW ,最大60W。調(diào)速范圍20:1實(shí)用表明本調(diào)速器穩(wěn)定可靠, 也可作為小型機(jī)械的動(dòng)力控制。該系統(tǒng)以可控硅三相橋式全控整流電路構(gòu)成系統(tǒng)的主電路，采用同步

2、 信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，本觸發(fā)電路分成三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。同時(shí)考慮了保護(hù)電路和緩沖電路，通過(guò)參數(shù)計(jì)算對(duì)晶閘管進(jìn)行了選型，也對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。關(guān)鍵詞：晶閘管，可控整流，直流電動(dòng)機(jī)，調(diào)速 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛。晶閘管小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器可作為高?！鞍雽?dǎo)體變流技術(shù)”課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。主回路為單相橋式半控整流電路, 由硅雙向開(kāi)關(guān)與晶體管電流源構(gòu)成移相式觸發(fā)電路、觸發(fā)脈沖的控制角與輸入的轉(zhuǎn)速指令成線(xiàn)性關(guān)系, 通過(guò)改變控制角與控制主回路的整流輸出直流電壓, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速?？刂齐娐芬腚妷贺?fù)

3、反饋環(huán)節(jié), 以提高系統(tǒng)的綜合機(jī)械特性的硬度。電動(dòng)機(jī)的額定功直為40OW ,最大60W。調(diào)速范圍20:1實(shí)用表明本調(diào)速器穩(wěn)定可靠, 也可作為小型機(jī)械的動(dòng)力控制。該系統(tǒng)以可控硅三相橋式全控整流電路構(gòu)成系統(tǒng)的主電路，采用同步 信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，本觸發(fā)電路分成三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。同時(shí)考慮了保護(hù)電路和緩沖電路，通過(guò)參數(shù)計(jì)算對(duì)晶閘管進(jìn)行了選型，也對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。Abstract： Thyristor speed control system of DC motor is widely used in industry. Th

4、yristor speed governor of small power DC motor can be used as experimental equipment in Colleges and universities semiconductor variable flow technology course. The main circuit for single phase half controlled bridge rectifier circuit, composed of a silicon bilateral switch and the transistor curre

5、nt source phase-shift trigger circuit, trigger control angle and input pulse speed instruction into a linear relationship, through changing the control angle and control the main circuit of the rectifier output DC voltage, and realizes the stepless speed regulation of DC motor. The control circuit o

6、f voltage negative feedback is introduced to improve the system, comprehensive mechanical properties of hardness. The rated power of motor direct to 40OW, maximum 60W. The speed range is 20:1 practical show that the governor is stable and reliable, but also can be used as the power of small mechanic

7、al control. The main circuit of the system using three-phase bridge thyristor full controlled rectifier circuit system, using synchronous signal to trigger circuit of sawtooth wave, the trigger circuit is divided into three steps: the formation of synchronous voltage, phase shift control, pulse form

8、ing and output. In addition, there are double narrow pulse forming link. Considering the protection circuit and buffer circuit for thyristor selection through the parameter calculation, also makes a brief introduction to the DC motor.關(guān)鍵詞：晶閘管，可控整流，直流電動(dòng)機(jī)，調(diào)速Keywords: thyristor controlled rectifier, DC

9、motor, speed control摘 要：1Abstract：21 設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的41.1單向驅(qū)動(dòng)41.2雙向驅(qū)動(dòng)41.3脈動(dòng)電流對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的影響42 設(shè)計(jì)要求53 設(shè)計(jì)內(nèi)容53.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)53.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)53.1.2 電路工作原理63.2. 觸發(fā)電路83.2.2控制電路與負(fù)反饋電路93.3其它113.4系統(tǒng)的性能指標(biāo)124 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)124.1 系統(tǒng)組成124.2.主回路總電阻R及電樞電阻134.2.1測(cè)試方法134.2.2 微機(jī)實(shí)現(xiàn)144.3 電磁時(shí)間常數(shù)的測(cè)試144.3.1電流波形測(cè)試法154.3.2微機(jī)實(shí)現(xiàn)154.4 機(jī)電時(shí)間常數(shù)16

10、4.4.1測(cè)試方法164.4.2微機(jī)實(shí)現(xiàn)175 心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)20晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)的性質(zhì)和目的半導(dǎo)體變流技術(shù)自六十年代出現(xiàn)以來(lái)獲得迅速發(fā)展，它的應(yīng)用日益廣泛，已深入各工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，成為機(jī)電一體化的重要組成部分. 晶閘管可控整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是半導(dǎo)體技術(shù)的一種應(yīng)用類(lèi)型，它具有高效率無(wú)級(jí)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的調(diào)速系統(tǒng)在礦山牽引，運(yùn)輸和包裝機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛，直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)性和調(diào)速性能，它的特點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)距大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑，經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速容易控制，調(diào)速后的效率仍然很好。 本設(shè)計(jì)中的電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)適用于晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，而且也適用于

11、其他運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，過(guò)程控制系統(tǒng)或機(jī)電控制系統(tǒng)。直流電機(jī)有三種控制方式，即控制電樞電壓改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電樞串電阻調(diào)速。1.1單向驅(qū)動(dòng) 用晶閘管控制直流電動(dòng)機(jī)時(shí)功率較小的電動(dòng)機(jī)采用單相電源，功率較大電動(dòng)機(jī)的主回路采用三相以上電源。一般都有整流變壓器，但有不同相數(shù)和接法大部分采用三相橋式連接。電動(dòng)機(jī)以最低速度連續(xù)運(yùn)行時(shí)，電流不容易連續(xù)，高精度控制時(shí)，如果負(fù)載電路不連續(xù)，相當(dāng)于電樞電阻增大，為此可在主電路中接入較大電感，防止電流斷續(xù)，但控制時(shí)間常數(shù)會(huì)增大。1.2雙向驅(qū)動(dòng)如果需要雙向驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，可采用雙組反相并聯(lián)的整流電路。第一組整流電路使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，第二組

12、整流電路使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)或正向制動(dòng)，具有使電動(dòng)機(jī)雙向運(yùn)行的良好功能。要使電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，就要求晶閘管控制電路使整流器輸出加到電動(dòng)機(jī)的電壓可反向，或者加到勵(lì)磁電路上的電壓可反向。可以采用接觸器使電動(dòng)機(jī)電壓反向，這種方式不需要環(huán)流控制，控制簡(jiǎn)單，廉價(jià)，經(jīng)常采用。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)和變速時(shí)，要求快速響應(yīng)，負(fù)載變動(dòng)時(shí)也要求快速恢復(fù)到原來(lái)速度，因此，希望在逆變運(yùn)行時(shí)把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的能量饋送給電源。1.3脈動(dòng)電流對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的影響采用晶閘管期間把交流電源變?yōu)橹绷麟娫磿r(shí)，根據(jù)電路相數(shù)，負(fù)載性質(zhì)的不同，會(huì)產(chǎn)生不同的脈動(dòng)電流。晶閘管整流供電在電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流斷續(xù)的特殊現(xiàn)象。對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性影響很大。當(dāng)電流

13、斷續(xù)時(shí)，晶閘管整流供電電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速升高，使得電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性顯著變軟，電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)距的很小變化就能引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的很大變化。所以直流電動(dòng)機(jī)由晶閘管可控整流電路供電時(shí)為了改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，使其始終工作在特性較硬的區(qū)域，直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載中大多串聯(lián)電抗器，使電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)也工作在電流連續(xù)區(qū)域。2 設(shè)計(jì)要求本課程設(shè)計(jì)為晶閘管小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其主回路為單相橋式半控整流電路（如下圖所示），由硅雙項(xiàng)開(kāi)關(guān)與晶體管電流源構(gòu)成移相式觸發(fā)電路，觸發(fā)脈沖的控制角與輸入的轉(zhuǎn)速指令成線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)改變控制角與控制主回路的整流輸出直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速?？刂齐娐芬腚妷贺?fù)反饋環(huán)節(jié)

14、，以提高系統(tǒng)的綜合機(jī)械特性的硬度。電動(dòng)機(jī)的額定功率為400W，最大600W，調(diào)速范圍20:1，圖一 單相橋式半控整流電路圖3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)3.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖（圖-1）為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖?？煽卣麟娐窞閱蜗鄻蚴桨肟卣麟娐罚捎靡葡嗍接|發(fā)?？煽卣麟娐穼⑤斎氲?20V交流電壓整流，然后輸出直流電壓驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。通過(guò)控制整流輸出直流電壓的數(shù)值可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制指令通過(guò)調(diào)速電位器輸入，控制信號(hào)再通過(guò)比較方法電路來(lái)連續(xù)改變觸發(fā)電路發(fā)出的觸發(fā)脈沖的相角，觸發(fā)脈沖控制整流電路獲得所需要的支流輸出電壓。為改善電路的性能而設(shè)置了電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)，全波整流輸出電

15、壓分為三個(gè)部分，分別提供電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線(xiàn)圈，同步觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路作為電路的工作電源。圖二 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)款圖3.1.2 電路工作原理 主回路即可控整流電路，如下圖（圖-2）所示。主回路為半控橋式整流電路，它與二極管橋式整流電路的區(qū)別在于用兩只晶閘管SCR1和SCR2代替兩只整流二極管。電路的電壓波形如圖（圖-3）所示。當(dāng)輸入交流電壓U為正半周的T1時(shí)刻，觸發(fā)脈沖電壓Ug同時(shí)加到SCR1與SCR2的控制極，SCR1被觸發(fā)導(dǎo)通與D6及負(fù)載MOTOR形成通路，而SCR2承受反向電壓而保持截止，當(dāng),U過(guò)零SCR1自動(dòng)關(guān)斷；在U的負(fù)半周T4時(shí)刻，Ug觸發(fā)SCR2，與D5及負(fù)載形成通路，得到整流輸出電壓Uo，U

16、o的電壓波形如圖（圖3d）。電路的整流輸出電壓的平均值可按照下式來(lái)計(jì)算（1）：圖三 電原理圖式中，U為輸入交流電壓的有效值，當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于不可控整流，此時(shí)輸出電壓Uo為Uo=0.9U，當(dāng)時(shí)，輸出電壓為零，故晶閘管的移相范圍為.二極管D7為續(xù)流二極管，當(dāng)電路的負(fù)載是電動(dòng)機(jī)這一類(lèi)感性負(fù)載時(shí)，在晶閘管關(guān)斷時(shí)提供續(xù)流通路，以免整流電路失控。圖四 電壓波形圖3.2. 觸發(fā)電路觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生可連續(xù)移相的觸發(fā)脈沖，如圖-2所示，觸發(fā)電路是右晶體管T2，T3，T4以及硅雙向開(kāi)關(guān)SW等元件組成。SW是產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的關(guān)鍵器件。SW的伏安特性曲線(xiàn)如圖4所示當(dāng)端電壓小于閥值VB（810V）時(shí)，SW呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，當(dāng)

17、端電壓上升到達(dá)閥值時(shí)，其壓降突然下降而導(dǎo)通，相當(dāng)于晶閘管導(dǎo)通時(shí)的情形，當(dāng)同步電壓U1為高電位時(shí)，使T2導(dǎo)通T4截止，T3的集電極電流IC3近似為：式中： ：晶體管共射短路電流放大系數(shù)； ：電源電壓； ：控制電壓。在電路中，與的數(shù)值已經(jīng)確定，一旦給出控制電壓，則晶體管T3的集電極電流IC3恒定值，設(shè)電容C3的初始電壓為零，由于T4截止，IC3對(duì)C3充電，使電容電壓U C3的數(shù)值由零線(xiàn)性上升，上升率為IC3/ C3，記得那圖-3b所示，。在t1時(shí)刻，U C3上升到SW的閥值電壓，雙向開(kāi)關(guān)SW突然導(dǎo)通，電容C3通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)SW對(duì)脈沖變壓器B的初級(jí)繞組L1放電，在脈沖電壓次級(jí)繞組L2，L3產(chǎn)生出發(fā)脈沖

18、電壓Ug,見(jiàn)圖3（b）所示，Ug加到晶閘管控制極而觸發(fā)晶閘管。改變電壓的數(shù)值可以控制U C3 的上升速率，從而改變觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生時(shí)刻，即控制觸發(fā)角的大小。（2）式表明觸發(fā)角的大小與控制電壓成線(xiàn)性關(guān)系，即調(diào)速器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出直流電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)。在t2時(shí)刻，電容電壓U C3下降到零，放電結(jié)束，開(kāi)關(guān)SW自動(dòng)關(guān)斷，電容重新充電。如果不采取措施，則U C3 將在t2時(shí)刻升到SW的閥值電壓而發(fā)出觸發(fā)脈沖。顯然從t3與t1間隔小于交流電周期，觸犯脈沖與整流電路不同步而不能正常工作。D3為續(xù)流二極管，在SW截止時(shí)為L(zhǎng)1提供電流通路，防止擊穿T4。電容C4，C5吸收干擾脈沖以免產(chǎn)生誤觸發(fā)。為使晶閘管穩(wěn)定地工作，

19、要求，觸發(fā)脈沖與被整流的交流電壓之間保持同步關(guān)系，同步電路由晶體管T2，T4組成。同步信號(hào)U1來(lái)自全波整流電路輸出的脈動(dòng)直流電壓，其峰值為，當(dāng)輸入的220V交流電源在過(guò)零時(shí)刻，U1小于T2的導(dǎo)通電壓（約0.5V），使T2截止T4飽和導(dǎo)通，T4的集電極和發(fā)射極之間成為電容C3的放電路徑，使電容電壓UC3迅速下降到零。同步電壓U1隨交流電過(guò)零后上升，晶體管T2導(dǎo)通T4截止，電容C3開(kāi)始新的充電周期。每次交流電過(guò)零時(shí)刻，就是電容開(kāi)始充電的起始時(shí)刻，這就保證了觸發(fā)脈沖與交流電源之間的同步關(guān)系。D3為續(xù)流二極管，在SW截止時(shí)為L(zhǎng)1提供電流通路，防止擊穿T4。電容C4，C5吸收干擾脈沖以免產(chǎn)生誤觸發(fā)。3.

20、2.2控制電路與負(fù)反饋電路如圖2示，晶體管T1為比較放大元件，W1為調(diào)速電位器，調(diào)節(jié)W1可以控制T1的基極電位，從而控制T1的集電極電流，通過(guò)電阻R2，R3轉(zhuǎn)換成控制電壓，再通過(guò)出發(fā)電路的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路輸出電壓的控制。對(duì)于他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速n與端電壓的關(guān)系為（3） ， （3）從直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，改變n的方法有三種：即改變U、Ra、。式中： ：電樞電流； ：電樞電阻； ：電機(jī)電勢(shì)常數(shù)； ：每極磁通。 上式表明直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其端電壓成線(xiàn)性關(guān)系，改變電動(dòng)機(jī)的端電壓U可以調(diào)整其轉(zhuǎn)速由于調(diào)速時(shí)磁通不變，如在一定的額定電流下調(diào)速，則電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距是一定的，所以這種方法也稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)距調(diào)

21、速。結(jié)合（2）式容易看出，通過(guò)調(diào)整電位器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載力矩機(jī)械特性關(guān)系為：，（4）式中：T ： 電磁力矩； ： 電樞回路附加電阻； ： 電機(jī)力矩常數(shù)。若電動(dòng)機(jī)端電壓和勵(lì)磁電流固定，忽略電樞反應(yīng)而認(rèn)為不變，上式可寫(xiě)成式中：， （5）式中：都是常數(shù)（稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速），表明電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與其力矩T成線(xiàn)性關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)如圖5所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓為U1時(shí)，對(duì)應(yīng)的特性曲線(xiàn)為圖五中的一條直線(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的端電壓下降到U2時(shí)，其特性曲線(xiàn)也相應(yīng)下降，對(duì)應(yīng)于一組不同數(shù)值的電壓U,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)為一組平行的直線(xiàn)族。通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，

22、實(shí)質(zhì)上是將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)做縱向平移。圖五 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性如果電動(dòng)機(jī)的負(fù)載力矩增大，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)電樞電流增大。對(duì)本系統(tǒng)而言，電樞電流近似等于整流電路的輸出電流，即電動(dòng)機(jī)負(fù)載力矩增大會(huì)引起整流電路的輸出電流增大，由于整流電路存在內(nèi)阻，所以此時(shí)整流輸出電壓會(huì)下降。如圖 5所示，電路輸出電壓為U1，電動(dòng)機(jī)負(fù)載力矩為T(mén)1，電動(dòng)機(jī)工作于a點(diǎn)。當(dāng)力矩增大到T2時(shí)，若電路輸出電壓保持U1不變，則電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，轉(zhuǎn)速下降量為no。由于電源內(nèi)阻的影響使輸出電壓降到U2，于是電動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)下移，電動(dòng)機(jī)工作于c點(diǎn)，由于電壓下降引入的電動(dòng)機(jī)附加轉(zhuǎn)速量為nf，于是電動(dòng)機(jī)的總轉(zhuǎn)速下降量n為：n=no+nf （

23、6）n比電壓穩(wěn)定的情形有更大的轉(zhuǎn)速下降，使綜合機(jī)械特性變軟。提高電源電壓的穩(wěn)定性可減小電動(dòng)機(jī)附加轉(zhuǎn)速下降nf，使系統(tǒng)的綜合機(jī)械特性接近于電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性。為此在圖2電路中引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，整流輸出平均直流電壓U經(jīng)電阻R13和R4分壓加到晶體管T1的發(fā)射極，設(shè)電動(dòng)機(jī)力矩增大而引起輸出電壓U下降，則反饋過(guò)程如下：電路自動(dòng)地減小觸發(fā)角來(lái)補(bǔ)償電壓下降而使之趨于穩(wěn)定；反之，如果外因使U上升，則電路自動(dòng)使U下降。穩(wěn)壓電路使系統(tǒng)的綜合機(jī)械特性明顯改善。3.3其它電路的負(fù)載為他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，F(xiàn)為電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線(xiàn)圈。勵(lì)磁電壓是由二極管D8，D9全波整流輸出的脈動(dòng)直流電壓，當(dāng)供電線(xiàn)路遭到雷擊或系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)過(guò)程，線(xiàn)路

24、而串入浪涌電壓的峰值可能達(dá)到工作電壓峰值的810倍，將會(huì)損壞主電路或干擾其正常工作，因此必須設(shè)置保護(hù)電路。常用的保護(hù)電路有R-C濾波電路和金屬氧化物壓敏電阻，本系統(tǒng)采用后者，主要是考慮到它具有較小的體積和較高的效率。電容C6為濾波電容，以濾除電路串入的尖脈沖干擾，以免發(fā)生晶閘管誤觸發(fā)，AR1，AR2為金屬氧化物壓敏電阻，它的伏安特性類(lèi)似于兩個(gè)反向?qū)绲难┍佬驼髌?，在常壓下呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，僅有很小的漏電流；當(dāng)其端電壓上升達(dá)到擊穿電壓時(shí)既被擊穿而呈現(xiàn)低阻狀態(tài)；當(dāng)端電壓低于擊穿電壓時(shí)恢復(fù)高阻狀態(tài)。從而保護(hù)主回路的安全。3.4系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要指標(biāo)如下：額定輸出功率：400W最大輸出功率：600W過(guò)載

25、能力： 150%調(diào)速范圍： 靜差率： S=0.0185外型尺寸 ： 100130220（cm）該調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，是一個(gè)比較完整的移相式可控整流直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。4 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)4.1 系統(tǒng)組成晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖如下圖所示。該系統(tǒng)是以主機(jī)為核心，加上AS/DA，DI/DO接口卡等組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。線(xiàn)性光電隔離板將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與計(jì)算機(jī)隔離，集成移相觸發(fā)電路GT和三相晶閘管全控橋主電路組成移相觸發(fā)和整流電路，其整個(gè)測(cè)試流程則由計(jì)算機(jī)控制安裝有測(cè)試流程奇幻電路的CE板來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)主要是為建立常用的轉(zhuǎn)速，電流閉雙環(huán)支流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型而設(shè)計(jì)研制的。圖六

26、 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖4.2.主回路總電阻R及電樞電阻4.2.1測(cè)試方法晶閘管整流裝置是一個(gè)非線(xiàn)性有源裝置，不能直接測(cè)量，因而R也不能直接測(cè)量，常用電壓電流比較法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試時(shí)電機(jī)不加勵(lì)磁，在保持整流裝置空載輸出電壓不變的情況下，改變外接電阻的大小，從而改變回路電阻壓降分配和回路電流。比較改變前后電壓和電流可求的R，其測(cè)試原理圖如下所示。圖中為晶閘管整流裝置內(nèi)阻；為平波電抗器線(xiàn)圈電阻；為直流電動(dòng)機(jī)電樞電阻。晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主回路總電阻為圖七 測(cè)試原理線(xiàn)路圖4.2.2 微機(jī)實(shí)現(xiàn)R測(cè)試的微機(jī)實(shí)現(xiàn)流程如下： 不加勵(lì)磁，斷開(kāi)接觸器C，D/A輸出移相控制電壓至GT，ZHU輸出，建

27、立電樞電流；D/A輸出電壓漸增，當(dāng)A點(diǎn)電壓約等于30%時(shí)，保持D/A不變，即保持不變，分別由電壓傳感器V1，V2和電流傳感器A采集，和則有=+ D/A輸出仍保持不變，即仍保持不變，吸合C，采集，和，則有 =+由式（2）和式（3）得 由上圖可得 由于整流裝置的非線(xiàn)性，隨移相控制電壓變化而變化，故在為50%，80%重復(fù)上述2步，分別求R和的平均值。4.3 電磁時(shí)間常數(shù)的測(cè)試4.3.1電流波形測(cè)試法直流電動(dòng)機(jī)電樞回路的傳遞函數(shù)為式中，為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。突加時(shí)，電樞回路電流響應(yīng)為 式中，為電樞回路穩(wěn)態(tài)電流，相應(yīng)的過(guò)度過(guò)程曲線(xiàn)如下圖所示圖八 電流過(guò)度過(guò)程曲線(xiàn)圖從零上升到0.632所需的時(shí)間即為，基

28、于此思想的測(cè)試原理線(xiàn)路如下圖所示圖九 的測(cè)試原理線(xiàn)路圖4.3.2微機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)試的微機(jī)實(shí)現(xiàn)流程如下： 不加磁場(chǎng)，逐漸增加D/A，測(cè)取=40%時(shí)的D/A值D/A。 突加D/A，采集=f(t)曲線(xiàn)，去除曲線(xiàn)上由GT和ZHU等產(chǎn)生的延時(shí)，求取。 分別取60%，80%，100%，重復(fù)步驟，求的平均值。上述測(cè)試是在不加勵(lì)磁的情況下進(jìn)行的，當(dāng)然加勵(lì)磁更加符合實(shí)際，但必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)，這樣做比較麻煩。將加勵(lì)磁和不加勵(lì)磁的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較，加勵(lì)磁后的比不加勵(lì)磁的小5%左右，這不妨礙實(shí)際設(shè)計(jì)與調(diào)試。若為了強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確性，則予以5%修正即可。4.4 機(jī)電時(shí)間常數(shù)常用的測(cè)試方法有如下兩種：通過(guò)測(cè)試計(jì)算和恒流升速法直接測(cè)

29、試，限于篇幅只介紹通過(guò)測(cè)試計(jì)算這一方法。4.4.1測(cè)試方法電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下： 式中，M為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)距；為負(fù)載轉(zhuǎn)距（空載時(shí)為空載轉(zhuǎn)距）；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；為電機(jī)的飛輪慣量。電機(jī)空載自由停車(chē)時(shí)，M=0，=，其運(yùn)動(dòng)方程為 = 因此 由上式可知，測(cè)得和便可求出。的計(jì)算公式為式中。為空載損耗；為空載電流。，均可測(cè)定，故可求。將電機(jī)空載升速到某一轉(zhuǎn)速，待穩(wěn)定運(yùn)行后，突降D/A到0，即到0，采集電機(jī)自由停車(chē)曲線(xiàn)n=f(t),由n=f(t)曲線(xiàn)的線(xiàn)性段求dn/dt.由于不是一個(gè)常數(shù)，故n=f(t)并非一條直線(xiàn)，為此以轉(zhuǎn)速為基點(diǎn)，選擇若干個(gè)點(diǎn)，求出在不同穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速自由停車(chē)時(shí)的，dn/dt.和，再求的平均值，并根據(jù)下式計(jì)算機(jī)電時(shí)間常數(shù)： 式中，為電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比；為轉(zhuǎn)速電流比。4.4.2微機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)試計(jì)算的微機(jī)實(shí)現(xiàn)流程如下：逐漸增加D/A，既逐漸增加，將惦記空載升速到20%，待其穩(wěn)定運(yùn)行后，采集，求和。D/A突然降到0，即突降到0，采集n=f(t)曲線(xiàn)的線(xiàn)性段求dn/dt.，計(jì)算。n分別取40%，60%，80%，100%，重復(fù)。 求的平均值，計(jì)算。該系統(tǒng)軟件由BC+編寫(xiě)，主要由系統(tǒng)自檢，通道標(biāo)定，參數(shù)測(cè)試3個(gè)軟件組成。所論述的晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試原理簡(jiǎn)明實(shí)用，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好