課程設(shè)計(jì)：四輥壓延機(jī)傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、中南大學(xué)本科課程設(shè)計(jì) 題 目： 四輥壓延機(jī)傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化0301班 學(xué) 號(hào)： 0901030116 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 2009-1-29 前言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，在電力電子變換器中以晶閘管為主的可控器件已經(jīng)基本被功率開關(guān)器件所取代，因而變換技術(shù)也由相位控制轉(zhuǎn)變成脈寬調(diào)制（pwm）；交流可調(diào)拖動(dòng)系統(tǒng)正逐步取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)。然而，直流拖動(dòng)控制畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且我國(guó)早期的許多工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械都是采用直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)，所以它在工業(yè)生產(chǎn)中還占有相

2、當(dāng)大的比重，短時(shí)間內(nèi)不可能完全被交流拖動(dòng)系統(tǒng)所取代。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)又可分為不同的控制系統(tǒng)。但是，從一定角度上來(lái)說，可以把調(diào)速系統(tǒng)籠統(tǒng)的分為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、維護(hù)方便，但是它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能往往不能滿足生產(chǎn)和控制要求。而閉環(huán)控制系統(tǒng)可以很好的解決這些問題，因此在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流系統(tǒng)是性能最好、應(yīng)用

3、最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)通過對(duì)四輥壓延機(jī)主傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)做一個(gè)基本的介紹。關(guān)鍵詞：直流拖動(dòng)控制系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)目錄1. 設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容51.1 設(shè)計(jì)目的51.2 設(shè)計(jì)題目51.1.1 生產(chǎn)工藝流程51.1.2 控制要求51.1.3 設(shè)計(jì)要求61.1.4 主機(jī)1或2直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)62 設(shè)計(jì)過程62.1 整體設(shè)計(jì)62.1.1 主電路方案設(shè)計(jì)72.1.2 控制電路方案設(shè)計(jì)92.2 系統(tǒng)運(yùn)行特性112.2.2 系統(tǒng)電路原理圖112.2.2 系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖122.3 單元模塊設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算133 實(shí)驗(yàn)過程183.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?83.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容183.

4、3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備183.4 實(shí)驗(yàn)步驟193.4.1 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則193.4.2 系統(tǒng)的開環(huán)調(diào)試193.4.3 系統(tǒng)各單元的調(diào)試和參數(shù)整定193.4.4 電流環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁）203.4.5 速度環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁）203.4.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)203.4.7 分析與結(jié)論214 結(jié)論225 參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容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)的設(shè)計(jì)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(shí)和理論分析、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)

5、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(cè)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)題目壓延機(jī)生產(chǎn)線主要是生產(chǎn)飛機(jī)輪胎的生產(chǎn)線，四棍壓延機(jī)是飛機(jī)輪胎生產(chǎn)廠家最關(guān)心的生產(chǎn)設(shè)備。1.2.1、生產(chǎn)工藝流程簾布放布機(jī)接頭硫化機(jī)前三輥電機(jī)儲(chǔ)布機(jī)前四輥電機(jī) 干燥 四輥壓延主機(jī) 后四輥電機(jī)2臺(tái)卷機(jī)倉(cāng)庫(kù)1.2.2、控制要求（1）在壓延前，必須給干燥輥加熱60到80的度（供簾布烘干水分），給主輥加熱到70度左右。（2）所有直流電機(jī)可單動(dòng)也可連動(dòng)，并均要求電樞可逆。（3）連動(dòng)時(shí)，前四主機(jī)和后四主機(jī)不允許單動(dòng)，而前三點(diǎn)饑可單獨(dú)

6、停（便于簾布的硫化接頭），因有貯布架，也不影響后面的正常工作，卷取機(jī)可單獨(dú)停（便于2臺(tái)卷取換卷）。（4）兩臺(tái)壓延主機(jī)必須同時(shí)起、?；蚣?、減速，且控制要求和技術(shù)指標(biāo)完全相同。（5）前張力區(qū)的張力（最大為1000kg）通過前四電機(jī)來(lái)控制，后張力區(qū)的張力（1500kg）有后四電機(jī)來(lái)控制。（6）在給定壓延張力的情況下，其壓延速度有操作人員通過改變主機(jī)速度來(lái)達(dá)到。1.2.3、設(shè)計(jì)要求四輥壓延機(jī)主傳動(dòng)機(jī)1和2的參數(shù)相同，要求相同，只設(shè)計(jì)其中一臺(tái)即可。穩(wěn)定無(wú)靜差，電流超調(diào)量s5%，空載啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量s10%，且起動(dòng)是盡量避免電流的過大沖擊。1.2.4、主機(jī)1或2直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)pnom=125k

7、w, unom=200v,inom=640a,nnom=750r/min,ra=0.08歐，電樞路總電阻r=0.15歐，,電流過載倍數(shù)=1.5二、設(shè)計(jì)過程2.1、整體設(shè)計(jì)因?yàn)樯a(chǎn)機(jī)械要求壓延機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速的起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要所設(shè)計(jì)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性（如圖1）。n正向工作狀態(tài)反向制動(dòng)狀態(tài)otetl-tln0n1n2正向制動(dòng)狀態(tài)反向電動(dòng)狀態(tài)圖1 四象限工作機(jī)械特性2.1.1、主電路方案設(shè)計(jì)針對(duì)上述工作機(jī)械特性，選取主電路設(shè)計(jì)方案：方案一：g-m系統(tǒng)調(diào)速g-m系統(tǒng)（國(guó)際上通稱ward-leonard系統(tǒng)）是通過用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以

8、獲得可調(diào)的直流電壓。其工作原理是由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) g實(shí)現(xiàn)變流，由g給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)m供電，調(diào)節(jié)g的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓u，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。電路原理圖見圖2圖2 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（g-m系統(tǒng)）由圖可見，無(wú)論正轉(zhuǎn)減速還是反轉(zhuǎn)減速時(shí)都能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，因此g-m系統(tǒng)可以在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)行。但是該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多，體積大費(fèi)用高，效率低，安裝需打地基沒，運(yùn)行有噪聲，維護(hù)不方便。方案二：可逆v-m系統(tǒng)調(diào)速晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱v-m系統(tǒng)，又

9、稱靜止的ward-leonard系統(tǒng)），圖中vf、vr 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(lái)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。與g-m系統(tǒng)相比較,晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10000以上，其門極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，所以只好采用正、反兩組全控整流電路并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限工作，

10、變流設(shè)備增加一倍。電路原理圖見圖3圖3 可逆晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（v-m系統(tǒng)）另外，v-m系統(tǒng)中晶閘管對(duì)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(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無(wú)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”。方案三：橋式可逆pwm變換器調(diào)速系統(tǒng)pwm的基本思想是沖量相等而形狀不同的窄脈沖加載到具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果相同，即慣性環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)相同?？赡鎝wm變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱h形）電路，如圖4所示。圖中，電動(dòng)機(jī)m兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙

11、極式、單極式、受限單極式等多種，這里選用的是最常用的雙極式控制可逆pwm變換器調(diào)速系統(tǒng)?？赡鎝wm系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右；若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。但是它需要先將交流轉(zhuǎn)換為直流，再通過h橋式電路直流斬波，調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值。這里同樣需要邏輯控制正反組ibgt的導(dǎo)通與關(guān)斷，以免發(fā)生直流

12、直通短路。這種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，而且制動(dòng)控制較為復(fù)雜，關(guān)鍵是igbt容量相對(duì)晶閘管容量小，限制了電動(dòng)機(jī)的容量不能做的很大，較由src做整流裝置的v-m系統(tǒng)小的多。這對(duì)于所要求設(shè)計(jì)的四輥壓延機(jī)傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是不利的。+usug4m+-ug3vd1vd2vd3vd4ug1ug2vt1vt2vt4vt3132ab4mvt1ug1vt2ug2vt3ug3vt4ug4圖4 橋式可逆pwm變換器綜上所述，考慮到三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇第二種方案。2.1.2、控制電路方案設(shè)計(jì)方案一：帶電流截止負(fù)反饋和pi調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)速度反饋調(diào)節(jié)方法該調(diào)節(jié)方法實(shí)現(xiàn)比較方便，快捷，成本低，而且系統(tǒng)調(diào)試等很簡(jiǎn)單。由

13、于采用了pi調(diào)節(jié)器，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)靜差；采用了單閉環(huán)速度反饋，能夠滿足較高的調(diào)速范圍和靜差率的要求。但是，因?yàn)樗笤O(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制要求中，對(duì)張力的最大值有限制，所以采用了電流截止負(fù)反饋將電流截止的幅值位置頂在張力最大的位置，當(dāng)電流值超過限幅值后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔脕?lái)限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形，從而使加速過程拖長(zhǎng)。這對(duì)于所設(shè)計(jì)的經(jīng)常要求正、反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)很不利，不僅減慢了電動(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)時(shí)間，還可能由于難以把握電流的動(dòng)態(tài)過程，產(chǎn)生斷帶，張力不均勻等現(xiàn)象。方案二：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速方法該方法的電流還（內(nèi)環(huán)）和速度環(huán)（外環(huán)）均采用pi調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。由于采用了雙閉環(huán)

14、結(jié)構(gòu)，使電機(jī)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，電流負(fù)反饋不再發(fā)生作用，從而獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，實(shí)現(xiàn)在允許的條件下最快起、制動(dòng)。其起、制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速和電流波形分別見圖5和圖6n oottidm id iiiiiit4 t3 t2 t1 i.電流上升階段ii.恒流升速階段iii.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形圖6 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過渡過程波形由上面兩圖可以看出，雙閉環(huán)在起，制動(dòng)過程中都有一段恒定電流的加速或減速的過程，可以很好的滿足生產(chǎn)要求。綜合上面兩種控制電路設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我選擇第二種設(shè)計(jì)方案。2.2

15、、系統(tǒng)運(yùn)行特性2.2.1、系統(tǒng)電路原理圖由2.1中所述，本課程設(shè)計(jì)我采用可逆轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器均采用pi調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；為了限制可逆系統(tǒng)的環(huán)流，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)?；倦娐吩韴D見圖7如圖所示，該系統(tǒng)主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限工作。由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器，但仍保留平波電抗器ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)?？刂葡到y(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案，電流環(huán)分設(shè)兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，1acr用來(lái)控制正組觸發(fā)裝置gtf，2acr控制反組觸發(fā)裝置gtr；1acr的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器ar作為2acr的給定信號(hào)，因此電流反饋

16、信號(hào)的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測(cè)方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無(wú)環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)dlc，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)切換，其輸出信號(hào)ublf用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，ublr用來(lái)控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，以保證同同一時(shí)間內(nèi)只有一組晶閘管裝置工作，防止產(chǎn)生環(huán)流和逆變失敗。 實(shí)際電路中還需要加入零速封鎖單元、轉(zhuǎn)矩極性單元和相應(yīng)的保護(hù)電路，以提高系統(tǒng)的魯棒性。 asrdlc-1tavrvfgtr2acrmtggtf1acr+u*nun-uiu*iucfublfublrucru*i+uiu*iui0ldar-+圖7 邏輯控制無(wú)環(huán)流

17、可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖2.2.2、系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作在某一組晶閘管裝置正常工作狀態(tài)下（如正組起動(dòng)過程），其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖與不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖基本相同。見圖8和圖9圖8 可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的正組起動(dòng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù) ks a 1/ceu*nucidenud0un+-asr+u*i- r b acr-uiupe圖9 可逆雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的正組起動(dòng)過程動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖u*na uc-idlnud0un+-b +-uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e圖中wasr(s)和w

18、acr(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用pi調(diào)節(jié)器，則有2.3、單元模塊設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 本課程設(shè)計(jì)的實(shí)際電路由很多單元模塊組成，這里只對(duì)主要的幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和參數(shù)進(jìn)行闡述，如asr，acr和主電路的一些主要設(shè)備等（1）主電機(jī)參數(shù)：pnom=125kw,unom=200v,inom=640a,nnom=750r/min,ra=0.08歐，電樞路總電阻r=0.15歐，,電流過載倍數(shù)=1.5（2）變壓器的付邊電壓確定：因?yàn)閡nom=200v，由于電機(jī)是阻感負(fù)載故整定的范圍在0度和90度之間，按取時(shí)對(duì)變壓器的付邊電壓進(jìn)行整定?？梢杂扇鄻蚴饺卣鞴剑海愠?，所以選擇變壓器的付

19、邊電壓（3）變壓器的容量大小計(jì)算：由于電動(dòng)機(jī)額定工作電流大小為inom=640a，過載電流是大小為1.5*inom=960a，利用功率守恒定理，阻抗消耗，考慮晶閘管的損耗和自身的損耗以及變壓器也有一定的過載能力，選擇的變壓器容量： （4）晶閘管參數(shù)計(jì)算：由電機(jī)的過載倍數(shù)，我們可以算出電動(dòng)機(jī)的過載電流，即最大電流：又由 整流輸出電壓 ，進(jìn)線的線電壓是120v。由三相橋式全控整流電路分析可知，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器的二次線電壓的電壓峰值。即晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即考慮安全性裕量，選擇電壓裕量為2倍關(guān)系，電流裕量為1.5倍關(guān)系所以工作的晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：（5）電

20、樞回路的平波電抗器計(jì)算：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)保證電流連續(xù)，取此時(shí)的電流為額定電流的5 %10%。則電樞需要串入的電樞電抗器大小可以算： （其中為電樞的固有電抗值）（6）主電路保護(hù)器件：電路中主要的保護(hù)器件有快速熔斷器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電路等用來(lái)進(jìn)行電流和電壓保護(hù)，具體的保護(hù)電路設(shè)計(jì)在工廠供電的相關(guān)課程設(shè)計(jì)已做簡(jiǎn)要敘述，在此就不展開論述了。（7）acr設(shè)計(jì)為了提高電流環(huán)的跟隨性能以及實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，需要將電流環(huán)設(shè)計(jì)成典型i型系統(tǒng)，將acr設(shè)計(jì)成pi調(diào)節(jié)器。其動(dòng)態(tài)模型和電路原理圖分別見圖10和11ud0(s)+-ui

21、(s)acr1/rtl s+1u*i(s)uc (s)ks tss+1id (s)b t0is+11 t0is+1圖10 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖11 含給定濾波與反饋濾波的pi型電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出限幅電壓u*im決定電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器acr的輸出限幅電壓ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓udm。a)設(shè)計(jì)系統(tǒng)使轉(zhuǎn)速達(dá)到額定時(shí)，給定為7.5v，輸出的限幅值為，取由此可以算出：b)計(jì)算電機(jī)時(shí)間常數(shù)： 和 算出 計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù):由前面的參數(shù)計(jì)算可知電流連續(xù)時(shí)要求電樞回路電感為1.3mh,又因?yàn)椴捎玫氖侨鄻蚴秸麟娐?，故其平均失控時(shí)間。又為了基本濾平波頭取，故小時(shí)間參

22、數(shù)之和 c)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)：因?yàn)橐箅娏鞒{(diào)量不大于5%，故可得 又 取 可得 ，取40d)檢驗(yàn)近似條件： ；按照上述參數(shù)，電流可以達(dá)到動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)要求。（8）asr設(shè)計(jì)為了提高轉(zhuǎn)速環(huán)的抗負(fù)載擾動(dòng)性能以及實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，應(yīng)將將電流速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型ii型系統(tǒng)，將asr設(shè)計(jì)成pi調(diào)節(jié)器。其動(dòng)態(tài)模型和電路原理圖分別見圖12和13圖12 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖13 含給定濾波與反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器a)確定時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 b)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：取，有取 取120c)檢驗(yàn)近似條件： ；d)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由于突加階越給定時(shí)，asr飽和，不

23、符合線形系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按asr退飽和的情況來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速超調(diào)量。 三、實(shí)驗(yàn)過程3.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理論聯(lián)系實(shí)際，把“自動(dòng)控制系統(tǒng)”、“電力電子變流技術(shù)”等課程所學(xué)的理論應(yīng)用于實(shí)際，掌握和鞏固可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理和主要優(yōu)缺點(diǎn)。2. 熟悉和掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試方法和步驟。3. 通過實(shí)驗(yàn)，分析和研究系統(tǒng)的動(dòng)、靜特性，并研究調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的影響。4. 通過實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)提高實(shí)際操作技能，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。3.2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 各控制單元調(diào)試。2. 整定電流反饋系數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，整定電流保護(hù)動(dòng)作值。3. 測(cè)定開環(huán)機(jī)械特性及高、低速時(shí)的靜特性n=f(id).4. 閉環(huán)控制

24、特性n=f(id)的測(cè)定。5. 改變調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察、記錄電流和速度起制的動(dòng)態(tài)波形。3.3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備ly101、ly102、ly103、ly104、ly105-1-1、ly105-1-2、ly121-ly124，直流電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-測(cè)速發(fā)電機(jī)，示波器，萬(wàn)用表。3.4、實(shí)驗(yàn)步驟3.4.1、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）3.4.2、系統(tǒng)的開環(huán)調(diào)試a)定相分析：其目的是根據(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(duì)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

25、結(jié)構(gòu)原理，主變壓器的接線組別來(lái)確定同步變壓器的接線組別。b)用雙線示波器檢查主電路電源電壓和同步電壓是否符合合適的相位關(guān)系。c)檢查主電路電壓即同步電壓的相序是否依次相差120度。d)用雙線示波器檢查觸發(fā)器的三相鋸齒波的斜率是否一致，如不一致，調(diào)節(jié)斜率電位器；觀察6個(gè)觸發(fā)脈沖是否均勻間隔60度；e)調(diào)整偏移電壓up整定系統(tǒng)初始相位（脈沖零位），即當(dāng)uct=0v時(shí)，并測(cè)出acr輸出的最大正、負(fù)限幅值。f)按圖連好實(shí)驗(yàn)線路，檢查后合開關(guān)。先使系統(tǒng)處于初始相位，逐步增加給定電壓，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、升速，改變負(fù)載測(cè)量高速時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)特性。g)改變給定電壓和負(fù)載，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，測(cè)量低速開環(huán)特性。3.4.

26、3、系統(tǒng)各單元的調(diào)試和參數(shù)整定a)將電流反饋系數(shù)整定為2.5，并檢查電流反饋的極性是否為正以及電流反饋輸入輸出特性的線形度b)根據(jù)實(shí)際情況，將過流保護(hù)整定在2.3a動(dòng)作。c)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450rpm時(shí)，使速度給定為6v，由此來(lái)整定速度反饋系數(shù)并測(cè)試速度反饋特性。d)檢查零速封鎖單元的工作是否正常。e)調(diào)整電流調(diào)節(jié)器acr、速度調(diào)節(jié)器asr的正、負(fù)限幅電位器，使它們的輸出限幅值滿足要求；用示波器觀察它們的pi特性。f)調(diào)節(jié)電位器rp2,調(diào)試反向器ar。g)調(diào)節(jié)電位器rp1，使轉(zhuǎn)矩極性鑒別器dpt的輸出回環(huán)波形寬度滿足要求并對(duì)稱縱坐標(biāo)；調(diào)節(jié)電位器rp3，使回環(huán)向縱坐標(biāo)右側(cè)移動(dòng)0.1v左右，以滿足

27、邏輯判斷的準(zhǔn)確度。h)調(diào)試邏輯控制器dlc3.4.4、電流環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁）a)按系統(tǒng)圖將與電流環(huán)有關(guān)的單元全部連接起來(lái)，合上開關(guān)；逐步增加給定信號(hào)，用示波器觀察電壓波形6個(gè)對(duì)稱波頭的平滑變化。b)給acr突加階躍給定信號(hào)，用示波器觀察電流超調(diào)量是否滿足設(shè)計(jì)要求，不符合，則改變acr的pi參數(shù)，直到滿足要求為止并確定電流環(huán)跟隨電流給定信號(hào)的能力。c)正組調(diào)試完后，再調(diào)試反組；如兩組均正常，則將兩組反并聯(lián)。3.4.5、速度環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁）a)按系統(tǒng)圖將系統(tǒng)所有單元全部連接起來(lái)，合上開關(guān)，由零逐步增加給定信號(hào)于速度調(diào)節(jié)器輸入端，用示波器觀察整流電壓波形。b)給asr突加階躍

28、給定信號(hào)，用示波器觀察測(cè)速反饋兩端的起動(dòng)速度波形超調(diào)量是否滿足設(shè)計(jì)要求，不符合，則改變asr的pi參數(shù)，直到滿足要求為止并確定系統(tǒng)跟隨速度給定信號(hào)的能力。c)正組做完后，觀察反組的速度啟動(dòng)波形，正、反組分別正常后，反并聯(lián)運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)投入工作。d)仿照開環(huán)系統(tǒng)測(cè)定閉環(huán)機(jī)械特性高速和低速時(shí)的n=f(id)特性，并比較閉環(huán)和開環(huán)機(jī)械特性的調(diào)速范圍d和靜差率s。3.4.6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 由于是時(shí)間關(guān)系，本組只測(cè)量了開環(huán)機(jī)械特性的相關(guān)數(shù)據(jù)；閉環(huán)機(jī)械特性的相關(guān)數(shù)據(jù)和波形只用示波器觀察了，而未記錄。開環(huán)高速和低速機(jī)械特性數(shù)據(jù)表分別見下頁(yè)表一和表二。id(a) 2.0 1.5 1.2 1.0 0.2n(rmin

29、) 1300 1350 1380 1390 1450ud(v) 190 190 192 195 200表一 高速機(jī)械特性數(shù)據(jù)表id(a) 1 0.9 0.7 0.4 0.2n(rmin) 200 325 500 644 800ud(v) 70 70 72 74 75表二 低速機(jī)械特性數(shù)據(jù)表根據(jù)上述兩表可以畫出高速和低速特性圖，此略。3.4.7、分析與結(jié)論a)測(cè)量開環(huán)低速機(jī)械特性時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)儀器的緣故，當(dāng)電流升到一定值（小于2a）時(shí)電動(dòng)機(jī)就幾乎停止了，這在開環(huán)機(jī)械特性曲線上表現(xiàn)為低速特性曲線被截去了一段。所以在測(cè)低速特性時(shí)，沒有像測(cè)高速特性一樣將負(fù)載電流給到2a；因?yàn)橐瑫r(shí)保證n=100rpm和id=2.0a，這在我們這組實(shí)驗(yàn)設(shè)備上是無(wú)法達(dá)到的。b)比較從示波器觀察到的開環(huán)和閉環(huán)機(jī)械工作特性，可以看出閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍比開環(huán)系統(tǒng)的大，而靜差率卻比開環(huán)系統(tǒng)小地多，機(jī)械特性也比開環(huán)系統(tǒng)硬得多；在突加擾動(dòng)信號(hào)作用下，閉環(huán)系統(tǒng)的抵抗能力比開環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)，雙閉環(huán)系統(tǒng)的抵抗能力又比單閉環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)。c)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)波形的超調(diào)