畢業(yè)設(shè)計（論文）邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計

1、邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計 第一章 系統(tǒng)主電路的設(shè)計1. 主回路方案的論述、比擬及選擇 生產(chǎn)控制過程中，當(dāng)要為某生產(chǎn)機械制造一臺晶閘管整流裝置。首先要確定采用什么樣的整流電路，只有整流電路的形式確定后，才能根據(jù)負載來決定晶閘管、變壓器、電抗器、熔斷器等元件，才能對觸發(fā)電路提出移相范圍、脈沖等技術(shù)要求，才能選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo元件。為此，我們的首要任務(wù)是選擇比擬理想的主電路方案。 對于晶閘管可控整流電路而言，主要分單相和三相可控整流電路，其中，單相可控整流電路的整流電壓脈動大，脈動頻率低，而且對三相電網(wǎng)電源而言，僅是其中的一相負載，就影響三相電網(wǎng)的平衡運行，所以我們在設(shè)計中就不采用單相整

2、流電路。  一般當(dāng)負載容量較大4KW以上，或者要求直流電壓脈動較小、易濾波或要求快速控制時，應(yīng)考慮采用三相可控整流電路，這是因為三相整流裝置三相是平衡的，輸出的直流電壓和電流脈動小，對電網(wǎng)影響小以及控制滯后時間短的緣故。三相整流的類型有很多，例如：三相半波、三相全控橋式、三相半控橋式整流電路等。 此次設(shè)計采用的是在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的三相橋式反并聯(lián)整流電路。三相橋式全控整流電路的實質(zhì)是三相半波共陰極與共陽極組的串聯(lián)。下面對各種整流電路逐一分析和比擬。三相半波與三相全控橋 1.三相半波和三相全控橋流過晶閘管的電流有效值和平均值相同，晶閘管所承受的最大正反電壓也相同，都是

3、線電壓的峰值，即Ufm=Urm=62/12.三相半波只用三個晶閘管，接線簡單是它的優(yōu)點。在感性負載時，三相半波輸出電壓Ud=1.17U2cosa。很顯然，要輸出同樣的Ud時，與三相橋式電路相比擬，晶閘管承受的正反相的峰值電壓高一半，變壓器二次側(cè)繞組周期導(dǎo)電角僅為120度，繞組利用率低，而且電流是單方向的，它的直流分量使鐵心直流磁化，為了防止鐵心飽和必須加大變壓器鐵心的截面積，因而還要引起附加損耗。上述缺點導(dǎo)致三相半波可控整流電路一般只用于中小容量的設(shè)備上。三相橋式整流電路中，可以看出，繞組的利用率提高了。電樞反接可逆線路與勵磁反接可逆線路 在三相橋式可逆系統(tǒng)中，有兩種逆變方式。一種為電樞反接可

4、逆線路，另一種為勵磁反接可逆線路。其中對于大容量的電動機，勵磁反接的方案投資較少，比擬經(jīng)濟。但此種方案，快速性較差，只適用于正反轉(zhuǎn)不大頻繁的大容量可逆系統(tǒng)，如卷揚機、電力機車等。在電樞反接可逆線路中，通常采用接觸器切換的可逆線路和用晶閘管開關(guān)切換的可逆線路。用接觸器切換比擬簡單、經(jīng)濟，但如果接觸器頻繁切換，電氣動作噪聲較大、壽命較短、且需要的動作時間相當(dāng)長，不靈活，只適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械。故此我們采用晶閘管可逆線路。方案是三相全控橋式反并聯(lián)整流電路。  主回路的工作原理 .1關(guān)于三相橋式反并聯(lián) 三相橋式反并聯(lián)是通過公共的三相交流電源組成兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，

5、它們分別以變壓器的基相繞組為始端，經(jīng)某組變流器中共陰極相連的一個晶閘管，回到變壓器的其它一相繞組為終端，如下列圖所示： .2主回路的工作原理 三相式整流電路是從三相半波電路開展而來的。兩組三相半波整流電路，一組是共陰極，另一組是共陽極。由于共陰極組是正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；而共陽極組在負半周期導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流。本系統(tǒng)采用的是三相橋式反并聯(lián)可逆線路，可使電動機在四個象限內(nèi)運轉(zhuǎn)，主電路由兩組變壓器組成，在任何時間內(nèi)都只能由一組投入工作，可根據(jù)電動機所需的運轉(zhuǎn)狀態(tài)來決定由哪一組變壓器工作及相應(yīng)的工作狀態(tài)：整流或逆變。同時為了限制環(huán)流，必須在主回路內(nèi)串入環(huán)流電抗器。工

6、作原理如下：1.三相橋式反并聯(lián)線路在任何時候都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路，其中一個是共陰極組的，另一組是共陽極組的。2.關(guān)于觸發(fā)脈沖的相位，共陰極組的三個晶閘管之間應(yīng)互差120°共陽極組的晶閘管之間也應(yīng)該互差異120°接在同一相的兩管之間互差180°。º3.為了保證整流橋合閘后共陰極組和共陽極組各有一個晶閘管導(dǎo)通，或者在電流斷續(xù)后能再次導(dǎo)通，必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖。4.三相橋輸出的是變壓器二次線電流的整流電壓。主回路各元件的參數(shù)的選擇及計算 本系統(tǒng)主電路為三相橋式反并聯(lián)電路,被控電機額定電壓220V,對于本電路,采取了阻容

7、保護,非線性電路及過電流保護,現(xiàn)對電路中各元件參數(shù)選擇做簡要說明。整流變壓器額定參數(shù)的計算與選擇 在平均電壓Ud和主電路形式一定的條件下,晶閘管交流側(cè)的電源相電壓有效值U2只能在一個較小的范圍內(nèi)變化。因為電壓U2選擇過高,那么晶閘管裝置運行的控制角過大造成功率因數(shù)變壞,無功功率增大。并在電源回路的電感上產(chǎn)生很大的電壓降,但假設(shè)電壓U2過低,那么有可能在晶閘管控制角=0時仍達不到負載要求的電壓額定值因而達不到負載要求的功率,在一般情況下,晶閘管裝置所要求的交流供電電壓于電網(wǎng)電壓往往不一致,另外,為了盡可能減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾,要求能夠隔離,所以通常需配用整流變壓器,整流變壓器的一次相電

8、壓U1就是電網(wǎng)相電壓,根據(jù)本系統(tǒng)要求的整流電壓Ud=220V,及整流電流Id=10A,在下面對整流變壓器的額定參數(shù),二次相電壓U2、二次相電流I2、一次相電流I1、二次容量S2、一次容量S1和平均容量S進行一些必要的計算。1二次相電壓U2的計算×220/2.34=122V ； U0電動機電樞額定電壓A 系數(shù) 對于三相橋式，A=2.342. 二次相電流I2和一次相電流I1I2=k2×Id    I1=I2/k    k=U1/U2×17.2=14.04A ，I1=14

9、.04/380/122=4.51A，Id電動機的額定電流K2電流的波形系數(shù)為0.8163. 二次容量S2、一次容量S1和平均計算容量SS1=3U1I1= 3×220×4.51=5141.4VAS2=3U2I2= 3×122×14.04=5138.64VA， A晶閘管和整流管的選擇及計算1. 整流器件的額定電壓UTNUm=61/2U2=299V ；UTN=(23)Um   那么可得  UTN=747V ×××

10、     Idmax=×電動機的額定電流，為過載倍數(shù)平波電抗器的電感量的選擇及計算 在使用晶閘管裝置時,為了提高它對負載供電的性能和提高運行的平安可靠性,常在直流側(cè)使用帶有空氣隙的鐵芯電抗器,本節(jié)著重于電抗器的計算,電抗器的主要參數(shù)是:流過電抗器的電流和電抗器的電感量。1.使輸出電流連續(xù)所需的電感量 當(dāng)晶閘管的控制角較大,負載電流小到一定程度時,會出現(xiàn)輸出電流不連續(xù)的現(xiàn)象,為保證電流連續(xù),電樞回路中應(yīng)有的電感量:Ll=KlU2/Idmin = ×122/5%×17.2=98.3mHId

11、min要求連續(xù)的最小負載電流平均值為5%Inom  Kl=0.6932. 平波電抗器電感的計算LD電動機的電樞電感LD=KDUe/2PneIe×103 =6×220/2×2×1500××103=12.8mH式中P極對數(shù)(P=2)KD=812無補償?shù)碾姍CKD=56 有補償?shù)碾姍CLB變壓器二次測每相的漏電感LB=KBUk%×U2/100×Ie = ×5/100×122/17.2=1.38mHUk%變壓器的短路比, 對于1

12、00KVA以下的變壓器Uk%=5%KB=3.9LP平波電抗器的電感 LP=Ll(LD+2LB)= 98.3(12.8+2× mH閘管的保護裝置及其計算 晶閘管雖然具備多種優(yōu)點，但是它承受過電流和過電壓的能力較差。為了使器件能長期的運行，必須采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo裝置。1. 過電壓保護 凡超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓Um的都算過電壓，其中一種為操作過電壓是由晶閘管裝置的拉閘合閘和器件關(guān)斷等電磁過程引起的過電壓，這些操作過程經(jīng)常發(fā)生是不可防止的，另一種過電壓是由于雷擊等原因為從電網(wǎng)侵入的偶然性浪涌電壓，它可能比操作過電壓更高，采取過電壓保護措施后

13、，應(yīng)使經(jīng)常發(fā)生的操作過電壓限制在額定電壓UTN以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓Udsm和Ursm以下。交流側(cè)過電壓保護阻容保護 在變壓器二次并聯(lián)電阻和電容，構(gòu)成阻容保護電路。 計算單相變壓器交流側(cè)過電壓保護電容C和電阻R的公式：C6i0%S/U22  R2.3U22/SUK%/i0%1/2   其中：      S變壓器每相平均計算容量U2變壓器二次相電壓有效值i0%變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù),100KVA以下i0%=7 Uk%變壓器的短路比,&#

14、160;100KVA以下Uk%=5由以上的公式可得:C6×7×FR××變壓器的接法    單    相 三相二次側(cè)Y接法阻容裝置的接法 與變壓器次極并聯(lián) Y接法 接法 電容C      C   C  C/3 電阻R      R   R  3R 那么根據(jù)上表得到:    

15、;F    阻容保護壓敏電阻保護 護裝置只能把操作過電壓一直在允許的范圍內(nèi)，因此在采用阻容保護的同時，可以設(shè)置非線性電阻。它們接近于穩(wěn)壓管的伏安特性，能把浪涌電壓一直在允許范圍之內(nèi)。壓敏電阻可按下式選取它的額定電壓Ue :Ue/(8-9)×(壓敏電阻承受的額定電壓峰值) 壓敏電阻保護直流側(cè)過電壓保護 直流側(cè)也有發(fā)生過電壓的可能，例如在快熔斷時，平波電抗器所貯能量釋放，可以造成過電壓，或是在雷擊時，過電壓到直流側(cè)。因此，在直流側(cè)也搭接了壓敏電阻保護。2.晶閘管關(guān)斷過電壓保護 晶閘管在開關(guān)過程中瞬時電壓的分配決定于晶管的結(jié)電容、導(dǎo)通時間和

16、關(guān)斷時間等等差異。為了使開關(guān)過程中的電壓分配均勻，應(yīng)對晶閘管并聯(lián)電容C。為了防止晶閘管導(dǎo)通瞬間，電容C對晶閘管放電造成過大的di/dt，還應(yīng)在電容支路中串聯(lián)電阻R。這樣就采用RC回路來進行抑制。電容值C=(25)×103×IT=4×103× F電容值R=(13)(LB/C)2/1=2×(1.38/0.06)2/1  式中：IT器件的額定電流   ； LB變壓器每相的漏感RC回路3.過電流保護 由于過載短路，晶閘管正向誤導(dǎo)通和反向擊穿，以及在逆變時換流失敗等原因，都會產(chǎn)生過電流。過電流的

17、保護措施有數(shù)種，我們這里采用快速熔斷器來防止晶閘管過電流的損壞。其原理圖如下： 主電路如下： 第二章 系統(tǒng)控制單元論述 在由兩套可控硅變流裝置組成的電樞可逆系統(tǒng)，除了流經(jīng)電樞支路的負載電流之外，還有一只流經(jīng)兩套可控硅變流裝置之間的電流，這個電流稱作環(huán)流。由于環(huán)流對于系統(tǒng)由不小的影響，我們所選擇的調(diào)速系統(tǒng)必須要能解決這一方面的問題。針對電機本身的可逆方案實現(xiàn)的方法以及處理環(huán)流的方式不同，可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)的形式，結(jié)構(gòu)很多，大致上有以下四種：1 有環(huán)流電樞可逆直流調(diào)速系統(tǒng)2 邏輯無環(huán)流電樞可逆直流調(diào)速系統(tǒng)3 錯位無環(huán)流電樞可逆直流調(diào)速系統(tǒng)4 磁場可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 在這四種直流調(diào)速系統(tǒng)中，

18、我們選擇邏輯無環(huán)流電樞可逆直流調(diào)速系統(tǒng),這是因為無環(huán)流系統(tǒng)不僅消除了直流環(huán)流，還消除了脈動環(huán)流。這種系統(tǒng)不用限制環(huán)流電抗器，即減少投資又節(jié)省電能損耗。以下我們就來介紹一下邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。 要得到既無直流又無脈動環(huán)流的系統(tǒng)，可采用下述兩種不同的方法來實現(xiàn)。一種是當(dāng)一組晶閘管工作時，用邏輯電路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)，從根本上切斷了環(huán)流的通路，將其稱為邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)。另一種是利用觸發(fā)脈沖相位的錯開來實現(xiàn)無環(huán)流，將其稱為錯位控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)?？赡嫦到y(tǒng)對邏輯裝置的根本要求1.任何情況下，絕對不允許同時開放兩組晶閘管的觸發(fā)脈沖，必須是一組晶閘管工作時，另一組晶閘管的

19、觸發(fā)脈沖被封鎖。2.邏輯裝置應(yīng)有兩個必要的信號：一是能反映系統(tǒng)各種運行狀態(tài)對轉(zhuǎn)矩極性要求的極性信號，二是反映主電路電流有無的零電流信號。3為了可靠工作，防止逆變顛覆，必須在主要電路電流為零后經(jīng)過t1=23ms的關(guān)斷時間才能封鎖工作組晶閘管的觸發(fā)脈沖，為了防止出現(xiàn)環(huán)流，再經(jīng)過t2=67ms的開放等待時間才能開放要工作組的晶閘管觸發(fā)脈沖。可逆系統(tǒng)的組成 主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，由于無環(huán)流，不必在其中設(shè)置環(huán)流電抗器。系統(tǒng)控制局部與自然環(huán)流系統(tǒng)無本質(zhì)的區(qū)別，所不同的是僅僅多了一個無環(huán)流邏輯切換裝DLC, DLC按照轉(zhuǎn) 矩極性信號Ui*系統(tǒng)正確的選組與換組，而且在任何情況

20、下杜絕環(huán)流的發(fā)生，獲得電動機四象限正常運行。 邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng) 邏輯裝置的功能 無環(huán)流系統(tǒng)中邏輯裝置的功能就是選組、換組與杜絕環(huán)流。所謂選組，就是將觸發(fā)脈沖施加到所期望的一組晶閘管上，讓其工作。當(dāng)電樞電流為0時，邏輯裝置根據(jù)住信號Ui*極性相對應(yīng)，因此Ui*極性必是邏輯切換的一個必要條件?？赡嫦到y(tǒng)運行中還常要求邏輯裝置進行換組。為了杜絕環(huán)流，由VF到VR必須按一定程序進行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出“停車信號時，那么Ui*極性發(fā)生了變化，由負變正，這時Ui*極性變化是切換的必要條件。還有一個充分必要條件是零電流的控制信號。只有檢測到VF組流過的電流為零時，才允許邏輯裝置發(fā)出由VF切換到V

21、R指令。切換指令發(fā)出后，為了確保電流真正斷續(xù)或為零，經(jīng)過封鎖延時時間23ms,撤掉FM組上的脈沖，考慮晶閘管的恢復(fù)阻斷能力的時間，確保晶閘管真正關(guān)斷，再經(jīng)過開放延時57ms,對VR加脈沖。以上便是以VF為例說明換組時邏輯裝置的情況。 邏輯選觸無環(huán)流系統(tǒng) 實際上，任何時刻只有一組晶閘管在工作，另一組電流調(diào)節(jié)器觸發(fā)裝置是閑置的。如采用電子模擬開關(guān)進行選擇，兩組晶閘管公用一個電流調(diào)節(jié)器和一套觸發(fā)裝置，稱為邏輯選觸無環(huán)流系統(tǒng)。其中FS是正組模擬開關(guān)，RS是反組模擬開關(guān)，途中左邊的模擬開關(guān)是用來切換電流調(diào)節(jié)器給定輸入信號Ui*的極性的，即系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下工作時，Ui*的極性是不同的。經(jīng)模

22、擬開關(guān)控制后，送入電流調(diào)節(jié)器ACR的Ui*的極性總是正的，與總是負極性的Ui構(gòu)成負反響。右邊模擬開關(guān)是脈沖的切換開關(guān)。換組時DLC還對電流調(diào)節(jié)器送入-U信號，俗稱“推信號，其作用是使系統(tǒng)在正、反組切換時避開反向沖擊電流，正向制動過程中，變流裝置由正組切換到負組時，由于反組工作在整流狀態(tài)，那么電動機反電動勢和反組整流電壓共同建立反向電流，此時，電流迅速增大，造成一個很大的反向沖擊電流，假設(shè)在換組時，讓反組處于逆變狀態(tài)，把逆變角推到最小，這就防止了反接制動而沒有沖擊電流，當(dāng)然，參加“推信號后，一開始制動就是回饋制動，沖擊電流是沒有了，但由于反電動勢一般都低于min 所對應(yīng)的最大逆變電壓，

23、所以換組后， 不能立即實現(xiàn)回饋制動，必須等到移到它所對應(yīng)的逆變電壓低于反電動勢以后，才能產(chǎn)生制動電流，由于一處角所占用的死區(qū)，是系統(tǒng)快速性變差。為了縮小這個死區(qū)，可采用“有準(zhǔn)備邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。 控制單元的論述 控制回路的主要組成單元:給定積分器GI、速度調(diào)節(jié)器ST、電流調(diào)節(jié)器LT、邏輯電路WLZ、觸發(fā)器電路CF;電壓變換YB單元;速度變換SB單元以及故障保護GB等。以下我們就來簡單的對它們進行一下論述。一、給定積分器GI 調(diào)速系統(tǒng)中,階躍信號是一種容易實現(xiàn)的施令信號。啟動時,在階躍給定信號的作用下,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器往往立即飽和,從而使電樞電流立即到達整定最大值。負載一定時系統(tǒng)在過載能力允許

24、的條件下,以最大的加速度啟動,具有啟動時間最短的最正確動態(tài)響應(yīng)。但是,按電動機最大過載能力來加速,也可能引起過大的沖擊以致引起設(shè)備事故,因此本系統(tǒng)就要采用給定積分器使給定的階躍信號變?yōu)榘匆欢ㄐ甭噬仙?下降的連續(xù)信號，經(jīng)過一段時間才穩(wěn)定下來，這樣就可以防止由于階躍響應(yīng)而造成的強大沖擊給設(shè)備的損傷。 給定積分器是由兩個運算放大器1UA,1UB及阻容網(wǎng)絡(luò)所組成的，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：給定積分器給定積分器的原理說明： 第一級運算放大器是具有很高放大倍數(shù)的限幅電路，其輸出U1恒為飽和值：第二級是積分器，經(jīng)過R8C1積分，輸出電壓Ugi成為斜波信號。積分的變化律是通過移動W1的位置來調(diào)節(jié)的。最后，再由Ugi

25、引出負反響信號回到第一級，以決定積分的終止時刻。只要Ugi的絕對值小于U*w那么第一級輸出Ugi  始終飽和，負反響對它沒有影響，知道兩者的絕對是想等時，Ugi才很快的降到零，積分終止，Ugi保持恒值。 二、速度調(diào)節(jié)器ST 本調(diào)速系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)給定某一轉(zhuǎn)速，應(yīng)該不受負載變化或電源電壓波動等因素的影響。據(jù)自動控制原理，要保持速度不變，必須引入速度反響, 從而要參加一個調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)速度的大小。 它由比例放大器2UA,2UB,2UC，積分器以及阻容網(wǎng)絡(luò)組成。其結(jié)構(gòu)圖如下所示：以下就來分析一下它的工作過程： 來自給定積分器Ugi和轉(zhuǎn)速反響信

26、號Uz分別經(jīng)過比例放大，積分作用，最后通過加法器相加，作為電流調(diào)節(jié)器的給定信號，此信號的幅值決定于允許的最大電流。顯然，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是一個PI調(diào)節(jié)器，它既可以提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)，又可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，是系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能指標(biāo)。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于雙環(huán)系統(tǒng)的外環(huán)中，當(dāng)負載電流小于Idm時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，是轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Um變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。此外，負載的擾動處于轉(zhuǎn)速環(huán)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器能對它進行及時的克服。三、電流調(diào)節(jié)器 LT 設(shè)置電流調(diào)節(jié)器是為了充分的利用電機允許的過載能力，在系統(tǒng)暫態(tài)過程中，始終保持電流為允許的最大值，使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，制動，縮短調(diào)節(jié)時間，保

27、證系統(tǒng)具有良好的快速響應(yīng)的性能。當(dāng)?shù)竭_穩(wěn)態(tài)時，又讓電流立即降低下來。本系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，這是因為PI調(diào)節(jié)器的比例局部可以提高系統(tǒng)的快速性，積分局部可以消除電流靜差，是系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)品質(zhì)。 電流調(diào)節(jié)器處于雙閉環(huán)的內(nèi)環(huán)中，此內(nèi)環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，電流調(diào)節(jié)器的給定值隨著轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值改變而改變。由于運放的飽和原因，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出值不能無限制的增長，所以當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，就可以通過哦調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出線幅值來限制電樞電流的最大值，從而起到快速的平安保護作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。此外電流環(huán)對電網(wǎng)電壓起及時抗擾作用。 電流調(diào)節(jié)器的主要組成

28、局部同速度調(diào)節(jié)器一樣，也是由一個比例調(diào)節(jié)器和一個積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成。它的電路圖如下：電流調(diào)節(jié)器四、電壓變換單元YB 電壓變換單元實際上就是一個運算發(fā)放器組成的差動運算電路，將電樞兩端較大的電壓成比例地變換成適宜的控制電壓作為電壓反響和過電壓信號。 來自電樞兩端的電壓經(jīng)過比例縮小，在經(jīng)過電阻、電容組成的濾波環(huán)節(jié)，濾去交流分量，最后送給電壓調(diào)節(jié)器，與給定值進行比擬。其結(jié)構(gòu)如下：電壓變化單元推導(dǎo)可得：(U1-UE')/R48=(UE'-U1)/R50           

29、0;          (1)(U2-UE)/R49=(UE-U2)/R51                       (2)(U1-UE')/R50-(U2-U1)/(Rw14+R52)+(U1-U0)/R53=0  (3)(U2-UE)

30、/R51- (U2-U1)/(Rw14+R52)-U2/R52=0       (4)(1) -(2)可得：U1-U2=R50/R48 (U1-U2)                          (5)(3)- (4)可得：

31、U0=2(U1-U)1+R50 /(Rw14+R52)                (6)將(5)代入(6)得：U0=21+R50/(Rw14+R52)(U1-U2)R48/R50            (7)由(7)式可見： 改變Rw14的值可以改變放大倍數(shù); 放大倍數(shù)改變時，共模抑制比不變； 只能放大差

32、模信號。五、電流變換單元1作用： 將主回路交流側(cè)大電流變換成與之成比例的直流電壓，作為電流反響信號、“零電流檢測信號、及過流保護信號。2原理說明： 通過主回路交流側(cè)的電流互感器的藕合關(guān)系，可以檢測電樞回路的電流大小，交流側(cè)電流大小與直流側(cè)電流大小成比例的關(guān)系，然后經(jīng)過三相整流橋，D22-D27的整流，輸出正比于電樞回路電流的直流電壓信號。該直流信號較小，可以作為控制回路的輸入信號。這樣，既到達了檢測直流回路的目的，又實現(xiàn)了主回路與控制回路的隔離。電流變換電壓輸出信號分三路：一路經(jīng)過R103和電位器W19分壓后送電流調(diào)節(jié)器；第二路經(jīng)過R201、R102分壓作為零電流檢測信號和轉(zhuǎn)矩極性信號共同發(fā)出

33、邏輯切換指令；第三路信號直接從整流橋輸出，作為過流保護信號與過電壓保護信號一起去激發(fā)保警電路。 3結(jié)構(gòu)圖如下：六、速度變換單元SB 以往一般采用測速發(fā)電機來檢測轉(zhuǎn)速的大小，根據(jù)測速發(fā)電機輸出特性可以把轉(zhuǎn)速信號變成電信號來處理。其優(yōu)點是簡單可行，缺點是安裝和維護比擬麻煩。而且容易造成機械的損壞。本系統(tǒng)采用光電測速，防止了機械的沖擊，起測速原理是光電碼盤與被測同軸連接，旋轉(zhuǎn)電機就可以得到脈沖信號，又由頻壓變換電路即可得到與頻率成正比的電壓信號。光電碼盤的工作過程： 光電碼盤是一種光電傳感器件。它在圓盤上有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，與它相對應(yīng)的還有兩組檢測窄縫a和b，其節(jié)距與圓盤上的節(jié)距相同，

34、但a、b兩組窄縫與圓盤上的窄縫的對應(yīng)位置要錯開1/4個節(jié)距，其目的是使A、B兩個光電變流器的輸出信號的相位相差90°，再將信號進行邏輯便可區(qū)分出電動機的轉(zhuǎn)動方向。 光電碼盤工作時，檢測窄縫是靜止的，而窄縫圓盤與被測轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動，于是光電元件A和B接受到的光時斷時續(xù)，并輸出相位相差90°的近似正弦波。信號處理線路： 由光碼盤輸出的A、B兩個序列脈沖信號，一方面反映了電動機轉(zhuǎn)速的大小，另一方面反映了電動機轉(zhuǎn)速的方向。轉(zhuǎn)速大小由A或B決定，而方向由A和B的相位關(guān)系決定，A滯后B時，電動機正轉(zhuǎn)；反之，電動機反轉(zhuǎn)。七、邏輯控制器1邏輯控制： 所謂邏輯控制,就是根據(jù)系統(tǒng)工作情況的要求,

35、發(fā)出邏輯指令,開放正組脈沖,封鎖反組脈沖,使正組工作;或者開放反組脈沖,封鎖正組脈沖,使反組工作。但決不允許兩組脈沖同時開放,以確保系統(tǒng)回路無環(huán)流。邏輯控制裝置的組成如下圖：其中：Ugi轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號Ufio零電流鑒別信號2作用： 在錯位選觸無環(huán)流系統(tǒng)中，邏輯控制器的作用是根據(jù)電壓指令信號來指揮正橋或反橋工作，同時保證系統(tǒng)在任何時刻只允許有一組橋開放，另一組橋封鎖，或者兩組橋全部封鎖。3原理說明： 電平檢測： Ugi和Ufio都是連續(xù)變化的模擬量,而邏輯判斷局部是用數(shù)字量和運算的,所以需要一個從模擬量轉(zhuǎn)移到數(shù)字量的模擬轉(zhuǎn)換單元。電平檢測器就是這樣的一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其主要任務(wù)是將控制系統(tǒng)中連續(xù)

36、變化的模擬量轉(zhuǎn)變成“1或“0兩種狀態(tài)的數(shù)字量，它是由輸出帶正反響的運算放大器和輸出帶有二極管的鉗位電路組成。器結(jié)構(gòu)圖如下：轉(zhuǎn)矩極性鑒別器及特性：當(dāng)反映轉(zhuǎn)矩極性的Ugi為負時,其電平變換器輸出Um為高電平即“1態(tài);當(dāng)反映轉(zhuǎn)矩極性的Ugi為正時,其電平變換器輸出Um為低電平即“0態(tài)當(dāng)主電路有電流時,Ufi0>0時,其電平變換器輸出U2為“0態(tài);當(dāng)主電路沒有電流時即Ufi0=0,其電平變換器輸出為“1態(tài)。其中，Ufi0是零電流信號，它的值永遠為正，隨著負載電流I的大小而改變。其結(jié)構(gòu)圖如下：.邏輯判斷電路 邏輯判斷電路的任務(wù)是根據(jù)兩個電平檢測器的輸出信號UT和UI,經(jīng)過計算，正確的發(fā)出切換信號U

37、Z和UF，兩者均有“0和1兩種狀態(tài)，為“0態(tài)表示開放觸發(fā)器脈沖，為“1態(tài)表示封鎖觸發(fā)脈沖，并且根據(jù)它們的狀態(tài)去開放或封鎖電子開關(guān)，以確保電流調(diào)節(jié)器處于負反響狀態(tài)。具體的表現(xiàn)如下：當(dāng)Ugi為“-時, UT為“1態(tài),輸出UZ為“0態(tài), 輸出UF為“1態(tài)，此時，開放正組可控硅脈沖，封鎖反組可控硅脈沖。當(dāng)Ugi為 “+時, UT為“0態(tài),開放反組可控硅脈沖; UZ為“1態(tài),封鎖正組可控硅脈沖。 詳細情況可參看邏輯判斷電路各量之間的邏輯關(guān)系。邏輯判斷電路真值表UT 1 1 0 0 0 1UI 1 0 0 1 0 0UZ 0 0 0 1 1 1UF 1 1

38、 1 0 0 0輯判斷電路各量之間的邏輯關(guān)系 延時電路： 邏輯切換指令發(fā)出后并不能馬上執(zhí)行，還需要經(jīng)過兩段延時，以確保系統(tǒng)可靠工作，即封鎖延時和開放延時。封鎖延時：檢測零電流的電平檢測器總有一個最小動作電流I0，如果脈動的電流瞬時值低于I0，而實際上仍在連續(xù)變換時，就將檢測到的零電流信號發(fā)出去，封鎖本組脈沖，這時本組正處在逆變狀態(tài)，勢必造成逆變顛覆。因此在發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原來工作的那組脈沖之間應(yīng)該留出等待時間Tdlb。UZ在由“0變成“1時，C8放電，放電時間就作為Tdlb。開放延時：在封鎖原工作組脈沖時，已被觸發(fā)的晶閘管要到電流過零時才真正的關(guān)斷，而且在關(guān)斷之后還要過一段時間才能恢復(fù)

39、阻斷能力，如果在這之前就開放另一組晶閘管，仍可能造成兩組晶閘管同時導(dǎo)通，時電源短路。為了防止產(chǎn)生這種事故，在發(fā)出封鎖本組脈沖信號后，必須等待一段時間tdt。UF和UR在由“0變?yōu)椤?或“1變?yōu)椤?時C9、C10充放電，所花的時間作為tdt。 邏輯保護電路： 當(dāng)報警電路檢查到系統(tǒng)發(fā)生故障時，報警信號經(jīng)過C12延時和10UB邏輯運算，送給10UA、10UD最后輸出UT=1和UI=1封鎖觸發(fā)脈沖。當(dāng)UT和UI全為1時，電子開關(guān)4UC導(dǎo)通，于是“推信號加在6UC的輸入端，使得投入組的逆變角一下子推到min，使它組制動階段已開始就進入了逆變子階段，避開了反接制動，沖擊電流就小得多了。下列圖便是推的結(jié)構(gòu)圖

40、：八、觸發(fā)器單元1作用： 在同步電壓及控制電壓的作用下，準(zhǔn)確可靠地產(chǎn)生與主電路同步的、前沿陡、寬度滿足要求的脈沖信號。2原理說明： 該觸發(fā)器為一鋸齒波觸發(fā)器，它由同步電源、鋸齒波形成、移相、脈沖形成四局部組成。+15V經(jīng)電阻R157，C45，C46濾波以后，再經(jīng)R160，R161分壓后加到24UA的反向輸入端。-15V經(jīng)過R178，C57，C59濾波后，經(jīng)過R163，R162分壓后加到24UB的同向輸入端。由于24UA，24UB具有很高的放大倍數(shù)，所以兩個輸出均為負飽和值。來自同步變壓器次極的正弦電壓UT經(jīng)過R158，C47，R159移相60º電角度后，其正負半周分別經(jīng)D60，D61

41、加到24UA同向輸入端和24UB反向輸入端。R158，C47，R159除移相，保證同步外，還起濾波作用。UT負半波電壓分別作用于24UA，24UB那么交替由負變正由于R160，R161，R162，R163的作用使UA，UB輸出負值的時間略長于其輸出正值的時間，再經(jīng)過25UA，25UB，25UC邏輯運算，得出波形如下圖。 25UC輸出經(jīng)過二極管D64的鉗位，高電平被鉗制為低電平，經(jīng)過R166，C48的微分作用，低電平被轉(zhuǎn)化為負電壓。當(dāng)D65截止，+5V經(jīng)W23，R167加到24UC的反向輸入端，24UC的輸出值反向積分T=R167+W23C49；當(dāng)D65導(dǎo)通，負脈沖加在U24的反向端，24UC的

42、輸出值正向積分，積分時間常數(shù)T=R166·C49。經(jīng)過這些運算便得到如下圖的鋸齒波電壓。鋸齒波的正向被W5鉗制為零電平，負向電壓經(jīng)過比擬器輸出為正限幅值。輸出波形如下圖，當(dāng)給定投入J2合上，與非門開通；當(dāng)給定切除，J2斷開經(jīng)過延時，與非門封鎖。由于C50的電壓不能突變，在與非門輸出由低電平跳到高電平時，電容右端電平應(yīng)突然上升，但由于D69的鉗制，仍然保持不變，故二極管起到了削波的作用。當(dāng)與非門輸出由高電平跳到低電平時，由于微分作用，電容右端電平突然下降，形成突出脈沖，此脈沖每個周期內(nèi)有兩個，它們同時送到26U的6，8號端，但26U在觸發(fā)脈沖作用下能否有高電平輸出，那么由26U的4，1

43、0的號端電位來決定，假設(shè)4號端為高電平，那么CK37有高電平輸出；10號端為高電平，那么CK38有高電平輸出，反之，那么沒有。由于24UA，24UB不可能同時輸出有高電平，這就保證了M5，M2兩端不可能同時出現(xiàn)高電平，由于24UA，24UB的輸出波形在相位上相差180º那么M5，M2間隔180º就輸出一個脈沖信號，該信號送脈沖功放單元。當(dāng)M5，M2有脈沖輸出，F(xiàn)G11，F(xiàn)G12發(fā)光，作為脈沖指示。控制電壓UK經(jīng)R170輸入觸發(fā)器，改變UK的大小，就改變了25UD輸出電位正變負的時刻，從而實現(xiàn)移相。調(diào)節(jié)可以改變積分的斜率，保證UK=0º時，使成為我們所要的角度。九、

44、自動報警單元1作用： 接收過流、過壓及超速故障信號。當(dāng)由故障發(fā)生時，喇叭會自動報警，并有不同的信號燈亮，以確定發(fā)生了什么故障自動報警單元的結(jié)構(gòu)圖如下：2原理說明： 絕對值變換電路： 本絕對值變換器是將極性無論是正還是負的信號統(tǒng)一變換成大小不變，極性為負的信號。當(dāng)電壓反響信號為正，D19截止，由于運放倒相的作用，運放輸出為負值，D20導(dǎo)通，于是負信號加在電位器的兩端；當(dāng)電壓反響信號為負時，經(jīng)過運放倒相輸出信號為正被D20阻隔住，而D19可以導(dǎo)通，故輸入的負信號不經(jīng)過運放直接加在電位器兩端。其結(jié)構(gòu)圖如下： 故障顯示單元： 過壓、過流故障的顯示單元都是經(jīng)過絕對值電路來處理的。故障顯示單元輸入信號恒為

45、負。當(dāng)負信號值較大，比擬器輸出為負，通過R99電阻引入正反響，比擬器輸出逐漸增大，直至負飽和值。于是發(fā)光而極管導(dǎo)通，故障的信息被顯示出來，由于D21的鉗制，故障顯示單元的輸出值被鉗制為零電平。其結(jié)構(gòu)圖如下: 故障報警單元： 只要有故障發(fā)生，與非門有一輸入為“0態(tài)，那么輸出為“1態(tài)。這樣由555電路就組成了多諧振蕩器，驅(qū)動喇叭報警。其結(jié)構(gòu)圖如下 保護單元： 當(dāng)有故障發(fā)生，通過MC1416的邏輯運算，線圈J1導(dǎo)通，其操作回路的常閉接點斷開，于是主回路斷電，系統(tǒng)自動停車。其結(jié)構(gòu)圖如下：第三章 操作回路工作原理 操作回路是實現(xiàn)人對系統(tǒng)的控制，通過一定步驟的對按鈕的操作使系統(tǒng)進入運行或停車狀態(tài)

46、，操作包括勵磁合閘、主回路合閘、給定投入和給定指示等電路組成。操作回路工作情況： 當(dāng)希望系統(tǒng)進入工作狀態(tài)時，那么首先按勵磁合閘按鈕1QA，于是線圈2XC得電，直流電動機勵磁繞組有電流通過，并有磁場產(chǎn)生；接下來再按主回路按鈕2QA,那么線圈1XC得電，主回路的觸點導(dǎo)通，210V的交流電壓加到整流裝置的輸入端；最后按給定投入按鈕3QA，線圈J2得電，那么由J2接點控制的脈沖被解除封鎖而開啟。于是晶閘管由截止開始導(dǎo)通，整流電壓加在直流電動機兩端，這樣直流電動機就帶動生產(chǎn)機械而轉(zhuǎn)動。當(dāng)要系統(tǒng)停車時，那么首先按給定切除按鈕3TA，J2失電，那么控制回路中的線圈J3失電，其常開接點斷開，再按主回路斷開按鈕

47、2TA，最后按勵磁切除按鈕1TA，否那么系統(tǒng)不能停車。本系統(tǒng)操作回路還包括了自鎖電路和互鎖電路，并對線圈采用了阻容保護，當(dāng)線圈被強制斷開時，線圈的磁場能量能迅速的被釋放掉。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速開展，可編程序控制器PLC代替了接線紛繁復(fù)雜的繼電器電路指日可待，因為其與繼電器相比有很多的優(yōu)點：布線少、減少了故障率，維護也更加的容易；用軟件修改線路和參數(shù)非常方便；噪音更小，造價也越來越低。 下列圖便是系統(tǒng)的操作電路圖：第四章 系統(tǒng)的工作過程分析   在許多工業(yè)生產(chǎn)中，有一類生產(chǎn)機械由于生產(chǎn)工藝要求，會使電動機經(jīng)常處于起動、制動、反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。基于這種情況，

48、為了實現(xiàn)系統(tǒng)快速起動，制動時間最短，必須設(shè)法充分利用電動機的過載能力，使系統(tǒng)在最大允許的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速和減速，從而使得電動機在最短時間內(nèi)到達所需要的轉(zhuǎn)速變化。以下我們就來先簡單的介紹一下雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成1 控制整流電壓Ud的變化規(guī)律，可以對轉(zhuǎn)速、電流變化規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的影響，這樣就能使得系統(tǒng)的起動過程到達最正確。2控制變流裝置輸出的逆變電壓Ud的變化規(guī)律，同樣可以對轉(zhuǎn)速、電流變化規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的影響，這樣也能使得系統(tǒng)的制動過程到達最正確的。為了到達以上所說的過程最正確狀態(tài)，在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)；又要控制電流，使

49、系統(tǒng)在充分利用電動機過載能力的條件下獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，但是其中關(guān)鍵問題是怎樣處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系。 單環(huán)系統(tǒng)是采用一個調(diào)節(jié)器來完成轉(zhuǎn)速控制和電流控制的，由于一個調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時具有良好的動態(tài)品質(zhì)，所以單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能不好，其原因是電流調(diào)節(jié)作用不夠理想。因此，我們就要把主要被調(diào)量轉(zhuǎn)速和輔助被調(diào)量電流分開加以控制，這樣系統(tǒng)便需要兩個調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST和電流調(diào)節(jié)器LT，并以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的輸出電壓Ugi作為電流調(diào)節(jié)器LT的電流給定信號，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uh作為可控硅觸發(fā)裝置的移相控制電壓。這樣就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。以下的一個小節(jié)我

50、們將對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理以及動、靜態(tài)特性作一些簡單的了解。調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及靜態(tài)特性系統(tǒng)的組成過程中應(yīng)注意的兩個問題1. 為使轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速與電流都采用負反響閉環(huán)。這就要求轉(zhuǎn)速給定信號Ugn與轉(zhuǎn)速反響信號Ufn；電流給定信號Ugi與電流反響信號 Ufi的極性相反，這就是信號的極性確實定問題。 為了正確確實定以上信號的極性，必須首先考慮可控硅觸發(fā)裝置的移相特性要求，然后決定電流調(diào)節(jié)器輸出電壓Uh的極性，再根據(jù)電流調(diào)節(jié)器LT和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST輸入端的具體接法來確定Ugi和Ugn的極性，最后按照負反響要

51、求就可以確定Ufi和Ufn的極性。 在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由給定積分器，調(diào)節(jié)器，觸發(fā)器以及轉(zhuǎn)速和電流檢測環(huán)節(jié)組成的控制電路一般都采用±15V的直流穩(wěn)壓電源供電；而由線性集成電路運算放大器組成的調(diào)節(jié)器，最大輸出電壓可達±10V以上，一般完全可以滿足觸發(fā)裝置所要求的移相電壓，無論從極性上和幅值上都要相互匹配。 由于系統(tǒng)中使用的調(diào)節(jié)器，其習(xí)慣用法是從組件的反相輸入端輸入信號，因而調(diào)節(jié)器的輸入與輸出信號互為反極性。2.另一個問題就是調(diào)節(jié)器限幅值的整定問題，在雙環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的輸出電壓Ugi是電流調(diào)節(jié)器LT的電流給定,其限幅值Ugim為最大電流給定值，所以ST調(diào)節(jié)器的限幅整定值

52、完全取決于電動機的過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。而電流調(diào)節(jié)器輸出電壓的正限幅+Ukm，那么表示對最小角的限制。由于轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器都采用的是PI調(diào)節(jié)器，所以當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速和電流都可認(rèn)為是無靜差的。具體表現(xiàn)如下：轉(zhuǎn)速無靜差：Un=UgnUfn0 UgnUfn=n UnST入口偏差電壓電流無靜差：Ui=UgiUfi0 UgiUfi=Id UiLT入口偏差電壓 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，雖然Ui和Un為零，但由于調(diào)節(jié)器ST和LT的積分保持作用，使ST和LT都有恒定的輸出電壓： Ugi=Id   Uk=Cen()+IdR/K其中： UgiST輸出電壓值

53、 UkLT輸出電壓值系統(tǒng)的靜態(tài)特性 當(dāng)負載增加，負載電流Ifz大于電動機電流Id時，就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降。使UfnUgn，依靠ST的積分作用，將使Ugi增大，迫使電動機電流Id增大，提高電動機轉(zhuǎn)速n，直到轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原值，使UfnUgn為止。只要Ufn還小于Ugn，ST的積分調(diào)節(jié)作用就一直進行下去。當(dāng)負載電流Ifs再進一步增大時，那么將重復(fù)上述調(diào)節(jié)過程。 當(dāng)負載電流Ifz 增大到Idm時，ST進入飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)速環(huán)失去轉(zhuǎn)速恒值調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負載電流繼續(xù)增大，將使IfzIdm，此時電動機已帶不動負載，其轉(zhuǎn)速n將迅速下降，那么UfnUgn，ST輸出電壓Ugim維持在限幅值。此時在最大電流給定下，依靠

54、電流調(diào)節(jié)器對電流進行恒值調(diào)節(jié)，這時雙閉環(huán)系統(tǒng)由恒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過渡到恒電流調(diào)節(jié)，從而得到較為理想的下垂特性。調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性 一般來說調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要是指系統(tǒng)對給定輸入的跟隨性能和系統(tǒng)對擾動輸入的抗擾性能而言。兩者綜合在一起就能完整的表征一個調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。 下面將對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的動態(tài)響應(yīng)以及系統(tǒng)的抗擾性能作一些簡單的介紹。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定時的動態(tài)響應(yīng) 現(xiàn)在我們就來分析起動過程中，兩個調(diào)節(jié)器的相互配合關(guān)系以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和非線性的特殊作用。 起動前系統(tǒng)處于停車狀態(tài)，此時Ugn=0，Ugi=0，Uk=0，可控硅移相角=90°，即觸發(fā)脈沖在初始相位上，整流電壓Ud

55、0=0，電動機轉(zhuǎn)速n=0。為了防止系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時出現(xiàn)電動機爬行的現(xiàn)象，必須強調(diào)ST和LT兩個PI調(diào)節(jié)器在起動前鎖零，以保證系統(tǒng)起動時Ugi和Uk都從零值開始變化。為了使雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)獲得近似理想的啟動過程，必須經(jīng)過三個階段：電流上升階段、恒流升速階段、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)波形圖如下： 其中、分別表示三個階段。1電流上升階段 突加給定電壓Ugn 后，由于電動機的機電慣性較大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速反響的增長不會很快，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的輸入偏差電壓的數(shù)值比擬大，ST迅速到達飽和，其輸出也到達了限幅值Ugim，并將其輸出給電流調(diào)節(jié)器LT，使Uk迅速增大，脈沖從90°初始位置快速

56、前移，強迫整流電壓Ud建立。由于Ud增長得很快，迫使電流迅速增大，直到電流上升到最大值Idm時，電流調(diào)節(jié)器LT的作用就使得電流不再迅猛的增長，即保持動態(tài)平衡：Ufim=Ugim。這就標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在此階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST由不飽和很快到飽和，而電流調(diào)節(jié)器LT一般是不飽和的，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。2恒流升速階段 從電流上升到Idm開始，直到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，屬于恒流升速階段，是起動過程中的主要階段。在這個階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根本上保持電流Id恒定，因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，

57、電流調(diào)節(jié)器LT在電流偏差信號Ui 作用下，其輸出電壓Uk也按線性規(guī)律增長，這是由LT積分作用來保證的。聯(lián)系最正確起動過程的控制規(guī)律，只要使Uk按轉(zhuǎn)速上升斜率設(shè)計所要求的加速度平行增長，就能保證起動電流波形近似為矩形，使系統(tǒng)的最大加速電流和加速度保持恒定，所以把這一段稱作恒流升速階段。其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：            EIdmUfiUiUkUd0Id         

58、                     這個過程一直持續(xù)到恢復(fù)Idm值。在實現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)過程一直伴隨著對反電勢擾動的調(diào)節(jié)過程。由于電流調(diào)節(jié)器的積分作用要對反電勢擾動對電流的影響進行補償，因此要求電流調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)I和調(diào)節(jié)對象的時間常數(shù)TL要相互配合，這正是電流調(diào)節(jié)器設(shè)計中要解決的問題。同時變流裝置輸出的最大整流電壓Udm也應(yīng)留有余地，以保證提供足夠大的整流電壓來滿足調(diào)節(jié)能力的需要，

59、這些都是設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)予考慮的問題。3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，Ugn=Ufn，Un=0，即ST入口偏差電壓值為零，但ST的輸出值由于積分作用還維持在限幅值Ugim 上，所以電動機仍在最大電流下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速實現(xiàn)超調(diào)。由于轉(zhuǎn)速超調(diào)，使UfnUgn，Un0，即ST入口出現(xiàn)負的偏差電壓，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST退出飽和，即電流給定減小，那么主電路電流Id也隨之迅速減小。但是在Id仍大于負載電流Ifz的一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍會繼續(xù)上升一些，直到IdIfz時，電動機才開始在負載阻力下減速，并開始進入穩(wěn)態(tài)如果電流超調(diào)過大，轉(zhuǎn)速可能出現(xiàn)幾次振蕩之后才會趨于穩(wěn)定。在這一階段ST和LT同時起作用，但速

60、度環(huán)的調(diào)節(jié)作用是主導(dǎo)的，它使轉(zhuǎn)速迅速趨近于給定速度，使系統(tǒng)穩(wěn)定；而電流調(diào)節(jié)器LT的作用是使電流Id隨著Ugi變化而變化，即電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過程是由速度外環(huán)支配的，所以電流環(huán)的作用是附屬的。 以上我們只是討論了在突加較大的階躍給定信號時系統(tǒng)的起動過程，如果轉(zhuǎn)速給定值為一斜坡給定信號由給定積分器給出，且信號增長很慢，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST來不及飽和，那么起動過程將不會出現(xiàn)恒流升速階段和轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。系統(tǒng)將一直在線性范圍內(nèi)工作，在整個起動過程中ST始終起主導(dǎo)作用，電流環(huán)處于附屬地位。 綜上所述，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，在突加階躍給定的起動過程中，充分的利用了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的飽和非線性，使系統(tǒng)首先變成一個恒流調(diào)

61、節(jié)系統(tǒng)；此后又以ST退飽和為轉(zhuǎn)機，使系統(tǒng)在到達穩(wěn)態(tài)運行的同時又實現(xiàn)了無靜差。由此可見系統(tǒng)中的兩個調(diào)節(jié)器是有節(jié)奏地配合，并充分發(fā)揮了各自的作用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能1抗負載擾動 由結(jié)構(gòu)圖可知，系統(tǒng)負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加減負載時，必然會引起動態(tài)速降升。為了減少動態(tài)速降升，在設(shè)計ASR時，必須要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。而對于ACR的設(shè)計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。2抗電網(wǎng)電壓擾動 由于電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，因而系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動Ud和負載電流擾動IdL都作用在被負反響環(huán)包圍的前向通道上，僅就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但是從動態(tài)性能上看，由于擾動作用的位置不同，還存在著及時調(diào)節(jié)上的差異。負載擾動IdL 作用在被調(diào)量n的前面，它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)