課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、第四章 調(diào)速系統(tǒng)控制單元的確定和調(diào)整第一節(jié) 檢測(cè)環(huán)節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)控制方案和主電路圖的連接形式、元件選擇確定以后，就應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)控制單元的選擇和調(diào)整，它是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。下面簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)控制單元設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容和需注意的問(wèn)題。一、檢測(cè)環(huán)節(jié)根據(jù)反饋控制原理為了構(gòu)成閉壞直流調(diào)速系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，必須對(duì)系統(tǒng)控制對(duì)象的多種參量進(jìn)行檢測(cè)，其中最基本的轉(zhuǎn)速，電流電壓等反饋信號(hào)。精確、快速地檢測(cè)這些信號(hào)是調(diào)速系統(tǒng)可靠工作的基本保證。系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)環(huán)節(jié)總的要求是:1）檢測(cè)環(huán)節(jié)本身精度高，誤差小，以保證系統(tǒng)的控制精度。2）檢測(cè)單元和反饋通道慣性小，反應(yīng)快。3）檢測(cè)環(huán)節(jié)本身工作要可靠。4）檢測(cè)環(huán)節(jié)的輸

2、入，輸出特性呈線性關(guān)系。(一)轉(zhuǎn)速檢測(cè)及其測(cè)速發(fā)電機(jī)。常用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置是各種測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖測(cè)速裝置。由于直流測(cè)速發(fā)電機(jī)無(wú)需另設(shè)整流裝置，且無(wú)剩余電壓，故在直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)廣泛采用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)有他勵(lì)式，永磁式兩類。型號(hào)有ZCF，ZYS(永磁)，ZYSH(永磁)，YD(高靈敏度)幾種。他勵(lì)式測(cè)速發(fā)電機(jī)體積小，用穩(wěn)流源供給勵(lì)磁時(shí)，速度特性比較穩(wěn)定。永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)不需要專門的穩(wěn)流勵(lì)磁電源，性能穩(wěn)定，但體積稍大，價(jià)格較貴，使用時(shí)環(huán)境溫度不宜高，不能有強(qiáng)烈振動(dòng)，否則將使永久磁鐵的磁性減弱，以至消失，這一點(diǎn)須引起注意。實(shí)際運(yùn)用時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流不得過(guò)

3、大，其外接電阻不得小于規(guī)定的最小負(fù)載電阻。如ZCF110型測(cè)速發(fā)電機(jī)，一般取負(fù)載電阻左右。為減小輸出紋波電壓影響，應(yīng)選用換向片數(shù)較多的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)。如選用高靈敏度的測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的線性精度可達(dá)到0.01%0.05%。選用測(cè)速發(fā)電機(jī)時(shí)還須注意使測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配。由于測(cè)速發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)接的安裝質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)速反饋的影響很大，故尤應(yīng)給予特殊注意。常用的安裝方式，測(cè)速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)剛性聯(lián)接或采用特殊聯(lián)接的方法，在軸向硬聯(lián)接，橫向可以自由活動(dòng)以克服偏心所造成的影響。總之，問(wèn)題的關(guān)鍵是要保證兩個(gè)電機(jī)軸聯(lián)接時(shí)的同心度，當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不一致的場(chǎng)合要設(shè)置變速機(jī)，如用變速齒輪或履帶式塑

4、料皮帶相聯(lián)。二、電流檢測(cè)環(huán)節(jié)電流反饋環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)是主電路的電流量，經(jīng)變換后獲得輸出為直流電壓的反饋量，根據(jù)電流反饋環(huán)節(jié)的組成，常用的電流反饋方式和檢測(cè)元件有下面幾種：1.利用整流橋直流側(cè)的電阻作檢測(cè)元件MIdLrRcVTH3Ui圖4-1 利用直流側(cè)電阻的電流檢測(cè)線路 在主電路直流側(cè)串接低阻值電阻以取得電流檢測(cè)信號(hào)，如圖4-1所示。這種電流檢測(cè)方法，在電阻上會(huì)產(chǎn)生壓降或損耗。有時(shí)可利用電動(dòng)機(jī)的換向繞組和補(bǔ)償繞組上的壓降作為電流信號(hào)。上述方法主電路與控制電路在電路上需接入電流隔離器。將作為隔離輸入信號(hào)，隔離器的輸出再作為電流反饋信號(hào)。2.以交流電流互感器作為檢測(cè)元件 對(duì)于整流電路而言，輸出的直流

5、電流與交流側(cè)的輸入電流有一定的關(guān)系，即式中，為與整流電路型式有關(guān)的比例關(guān)系，如三相橋式電路，。 所以可以采用交流電流互感器檢測(cè)，然后經(jīng)整流后獲得，以反映直流電流的大小，但不反映電流極性。這種檢測(cè)方式線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、隔離性好，得到廣泛應(yīng)用。 電流互感器的聯(lián)接方法，在單相電路中其聯(lián)接比較簡(jiǎn)單在三相電路中，一般有兩種，Y形（用三臺(tái)電流互感器）和V形（用兩臺(tái)）聯(lián)結(jié)，線路見圖4-2。 對(duì)于定型生產(chǎn)的電流互感器，額定容量是10（或15）VA，二次電流是5A，允許負(fù)載電阻很小，得不到一般控制系統(tǒng)所需10V以上的電壓，故應(yīng)采用LZK-1系列控制專用電流互感器。在200A以上的大容量系統(tǒng)中，常采用在標(biāo)準(zhǔn)互感器后

6、面再加一級(jí)5A：0.1A的互感器，以擴(kuò)大互感器變壓比，使二次電流減小，負(fù)載電阻可達(dá)200以上，可滿足系統(tǒng)對(duì)反饋信號(hào)電壓較大的要求。線路見圖4-3。使用交流互感器應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：圖4-2 交流電流互感器的聯(lián)結(jié)方法a)Y聯(lián)結(jié) b)V聯(lián)結(jié)圖4-3 兩級(jí)交流電流互感器的聯(lián)結(jié)方法1)交流互感器一次電流應(yīng)根據(jù)整流裝置輸出最大電流來(lái)選擇。 2)工作時(shí)二次繞組不允許開路，以防人身和設(shè)備事故。 圖4-4 交流電流互感器的曲折聯(lián)結(jié) 3)二次繞組一端應(yīng)接地 4)帶負(fù)載情況下，拆除二次繞組時(shí)，首先應(yīng)將其短路 5)具有續(xù)流二極管的半控橋式整流電路不能采用交流檢測(cè) 6)交流互感器正常工作時(shí)不允許飽和。如在三相零式整流電路

7、中采用交流側(cè)檢測(cè)方案，則電流互感器應(yīng)改為曲折聯(lián)接，以免引起交流互感器的直流磁化而無(wú)法工作，線路見圖44。 3以直流電流互感器作為檢測(cè)元件 直流電流互感器實(shí)際上是一個(gè)由交、直流同時(shí)控制的磁性元件，直流電流變化時(shí)，磁路中的磁化狀態(tài)發(fā)生變化，從而使其二次側(cè)交流輸出量發(fā)生改變，然后經(jīng)整流后得到反饋信號(hào)。圖45是其兩種形式的聯(lián)結(jié)方式。目前國(guó)產(chǎn)的直流互感器的兩個(gè)鐵心、直流母線及二次交流繞組已做成一體，外部引線只有兩個(gè)直流母線端子和四個(gè)交流繞組端子，使用時(shí)需設(shè)置整流橋及提供交流輔助電源。圖4-5 直流電流互感器的聯(lián)結(jié)方式 a)串聯(lián)線路 b)并聯(lián)線路采用直流互感器檢測(cè)比交流互感器復(fù)雜，快速性稍差但它用一臺(tái)直流

8、互感器取代三臺(tái)交流互感器，使檢測(cè)裝置大為簡(jiǎn)化，且輸出信號(hào)功率大，具有電氣隔離目前國(guó)內(nèi)定型生產(chǎn)的BLZ系列產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用。 4以霍爾效應(yīng)電流變換器作為檢測(cè)元件圖4-6 帶給定濾波和電流反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 霍爾變換器的線性度好、無(wú)慣性、裝置簡(jiǎn)單，但是輸出電壓一般為mV級(jí)，使用時(shí)須附加電壓放大器。此外由于霍爾元件薄而脆，安裝和使用時(shí)須特別小心，并應(yīng)采取措施防止外界電磁干擾。其線路原理可參閱有關(guān)專業(yè)書刊。 由此可見，系統(tǒng)對(duì)于電流反饋環(huán)節(jié)的基本要求是： 1)電流反饋信號(hào)要保證10V左右。信號(hào)大小取決于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出限幅值的整定，即 。 2)對(duì)電流反饋信號(hào)要求進(jìn)行濾波，濾掉交流分量。但濾波

9、時(shí)間常數(shù)不得過(guò)大，否則將使電流環(huán)的等效時(shí)間常數(shù)過(guò)大，限制了電流環(huán)頻帶的展寬，影響電流響應(yīng)的快速性為抵消電流反饋通道濾波慣性的影響，在電流調(diào)節(jié)器給定通道需設(shè)置給定濾波環(huán)節(jié)。并使兩者時(shí)間常數(shù)大小相等。見圖46。 三、電壓檢測(cè)環(huán)節(jié) 在調(diào)速系統(tǒng)中常用整流裝置主回路的直流電壓作為電壓反饋信號(hào)，最簡(jiǎn)單的方法是在盡量靠近電動(dòng)機(jī)電樞兩端的位置（主回路平波電抗器之后），直接引出直流電壓反饋信號(hào)，但其輸入與輸出之間沒(méi)有電氣隔離，容易造成事故。這種方法只適用于小容量系統(tǒng)中。 在較大容量系統(tǒng)中，主回路直流電壓都在數(shù)百伏以上，而控制回路電壓一般都在±15v左右，故必須設(shè)置直流電壓隔離器。利用直流電壓隔離器，將

10、輸入的直流電壓U_調(diào)制成方波，通過(guò)變壓器的磁耦合，再將交流方波解調(diào)成較小的直流反饋信號(hào)，如圖47所示。圖47 直流電壓隔離器原理圖直流電壓隔離器常用的有二極管開關(guān)型、三極管開關(guān)型和利用晶閘管(1A以下)的反向開關(guān)特性組成的晶閘管型電壓隔離器。前兩種，不僅能反映直流電壓大小，又能反映電壓方向，故既可用于不可逆調(diào)速系統(tǒng)，也適用于可逆系統(tǒng)；而后者僅能反映電壓大小，故只能用于不可逆系統(tǒng)。由于后者具有電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、線性度好等特點(diǎn)，故在不可逆系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖4-8 直流電壓隔離器的線路圖 a)二極管開關(guān)型 b)晶閘管型電壓隔離器在直流調(diào)速系統(tǒng)中是標(biāo)準(zhǔn)的控制單元插件，線路設(shè)計(jì)一般采用標(biāo)準(zhǔn)的典

11、型線路。圖4-8是電壓隔離器的兩種典型線路，其工作原理讀者可自行分析。第二節(jié) 調(diào)節(jié)器的選擇與調(diào)整作為系統(tǒng)校正環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器，是控制電路的關(guān)鍵部件，在系統(tǒng)中使用各種類型的調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)輸入輸出的P、I、D、PI、PD、PID等多種運(yùn)算關(guān)系。調(diào)節(jié)器的選擇與參數(shù)整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)，它對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的優(yōu)劣起著決定作用。調(diào)速系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器的一般要求是： 1) 節(jié)器須能夠調(diào)零，如果調(diào)節(jié)器在比例狀態(tài)下不能調(diào)零，當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出較大，則應(yīng)更換器件。 2) 過(guò)調(diào)整消振電路參數(shù)，能消除高頻振蕩。 3) 節(jié)器的正、負(fù)輸出電壓不能過(guò)小，一般要求輸出電壓接近直流穩(wěn)壓電源電壓(±15v)。對(duì)于P

12、I調(diào)節(jié)器一般都要求輸出限幅。4) 調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，必須設(shè)置調(diào)節(jié)器鎖零環(huán)節(jié)。5) 節(jié)器的工作電源為直流穩(wěn)壓電源（±15v或±12v）。一、調(diào)節(jié)器實(shí)用線路示例 系統(tǒng)中所用調(diào)節(jié)器隨著電子元器件集成化的發(fā)展，使得線路大為簡(jiǎn)化，且性能優(yōu)良、調(diào)試方便、運(yùn)行可靠、成本降低，故目前已普遍采用線性集成電路運(yùn)算放大器組成多種型式的調(diào)節(jié)器。圖4-9是由5G24線性組件組成的PI調(diào)節(jié)器。它由土15V直流穩(wěn)壓電源供電，其允許最大輸出電流為±10mA，一般不用功放電路。 5G24管腳功能： 2為反相輸入端，3為同相輸入端，7為+15v電源，4為-15V電源，6是輸出

13、端，8和9間接消振電容Cf ，1和5間外接調(diào)零電位器RP。放大器入口外接限幅二極管VD1、VD2用來(lái)限制非共模輸入信號(hào)幅值以保護(hù)組件；二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成柑位反饋限幅電路；反饋回路接入R1、C1，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器。圖4-9 5G24組成的PI調(diào)節(jié)器目前我國(guó)生產(chǎn)的線性組件型號(hào)很多，這里不再一一舉例，讀者可查閱有關(guān)專業(yè)書刊。二、調(diào)節(jié)器限幅調(diào)速系統(tǒng)中，為了保護(hù)電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的安全，須限制電動(dòng)機(jī)的最大電流、最大電壓以及晶閘管變流裝置的和角等，一般都要求對(duì)調(diào)節(jié)器輸出限幅。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計(jì)算與整定是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試工作中十分重要的環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)限幅的方法大體有兩類，即外限幅和內(nèi)限

14、幅，電路圖如圖4-10所示。圖4-9就是利用二極管箝位的內(nèi)限幅電路。 三、調(diào)節(jié)器鎖零前已述及，系統(tǒng)中引入PI調(diào)節(jié)器，即使系統(tǒng)在停車期間，未加給定信號(hào)，由于其積分作用，調(diào)節(jié)器在干擾信號(hào)作用下也會(huì)有較大的輸出電壓。這個(gè)輸出信號(hào)送給觸發(fā)裝置，就會(huì)使觸發(fā)脈沖從初始相位(90º)前移而使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，這在控制上是不允許的。所以在系統(tǒng)給出起動(dòng)指令之前，必須對(duì)具有積分作用的調(diào)節(jié)器鎖零，即把它的輸出鎖到零電位上。圖4-10 運(yùn)算放大器的限幅電路 a)外限幅電路 b)內(nèi)限幅電路系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)器鎖零電路的要求是：1) 系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時(shí)，具有積分作用的調(diào)節(jié)器必須用鎖零電路將其輸出電位鎖到零電位上。 2） 系統(tǒng)

15、接到起、停及反向指令之時(shí)，或處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器不能鎖零。根據(jù)上述要求，可以設(shè)計(jì)出多種鎖零電路，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器鎖零。圖411是采用繼電器接點(diǎn)對(duì)雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACR兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)鎖零的原理圖。圖4-11 不可逆系統(tǒng)調(diào)節(jié)器鎖零采用線性組件也可以組成不同形式的零速鎖零電路。具體電路這里不一一介紹了。還要明確的是，KP-M直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號(hào)和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)作為鎖零電路的輸入信號(hào)，只有當(dāng)=0時(shí)，才允許鎖零電路的輸出信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)鎖零，其中任一信號(hào)不等于零，調(diào)節(jié)器不能鎖零，使用時(shí)必須注意。調(diào)節(jié)器鎖零通常采用場(chǎng)效應(yīng)管或干簧繼電器接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，見圖4-12。圖4-12 調(diào)節(jié)器鎖零

16、 a)繼電器接點(diǎn)鎖零 b)場(chǎng)效應(yīng)管鎖零第三節(jié) 系統(tǒng)的給定電源、給定積分器一、給定電源GS在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速總是緊緊地跟隨給定量而變化。給定電源的質(zhì)量在保證系統(tǒng)正常工作中是十分重要的，因此高精度的調(diào)速系統(tǒng)必績(jī)要有更高精度的給定穩(wěn)壓電源作保證。所以，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案、擬定控制電路時(shí)，必須十分注意對(duì)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與選擇。由三端集成穩(wěn)壓器件所組成的穩(wěn)壓電源，線路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、工作可靠、調(diào)整方便，已逐漸取代分立元件，在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用這種集成穩(wěn)壓源，以保證系統(tǒng)的可靠工作為防止大幅度電網(wǎng)電壓波動(dòng)給穩(wěn)壓電源工作帶來(lái)的困難，目前已普遍采用恒壓變壓器作為穩(wěn)壓電源的電源變壓器。這些

17、在設(shè)計(jì)時(shí)都需引起注意。 二、給定積分器圖4-13 給定積分器線路 在VTH直流調(diào)速系統(tǒng)中，突加轉(zhuǎn)速給定信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)在最大允許電流下實(shí)現(xiàn)恒流起動(dòng)，轉(zhuǎn)速以最大加速度上升，滿足最短時(shí)間控制。但一般直流電動(dòng)機(jī)不允許過(guò)大的電流上升率；有些生產(chǎn)設(shè)備本身不能承受過(guò)大的機(jī)械沖擊，或生產(chǎn)工藝過(guò)程要求系統(tǒng)起、制動(dòng)平穩(wěn)，超調(diào)量小。所以這時(shí)系統(tǒng)不能采用階躍給定方法，而采用給定積分器作為給定裝置，利用其輸出得到不同斜率的斜坡速度給定信號(hào)，滿足系統(tǒng)的要求。 典型的給定積分器線路在控制系統(tǒng)中是一個(gè)通用的控制單元插件。圖413是一種給定積分器的典型線路。 轉(zhuǎn)速給定信號(hào)u0的上升率有三種方法：改變電阻R；改變電容C；調(diào)節(jié)電壓

18、u2。調(diào)整時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RP或改變N1的輸出限幅(調(diào)整RPl、RP2)的方法改變u2比較方便靈活，故應(yīng)用時(shí)多采用這種方法。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，給定積分器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等。 為防止給定積分器輸出電壓出現(xiàn)超調(diào)，可在反饋回路引入R1、C1組成的微分負(fù)反饋。第四節(jié) 觸發(fā)電路的確定在晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中，觸發(fā)裝置是十分重要的控制單元。目前觸發(fā)裝置的種類很多，具體電路各式各樣，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要合理地選擇觸發(fā)電路。 一、選用觸發(fā)電路時(shí)須考慮的因素。 系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)電路的要求是設(shè)計(jì)和選擇觸發(fā)電路的依據(jù)，我們?cè)谶x用時(shí)應(yīng)考慮下列一些問(wèn)題：1）觸發(fā)電路的工作一定要十分可靠。這一點(diǎn)對(duì)可逆系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤

19、為重要2）移相范圍應(yīng)滿足系統(tǒng)要求。對(duì)于不同整流型式，不同負(fù)載性質(zhì)，其移相范圍要求也不同。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，電感性負(fù)載(電流連續(xù))，若采用三相零式或三相全控橋線路，對(duì)不可逆系統(tǒng)，要求=0900；對(duì)可逆系統(tǒng)，則要求=01800。實(shí)際系統(tǒng)中，因有min和min角的限制，故移相范圍小于1800。同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，移相范圍可超過(guò)1800；同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路，其移相范圍小于1800；單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的移相范圍只有1500左右。3）不同整流電路對(duì)脈沖寬度的要求不同。對(duì)單相、三相半波和三相橋式半控整流電路，應(yīng)選擇單脈沖觸發(fā)電路；對(duì)于三相橋式全控整流電路，應(yīng)選擇雙窄脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)電路。對(duì)

20、于一些容量不大、對(duì)觸發(fā)要求不高的系統(tǒng)，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的觸發(fā)電路；一般情況下可使用由分立元件組成的觸發(fā)電路或集成移相觸發(fā)電路；必要時(shí)可采用微機(jī)觸發(fā)電路。 4）觸發(fā)電路輸入輸出特性線性度要好，以提高系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路線性度好，適用于要求調(diào)速范周寬的系統(tǒng)；同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路線性度稍差；單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，其線性度更差，且有一段死區(qū)，一般用于小容量單相晶閘管系統(tǒng)中。 5）要求觸發(fā)器工作對(duì)電網(wǎng)電壓敏感。同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路和同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路相比較，前者較后者好。6）觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有足夠的功率(電壓、電流)和一定的寬度。 7）在大功率裝置中，當(dāng)晶閘管采用

21、串、并聯(lián)時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)觸發(fā)，提高脈沖前沿陡度，保證同臂元件導(dǎo)通的同時(shí)性。 8）最好采用集成電路觸發(fā)裝置，使元件、焊點(diǎn)、接插件、走線數(shù)量減少，簡(jiǎn)化控制線路，提高系統(tǒng)可靠性。9）在實(shí)際應(yīng)用中一般應(yīng)采取防止誤觸發(fā)的具體措施。10）對(duì)于共陰極接法的零式（半波）整流電路或半控橋式整流電路，可采用一套觸發(fā)裝置對(duì)所有的晶閘管同時(shí)進(jìn)行觸發(fā)控制。其余的整流電路形式，一個(gè)觸發(fā)脈沖只能觸發(fā)一個(gè)晶閘管。例如，在三相半波共陰極整流電路中，可以用一套觸發(fā)裝置對(duì)VT1、VT2和VT3同時(shí)進(jìn)行觸發(fā)控制，但是此時(shí)觸發(fā)電路的移相范圍減小了。二、不同觸發(fā)電路的特性不同的觸發(fā)電路有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所發(fā)脈沖適用于不同的整流電路，現(xiàn)將常見

22、的觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，脈沖特點(diǎn)和適用電路列舉如下：1）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用延遲移相方法，所發(fā)脈沖為窄脈沖，主要用于單相或三相半波晶閘管整流裝置。2）余弦交點(diǎn)法垂直移相觸發(fā)電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的線性控制，每個(gè)觸發(fā)單元在一個(gè)周期內(nèi)只輸出一個(gè)脈沖，所發(fā)脈沖為寬脈沖，脈沖寬度可調(diào)，適用于電感性負(fù)載和三相全控橋的需要寬脈沖的整流電路。3）鋸齒波垂直移相觸發(fā)電路也為分離元件組成的電路單元，具有強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)，所發(fā)脈沖為雙窄脈沖，適合與三相全控橋式電路等需要兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能形成回路的整流電路。4）集成觸發(fā)電路具有性能穩(wěn)定、調(diào)試方便、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。常見觸發(fā)電路有KC0

23、1，KJ04，KC05，KCZ2、KCZ3、KCZ6等，不同模塊所發(fā)脈沖不同，在使用中，應(yīng)查閱相關(guān)資料，搞清每種觸發(fā)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所發(fā)脈沖特點(diǎn)后進(jìn)行選擇。5）微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化相控觸發(fā)電路已成為發(fā)展趨勢(shì)。微機(jī)相控觸發(fā)電路有同步電路、微機(jī)系統(tǒng)、脈沖放大與輸出電路三部分構(gòu)成，由微機(jī)系統(tǒng)完成移相控制、脈沖生成與分配等功能。三、觸發(fā)電路同步電壓的選取。為了讓變流器按規(guī)律正確工作，同步電壓的相位極為重要，它應(yīng)能準(zhǔn)確提供自然換相點(diǎn)，保證在移相范圍內(nèi)對(duì)晶閘管元件進(jìn)行移相控制，從而可對(duì)輸出電壓進(jìn)行連續(xù)控制。在已知整流變壓器的接線組別，選擇同步變壓器時(shí)的定相步驟如下：1）據(jù)整流變壓器的接線組別，繪制主電路變壓器

24、次級(jí)電壓的向量圖，有VT1的移相范圍和觸發(fā)電路移相控制原理，確定觸發(fā)電路需要的同步信號(hào)us2的相位。2）選取超前us2相位/3或/6的電壓為同步電壓us1，確定阻容濾波器；由相控觸發(fā)電路同步方式確定同步變壓器次級(jí)相數(shù)；由主電路電壓向量圖及對(duì)us1的相位要求確定同步變壓器的接線組別。3）按相位關(guān)系選取其他元件的同步電壓。當(dāng)為三相橋式全控變流電路且為按元件獨(dú)立同步時(shí)，各元件的同步電壓應(yīng)按順序滯后/3，從而可以確定其他各元件的同步電壓us1。不同觸發(fā)電路移相控制原理不同，需要的同步信號(hào)us2的相位也不同。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路要求同步信號(hào)us2的相位與主電路電壓相位一致，余弦交點(diǎn)法垂直移相觸發(fā)電路要求同

25、步信號(hào)us2的相位滯后主電路電壓相位1200，鋸齒波垂直移相觸發(fā)電路同步信號(hào)us2的相位滯后主電路電壓相位1800，KC04集成觸發(fā)電路與微機(jī)相控觸發(fā)電路同步信號(hào)us2的相位滯后主電路電壓相位300，選取同步電壓應(yīng)以此為依據(jù)。第五章 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)一、調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路 先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是：先從電流環(huán)人手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。圖5-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)

26、態(tài)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖5-1，其中的濾波環(huán)節(jié) 包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量須加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來(lái)延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號(hào)通道中加人一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)同樣的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜希瑥亩鴰?lái)設(shè)計(jì)上的方便。由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用表示 。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時(shí)間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。 二、電流調(diào)節(jié)器

27、的設(shè)計(jì)（一）電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型型系統(tǒng)。為了提高電流環(huán)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)的作用，又希望把電流環(huán)校正成典型型系統(tǒng)。究竟應(yīng)該如何選擇，要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的具體要求來(lái)決定取舍。在一般情況下，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比時(shí)，典型型系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的，因此一般多按典型型系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)。電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的。要校正成典型型系統(tǒng)，顯然應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成(s)=式中Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；i電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間

28、常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，選擇則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖5-2所示的典型形式，其中圖5-2校正成典型型系統(tǒng)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖以上的結(jié)果是在一系列假定條件下得出的，現(xiàn)將所用過(guò)的假定條件歸納如下，具體設(shè)計(jì)時(shí)，必須校驗(yàn)這些條件。（二）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和。時(shí)間常數(shù)已選定為=Tl ,比例系數(shù)取決于所需的和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo).在一般情況下，希望超調(diào)量5時(shí)，取阻尼比0.707，0.5，因此再利用式和得到電流濾波時(shí)間常數(shù) 三、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)（一）電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)前已指出，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求

29、出它的等效傳遞函數(shù)。電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn一般較低，因此可降階近似為近似條件可由式求出：若按0707，K=05選擇參數(shù)，則W=近似條件為取整數(shù)，按照電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)式，電流環(huán)原來(lái)是一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)，其阻尼比=0.707，無(wú)阻尼自然振蕩周期為，近似為一階慣性環(huán)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率較低時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)的頻率特性來(lái)說(shuō)，原系統(tǒng)和近似系統(tǒng)只在高頻段有一些差別。最后由于輸人信號(hào)是/，因而上面求出來(lái)的電流閉環(huán)傳遞函數(shù)為=接在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，其輸人信號(hào)應(yīng)該是，因此電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)應(yīng)相應(yīng)地改成應(yīng)該注意的是，如果電流調(diào)節(jié)器參數(shù)選得不是這樣，時(shí)間常數(shù)的大小也要作相應(yīng)的改變。順便指出，原來(lái)電流環(huán)的控制對(duì)

30、象可以近似看成是個(gè)雙慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)是和，閉環(huán)后，整個(gè)電流環(huán)等效為一個(gè)無(wú)阻尼自然振蕩周期為的二階振蕩環(huán)節(jié)，或者近似為只有小時(shí)間常數(shù)2的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電流閉環(huán)后，改造了控制對(duì)象，加快了電流跟隨作用。圖53轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理(二)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替原來(lái)的電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖5-3a所示。和前面一樣，把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改為；再把時(shí)間常數(shù)為和2的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)且=+2，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可簡(jiǎn)化成圖5-3b。由圖5-3b可以看出，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)以后已經(jīng)有了

31、一個(gè)積分環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要型系統(tǒng)。再?gòu)膭?dòng)態(tài)性能上看，調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾性能，典型型系統(tǒng)恰好能滿足這個(gè)要求。至于典型型系統(tǒng)階躍響應(yīng)超調(diào)量大的問(wèn)題，那是線性條件下的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在突加給定后很快就會(huì)飽和，這個(gè)非線性作用會(huì)使超調(diào)量大大降低。因此，大多數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)都按典型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由圖53b可以明顯地看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為式中 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。這樣，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為其中，轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 不考慮負(fù)載擾動(dòng)時(shí),校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于圖53c。上述結(jié)果所需服從的假定條件歸納如下（三）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法，由式=hT，再由式，即得ASR的比例系數(shù)至于中頻寬h應(yīng)選多大，要看系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)性能的要求來(lái)決定。如無(wú)特