孫嘯—1209111119—某冷軋機主傳動直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）學(xué) 號_1209111119_ 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）課 題 某冷軋機主傳動直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 孫 嘯 院 部 電 氣 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級 2012級 自動化（2）班 指導(dǎo)教師 貢 照 天 二 一 六 年 六 月14某冷軋機主傳動直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計摘 要本次設(shè)計主要講述了直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)整及相關(guān)參數(shù)的計算。本次設(shè)計使用的整流方案為三相全控晶閘管整流電路，調(diào)速方案應(yīng)用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，雙閉環(huán)可以取得很好地調(diào)速性能，其是在理論和實踐等方面都比較成熟的體系，在需要進行調(diào)速控制的領(lǐng)域得到了大量的使用。其中共加入了雙比例積分調(diào)節(jié)器，一個用來控制電機速度

2、，另一個用來控制電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)，前者為外環(huán)保持直流電動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，后者為內(nèi)環(huán)能夠維持電路內(nèi)電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速環(huán)起到主要的調(diào)速作用（保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定值），電流環(huán)起輔助作用（防止電路過電壓，對抗干擾，穩(wěn)定電流在給定值），二者聯(lián)合可以達到令人滿意的調(diào)速性能，從而就能達到平滑調(diào)速的目的。本次設(shè)計還對電路保護與抗干擾等諸方面進行了討論，保證了機床運行的安全、穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：直流電動機；調(diào)速系統(tǒng)；晶閘管；雙閉環(huán)A cold-rolling mill main drive DC drive system designAbstractThe design focuses on the computati

3、onal design, and adjust the parameters of DC Motor Control System. The rectification program designed to use a three-phase full-controlled thyristor rectifier circuit, the choice of speed plus the current composition of the double-loop speed control system as the main drive of this design program sp

4、eed, double-loop can get good speed performance, which is in theory and practice and other aspects are more mature system, in areas that require speed control has been a lot of use. Wherein the total added dual proportional integral regulator, a motor is used to control the speed, and the other to c

5、ontrol the current constitution speed loop and current loop, the outer ring to keep the former DC motor speed and stability, which is able to maintain the inner ring in-circuit current stability, speed loop play a major role in the governor (speed maintained stable at a given value), current loop pl

6、ay a supporting role (to prevent over-voltage circuit, anti-interference, stable current at a given value), both of which can be combined with satisfactory speed performance, so as to be able to achieve the purpose of smooth speed control. The design also for other circuits and interference protecti

7、on aspects were discussed, ensure that the machine is running security and stability.Keywords: DC motor; speed control system; thyristor; double-loop目 錄摘 要IAbstractII插圖清單IV第1章 緒 論- 1 -1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述- 1 -1.2 直流電動機的調(diào)速方法- 2 -1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介- 2 -1.4冷軋機簡介- 3 -第2章 系統(tǒng)主電路方案的選擇與保護- 4 -2.1 系統(tǒng)主要部分采用方案的確定- 4 -2.2

8、整流電路的保護- 6 -第3章 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的確定- 10 -3.1 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的選擇- 10 -3.2 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的設(shè)計- 11 -3.3 動態(tài)抗干擾性能分析- 12 -第4章 系統(tǒng)主電路及保護裝置的參數(shù)計算- 13 -4.1主電路裝置參數(shù)的計算與選定- 13 -4.2 整流電路保護裝置的參數(shù)計算與選定- 15 -第5章 電流環(huán)、速度環(huán)與無環(huán)流邏輯切換裝置的設(shè)計- 17 -5.1 電流內(nèi)環(huán)- 17 -5.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)- 18 -5.3 無環(huán)流邏輯切換裝置- 20 -第6章 調(diào)速環(huán)節(jié)的參數(shù)計算- 24 -6.1 調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)型式的確定- 24 -

9、6.2 電流內(nèi)環(huán)的調(diào)整- 24 -6.3 轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)整- 28 -6.4 調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)計算- 32 -結(jié) 論- 34 -參 考 文 獻- 35 -致 謝- 36 -圖表清單圖 2-1 三相橋式電樞反并聯(lián)可逆電路原理圖- 6 -圖 2-2 快速熔斷器- 7 -圖 2-3 交流側(cè)過電壓保護- 7 -圖 2-4 直流側(cè)過電壓保護- 8 -圖 2-5 換相過電壓保護- 8 -圖 2-6 系統(tǒng)主傳動晶閘管整流電路- 9 -圖 3-1 機床主傳動調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖- 11 -表 4-1 變壓器的各項數(shù)據(jù)- 14 -圖 5-1 電流檢測裝置- 17 -圖 5-2 兩個調(diào)節(jié)器（ACR1與ACR2）的電氣

10、原理圖- 18 -圖 5-3 轉(zhuǎn)速檢測和電壓隔離裝置原理圖- 19 -圖 5-4 轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)和給定積分器原理圖- 20 -圖 5-5 無環(huán)流邏輯切換裝置的結(jié)構(gòu)- 21 -圖 5-6 無環(huán)流邏輯切換裝置的原理圖- 22 -圖 5-7 邏輯判斷與延時電路的結(jié)構(gòu)- 22 -圖 5-8 多“1”保護環(huán)節(jié)原理圖- 23 -圖 6-1 調(diào)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖- 24 -圖 6-2 電流閉環(huán)及其簡化后的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖- 25 -圖 6-3 電流調(diào)節(jié)器ACR的結(jié)構(gòu)圖- 26 -圖 6-4 簡化過后的電流內(nèi)環(huán)- 27 -圖 6-5 調(diào)節(jié)器ACR的結(jié)構(gòu)圖- 28 -圖 6-6 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖- 29 -圖 6

11、-7 簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖- 30 -圖 6-8 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的原理圖- 32 -圖 6-9 系統(tǒng)起動過程的動態(tài)特性- 32 -V銅陵學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒 論1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述在生產(chǎn)和生活中，常常需要根據(jù)機械設(shè)備的性能要求，來手動或者自動地改變直流電機的速度，我們把這樣的系統(tǒng)叫做直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)直流電動機的固有特性，可以得到通過改變直流電動機的固有參數(shù)或改變外加電壓大小的方式改變其電樞電壓的方式等，使直流電動機在穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，這樣就可以做到調(diào)速的功能。調(diào)速一般都是通過反饋的值與給定的值進行對比，然后根據(jù)偏差的值來對校正裝置發(fā)出控制信號，以達到其目的。直流調(diào)

12、速系統(tǒng)在現(xiàn)在，尤其是在需求高性能控制領(lǐng)域中依舊起著不可替代的作用。1.1.1 直流調(diào)速的優(yōu)缺點使用直流電動機的設(shè)備非常容易實現(xiàn)速度的控制，易于構(gòu)建控制模型。直流電動機調(diào)速具有在低轉(zhuǎn)速時扭矩大的優(yōu)點，這是交流電動機所無法媲美的。直流電機的適用領(lǐng)域相當(dāng)?shù)膹V，其一般可以在以下方面使用：加、減速要有一個緩沖過程；需要在低速時有大轉(zhuǎn)矩；有良好的挖土機特性，能夠過載電流限制設(shè)定電流。因為直流電機調(diào)速如此重要的作用，所以直流電機在很長一段時間內(nèi)直流調(diào)速在生產(chǎn)機械中占主要地位。但是在平常使用中，直流電機容易發(fā)生故障，包括電刷打火、電驅(qū)變色、散熱不充足、劇烈噪聲和振動等問題，因此其需要經(jīng)常地維護，這是一筆不小的

13、開銷，交流電機就沒有這樣的問題，而且直流電機也不能像交流電機一樣構(gòu)造簡單，占地小巧，成本也很低廉。在現(xiàn)代，交流調(diào)速異軍突起，開始漸漸蠶食直流調(diào)速的領(lǐng)地，但在高性能調(diào)速領(lǐng)域其依然能夠固守國疆。1.1.2 直流調(diào)速的發(fā)展歷史直流電動機電力拖動系大概統(tǒng)是在166年前誕生的，在上世紀(jì)中葉，由于技術(shù)尚不成熟，只有接近20%的高性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)采用了直流電動機。在20世紀(jì)50年代左右，水銀整流器與閘流管的出現(xiàn)促進了直流調(diào)速的發(fā)展，它們屬于靜止變流裝置，替代了以前的老式整流裝置，大大提升了整流的性能。但這樣的變流裝置也有很大的缺點，水銀屬于重金屬，對人體和環(huán)境危害極大，并且其運行可靠性差，對直流電動機的穩(wěn)

14、定運行產(chǎn)生了極大的影響，但是限制于當(dāng)時的科技水平，采用此靜變流裝置也是無可奈何，實屬無奈之舉。1960年之后，晶閘管誕生了，因為晶閘管整流裝置優(yōu)異的性能，其得到了廣泛的應(yīng)用，直流調(diào)速技術(shù)在這之后得到飛速的發(fā)展。晶閘管整流裝置-直流電動機系統(tǒng)中的整流裝置是由可控晶閘管構(gòu)成的，晶閘管整流性能優(yōu)異，工作穩(wěn)定，在上世紀(jì)60年代起得到了大范圍的應(yīng)用，直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展迎來了春天。上世紀(jì)80年代以后，全控型器件器件誕生了，其整流性能較晶閘管更為優(yōu)異，晶閘管漸漸被其替代。在控制器方面，數(shù)字電子控制已經(jīng)開始逐漸取代模擬電子控制。在現(xiàn)代，生產(chǎn)設(shè)備需要更高的非線性和智能化控制，然而模擬電子控制在這方面就顯得有些力

15、不從心，模擬電子控制的處理量少、功能單一，不能實現(xiàn)非線性的控制，到了其退伍的時候了。用全控型電力電子器件可以組成直流變換器-直流電動機的系統(tǒng)，晶閘管-直流電動機系統(tǒng)現(xiàn)在越來越多地被其取代了。現(xiàn)在因為交流調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展勢頭，直流調(diào)速技術(shù)正在逐漸被淘汰，但是因為直流調(diào)速技術(shù)的調(diào)速性能比交流調(diào)速系統(tǒng)更為優(yōu)異，至今依然活躍在很多的高性能調(diào)速領(lǐng)域。1.2 直流電動機的調(diào)速方法1.2.1 直流電機調(diào)速的理論依據(jù)理想狀態(tài)下，直流電動機在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速為：(1-1)此式為調(diào)速理論的基礎(chǔ)，根據(jù)此式可以分析得出以下幾種調(diào)速方法。1.2.2 三種常見的直流調(diào)速方法在上面的公式中，是一個常數(shù)，其不會影響到電機的

16、速度，電流I的大小是根據(jù)電機拖動的負荷來決定的，也不會產(chǎn)生影響，所以只剩下三個參數(shù)可以影響電機的速度：(1) 調(diào)節(jié)電樞端電壓：改變電樞電壓能夠起到改變轉(zhuǎn)速的作用，機械特性曲線很硬，能夠在保證了輸出轉(zhuǎn)矩不變的情況下，調(diào)整轉(zhuǎn)速，很容易實現(xiàn)高精度調(diào)速；(2) 改變電樞回路總電阻R：轉(zhuǎn)子串電阻一般用于低精度調(diào)速場合，串入電阻后由于機械特性曲線會變得很軟，不能實現(xiàn)無極調(diào)速和平滑調(diào)速、效率低，一般在倒拉反轉(zhuǎn)型負載中使用；(3) 減弱每極磁通量：減弱每極磁通量后，電機的速度就會增加，其能夠調(diào)速的區(qū)間很小，只能加快而不能減慢速度，控制不好容易導(dǎo)致速度過快無法控制，其響應(yīng)比較慢，不適合單獨使用。1.3雙閉環(huán)直流

17、調(diào)速系統(tǒng)簡介轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，可靠性較好，而且設(shè)計比較方便，在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用非常的廣泛。它也是運動控制系統(tǒng)這門課程中的的重要一環(huán)，對其進行研究，有利于我們加深對直流調(diào)速系統(tǒng)的深入理解，也能成為以后交流調(diào)速研究的墊腳石。轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)也是交流調(diào)速的理論基礎(chǔ)，交流調(diào)速系統(tǒng)在近代已經(jīng)越來越凸顯其重要性，研究此系統(tǒng)為我們打下了堅實的基礎(chǔ)，為以后的交流調(diào)速系統(tǒng)的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)，能將我們本專業(yè)的各門課的知識串接起來，形成一個完整的知識網(wǎng)，對以后的學(xué)習(xí)與工作都有很大的幫助。1.4冷軋機簡介冷軋機是一種可以將鋼筋加工成帶鋼的設(shè)備，可以大大提高鋼筋的抗拉與抗壓性，同

18、時也一定程度地保留了鋼的延展性，節(jié)約了用鋼量，降低了用鋼所需的成本。第一臺冷軋機是由德國的施密茨公司在19世紀(jì)末期建造的，它的出現(xiàn)大大增強了生產(chǎn)力。冷軋機的性能與生產(chǎn)工藝代表著一個地區(qū)的重工業(yè)的等級。在生產(chǎn)過程中，可采用直流電動機來處理軋制過程中對速度調(diào)節(jié)的需求。第2章 系統(tǒng)主電路方案的選擇與保護系統(tǒng)地設(shè)計應(yīng)該在滿足設(shè)計提出的要求下，以較低廉的成本去獲得更大的經(jīng)濟效益，來創(chuàng)造更高的價值。2.1 系統(tǒng)主要部分采用方案的確定2.1.1 傳動及調(diào)速方案的選擇(1) 電動機的選擇電機的選擇直接關(guān)系到機床的運行與產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計的要求來確定，是系統(tǒng)設(shè)計的第一步。因為設(shè)計要求為生產(chǎn)機械工藝要求軋機

19、傳動系統(tǒng)要能實現(xiàn)可逆無級調(diào)速運行，且有較高的穩(wěn)態(tài)控制精度，直流拖動很容易就能勾實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)功能，調(diào)起速來能在較廣區(qū)間非常得平穩(wěn)，過度自然，因此可以很好得滿足能滿足機床對電氣控制系統(tǒng)提出的要求，所以這里我們選擇直流電機作為本系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。(2) 電機直流調(diào)速方案的確定根據(jù)1.2.1中的分析可以看出以調(diào)節(jié)電樞電壓的調(diào)速方式最好，其它兩種調(diào)速方式都有較大的缺點。因此，本系統(tǒng)將采用變壓調(diào)速的方式進行設(shè)計。2.1.2 整流電路的設(shè)計(1) 整流方式的選擇使用晶閘管整流的調(diào)速系統(tǒng)具有很多的長處，如調(diào)速范圍大、平滑性好、重量輕、噪音小、效率高、運行可靠、調(diào)速快、動態(tài)響應(yīng)快等。晶閘管整流裝置是變流裝置供電的直

20、流調(diào)速系統(tǒng)，它和其它整流裝置相比，在經(jīng)濟性上和可靠性上有很大優(yōu)勢，而且在理論與實踐方面相當(dāng)?shù)贸墒?。晶閘管整流也有一定的壞處，如因為使用變壓器整流交流電得到直流，所以會有一定的電能損失，直流電機的運行會受到一定的影響；直流電機處于低速時，電路的損耗加大；整流系統(tǒng)會對交流電網(wǎng)產(chǎn)生不好的影響，造成污染。但是晶閘管整流裝置還是利大于弊的，只要保護裝置齊備，晶閘管整流裝置運行十分穩(wěn)定。因此在這里選擇晶閘管整流裝置給直流電機供電的方案。(2) 供電整流電路相數(shù)的確定整流電路出現(xiàn)最早，直流用電設(shè)備可以通過其將交流電轉(zhuǎn)換為直流電來獲得電能，按使用的整流裝置的不同可以分成不可控、半控、全控三種，除了這些還有1相

21、整流與n（）相整流。這些整流電路的性能與適用領(lǐng)域都各不相同，單相晶閘管整流電路的性能不好，電壓不夠穩(wěn)，影響了交流電網(wǎng)的穩(wěn)定，所以一般多用于l0kw以下的拖動系統(tǒng)中。三相半波整流電路雖然對于三相電網(wǎng)平衡運行并沒有影響，只使用了3只晶閘管，較三相橋式全控整流電路使用原件更少，但是變壓器二次側(cè)在每周期中只有的時間有電流，效率較低，故運行成本較高。三相橋式全控整流電路使用了6個晶閘管進行整流，使用的晶閘管比三相半波可控整流電路多1倍，但使用其進行整流時電路的電壓穩(wěn)定，可以保證變壓器的線圈不會磁化，轉(zhuǎn)換率比較高。前者在整流時失去控制的時間只是后者的，系統(tǒng)響應(yīng)的速度得到了很大的提升，與后者相比較，由于晶閘

22、管原件數(shù)量是其2倍，所以每個晶閘管元件所承受的正反向電壓是三相半波可控整流電路的，延長了晶閘管的壽命，增加了整流電路的可靠性。所以在l0kw以上的容量的整流裝置中應(yīng)用極其廣泛。除了以上的三相整流電路之外，還有6相及更多的整流電路，這些電路雖然整流的性能上很強勢，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、投資較大，在這里使用顯得有些得不償失。根據(jù)上述分析，我們可以很明確地選擇三相橋式全控整流電路作為本次的整流裝置。(3) 晶閘管整流裝置的接線方式機床在運行時難免會需要正反轉(zhuǎn)和制動功能，在這里就需要直流電動機的可逆運行。直流電機的轉(zhuǎn)向，是由磁場與外加電壓的方向所共同決定。電樞可逆系統(tǒng)是指通過調(diào)整電樞電壓的流向，其它參數(shù)都

23、不管發(fā)生變化的可逆運行系統(tǒng)；想要使磁場的極性出現(xiàn)變化可以通過變化勵磁電流的流向來達成目的，這樣就可以完成電機可逆運行的功能，這種方式叫做磁場可逆系統(tǒng)。磁場可逆系統(tǒng)雖然投資較少，但是這樣調(diào)起速來有較大延遲，控制裝置很臃腫，不能達本次設(shè)計的性能要求。出于快速性和控制回路簡單的角度，本次設(shè)計的可逆方案將采用電樞可逆系統(tǒng)。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，整流裝置的接線方式一般都會采用兩套晶閘管變流裝置反極性連接的可逆電路，這樣做可以輕松地實現(xiàn)電動機的可逆運行，這種方法相對簡單，比較容易實現(xiàn)。在實際使用中主要采用交叉連接或者反并聯(lián)接這兩個接線方法。交叉連接這種方式的兩套晶閘管整流裝置的電源裝置是互相分立的，它們之間沒

24、有互相影響，這使得它可以輕松地實現(xiàn)多相整流，能夠較大地減少其對電網(wǎng)波形畸變的影響。而反并聯(lián)接只使用了一個供電單元，這樣就不會再需要兩組變壓器了，變壓器的使用率更加得高，而且也簡化了線路，接線更加方便。因為本設(shè)計對快速性的要求并不算太高，所以綜合起來考慮三相橋式電樞反并聯(lián)可逆電路能完美的滿足本次設(shè)計的要求，所以選擇其來作為本次設(shè)計的整流裝置才最合理。圖2-1為其電路圖：圖 2-1 三相橋式電樞反并聯(lián)可逆電路原理圖2.2 整流電路的保護 整流電路直接與電網(wǎng)連接，功率很大，為了確保機床運行的穩(wěn)定安全，我們有必要在電路中設(shè)置保護裝置。過電壓、電流保護保護是我們在設(shè)計保護電路時應(yīng)該最先考慮到的問題，這些

25、保護裝置通常都是按照以下兩種方式安置：一種是在適合的位置設(shè)置保護保護裝置，如壓敏二極管、快速熔斷器等；另外一種是使用電子保護電路，通過實時監(jiān)控電路中的各項參數(shù)，當(dāng)它們超過給定的閾值時，整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流電路暫時處于有源逆變狀態(tài)，逐漸使得電流與電壓趨于正常值。我們在這里將使用第一種保護方法，將交流側(cè)、直流側(cè)和晶閘管保護設(shè)備分開來設(shè)計，以應(yīng)對在本次設(shè)計的大功率整流裝置，保證其穩(wěn)定、安全運行。2.2.1 過電流保護在日常的生產(chǎn)過程中，電機過載或整流裝置直流側(cè)的短路都是不可避免的，如果不設(shè)置保護必然會使原件損壞，引起不必要的麻煩，所以過電流的保護是不可或缺的一項保護措施。(1) 交流側(cè)快速熔斷器保

26、護整流電路，尤其是使用了半導(dǎo)體器件的電路一般都會使用快速熔斷器來進行保護。因為半導(dǎo)體元件十分的脆弱，所以不能在長時間承受較大的過載電流，所以需要保護裝置有足夠快的斷流時間。而快速熔斷器正如其名字一樣，能夠在電路過載時快速的切斷電路，一般不會超過十毫秒。當(dāng)電路電流過載時，其就會迅速斷開，保證機床安全。在這里將其與晶閘管原件直接連接在一起，這樣做最為穩(wěn)妥，在變壓器一次側(cè)也采用此保護方法防止過電流。圖 2-2 快速熔斷器(2) 直流側(cè)快速自動開關(guān)保護快速自動開關(guān)具有反應(yīng)速度快（僅為2ms），當(dāng)短路時即使電流值很大，其也能安全地斷開電路的連接；能夠同時兼顧過功率與過電流保護；可以調(diào)整切斷電路時的閾值，

27、可以重復(fù)使用，安裝和使用都很省事等特點。它被直接接入直流電路內(nèi)，當(dāng)其動作速度比快速熔斷器快很多，盡量不會浪費快速熔斷器，起到雙重保護的作用。2.2.2 過電壓保護(1) 交流側(cè)過電壓保護圖2-3為連接保護裝置的方式：圖 2-3 交流側(cè)過電壓保護這里我們采用阻容吸收器和壓敏電阻的方式來進行保護，阻容吸收器能夠很好地吸收過電壓一瞬間產(chǎn)生的電壓波動和沖擊電流，削弱了過電壓的強度，防止了保護裝置輕易熔斷或跳閘，保證了運行得穩(wěn)定。它的構(gòu)造非常的簡單，工作可靠，防止過電壓引起的電路的絕緣損壞，其是保證機床安全運行必不可少的過電壓保護裝置，常用于6KV110KV的高壓電環(huán)境中，在這里使用正合適。交流側(cè)過電壓

28、保護到此設(shè)計完成。(2) 直流側(cè)過電壓保護在直流側(cè)過電壓保護中常常會使用壓敏電阻來進行保護，當(dāng)壓敏電阻兩側(cè)的電壓值低于其動作值時，其相當(dāng)于斷路，當(dāng)兩側(cè)的電壓值達到其動作值時，其電阻值直線下降，其將起到分流的作用，使大量的電流從它流過從而避免了后續(xù)的器件受到損傷，從而很好地起到了過電壓保護的作用。圖 2-4 直流側(cè)過電壓保護2.2.3 晶閘管保護晶閘管非常的需要過電壓的保護，在它的正面電壓強度過高時，其就會不受控制，導(dǎo)致整流電路發(fā)生故障，在反向電壓強度太高時，其就會徹底損壞，不能使用，導(dǎo)致整流裝置發(fā)生故障。所以必須設(shè)置完善的晶閘管保護措施。晶閘管主要在換相過程中容易發(fā)生故障，在這里我們采用采用在

29、晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收器的方式來避免晶閘管被反向擊穿。圖 2-5 換相過電壓保護綜合以上設(shè)計可以得到系統(tǒng)主傳動晶閘管整流電路如圖2-6所示：圖 2-6 系統(tǒng)主傳動晶閘管整流電路第3章 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的確定3.1 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的選擇直流電機的調(diào)速控制方案多種多樣，籠統(tǒng)的可以分為開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。3.1.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指直流電機轉(zhuǎn)速n和給定電壓 之間沒有任何直接的聯(lián)系的調(diào)速系統(tǒng)。直接控制觸發(fā)器的輸出就可以直接控制晶閘管整流橋，就可以起到控制直流側(cè)電壓的目的，從而就可以實現(xiàn)平滑調(diào)速。其控制電路極其簡單，在實驗室中很容易實現(xiàn)，如果機床

30、的設(shè)計對靜差率要求并不髙，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以很好得滿足要求。但是，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)沒有反饋單元，控制精度不夠高，無法應(yīng)對實際生產(chǎn)中的各種干擾，這本設(shè)計中由于對控制精度要求較高，故不能采用開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。3.1.2 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指將輸出量直流電機轉(zhuǎn)速n反饋到輸入端（反饋量還有其他形式），通過反饋環(huán)節(jié)來校正直流電動機轉(zhuǎn)速構(gòu)成閉環(huán)回路的調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能夠很好得增加直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能。在對控制精度需求不高的情況下，可以采用單閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)對系統(tǒng)控制精度要求較高時就可以采用多閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要包含以下幾種形式：(1) 轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系

31、統(tǒng)可以形象地理解為開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的“閉環(huán)化”。該系統(tǒng)將與轉(zhuǎn)速變化息息相關(guān)的電壓信號作為反饋量。當(dāng)給定值恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以糾正直流電動機的轉(zhuǎn)速偏差，當(dāng)電網(wǎng)電壓或電機負載產(chǎn)生波動時，直流電動機的轉(zhuǎn)速可以被穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)是單閉環(huán)系統(tǒng)，較不帶任何負反饋的開環(huán)系統(tǒng)更加得穩(wěn)定。但是并不能達到本次設(shè)計的要求，因此不能使用本系統(tǒng)。(2) 引入電流負反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機在全壓啟動時，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這會對電機和電子元件產(chǎn)生災(zāi)難性的影響，這是我們所要避免的。采用轉(zhuǎn)速負反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)在剛啟動時與全壓起動相同，這是不能被允許的，直流電機在被卡住或負載太大時，其就會無法

32、轉(zhuǎn)動，這樣會導(dǎo)致會電樞中電流太大，會使保護裝置動作，影響機床正常工作。而電流截止負反饋可以保持電流基本不變，起到保護電路的作用。(3) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)雖然可以在一定程度上實現(xiàn)電機的穩(wěn)定運行，但是其都存在一定的缺點，如在對系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高的地方，單閉環(huán)系統(tǒng)就顯得力不從心了。轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)只能控制電機的轉(zhuǎn)速，在電機剛啟動或者堵轉(zhuǎn)時，其會導(dǎo)致電壓過高，導(dǎo)致原件損壞；而電流負反饋環(huán)節(jié)只能對電流產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，它僅僅能在電流超出臨界值時，使電流回歸正常值。于是就出現(xiàn)了將二者結(jié)合起來構(gòu)成雙閉環(huán)來同時進行轉(zhuǎn)速與電流的控制的系統(tǒng)，這套系統(tǒng)性能更好，可以很好得滿足本次設(shè)計的要求，故本次設(shè)計將采用

33、此直流調(diào)速方案。3.2 直流電動機調(diào)速反饋控制方案的設(shè)計在選定了系統(tǒng)主電路方案的同時，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求綜合考慮將使用邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。此系統(tǒng)中使用了兩種調(diào)節(jié)器，用來進行電流與轉(zhuǎn)速的控制，即使用了電流與速度負反饋雙閉環(huán)，它們在一起共同工作，連接在一起。圖3-1為其系統(tǒng)框圖：圖 3-1 機床主傳動調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖在本系統(tǒng)中共有兩個ACR，通過控制來控制正組整流裝置，通過控制來控制反組整流裝置，從而實現(xiàn)電機的可逆運行，的輸入是通過的輸入經(jīng)由反號器FH生成。根據(jù)本次設(shè)計機床的生產(chǎn)工藝要求，為了使軋制過程要保持機速穩(wěn)定，在起動過程中要求加減速恒定，直流電動機的轉(zhuǎn)速將采用給定積分器來給定。

34、在機床處于停機狀態(tài)時，將使用鎖0電路保證調(diào)節(jié)器輸出電位鎖在0電位，使機床能夠可靠地停止。3.3 動態(tài)抗干擾性能分析當(dāng)我們在設(shè)計一個調(diào)速系統(tǒng)時，最先應(yīng)該考慮的就是抗干擾的問題，而抗電網(wǎng)電壓擾動與抗負載擾動是其中最應(yīng)該優(yōu)先考慮的問題。3.3.1 抗電網(wǎng)電壓擾動調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓改變時也有可能會受到影響，因為在雙閉環(huán)系統(tǒng)中存在著電流環(huán)，其能夠在電網(wǎng)電壓產(chǎn)生擾動時及時作出相應(yīng)地調(diào)整，避免影響到電機的速度，能夠大大提高調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能。所以電網(wǎng)電壓擾動在雙閉環(huán)系統(tǒng)中影響微乎其微，不用去理會。3.3.2 抗負載擾動當(dāng)電機帶動的負荷改變時，會使電機的速度發(fā)生變化，這對調(diào)速系統(tǒng)來說是不被原諒的，應(yīng)該盡快對其

35、進行校正。負載擾動并不屬于電流環(huán)的管轄范圍，所以其需要使用調(diào)節(jié)器ASR來對其進行糾正，所以當(dāng)我們設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR時，應(yīng)盡可能地保證其抗負載擾動的性能。第4章 系統(tǒng)主電路及保護裝置的參數(shù)計算4.1主電路裝置參數(shù)的計算與選定4.1.1 整流變壓器參數(shù)的計算整流變壓器能夠提供給晶閘管整流橋合適的工作電壓，并將其與交流電網(wǎng)分離開來，減少其對外界的干擾，保證生命財產(chǎn)的安全，整流電路圖見圖2-1。(1) 為了能更好地減少晶閘管在工作時生成的三次諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾，整流變壓器將采用方法來接線，這種接線方法可以有效地提高變壓器的供電質(zhì)量，同時抑制諧波。(2) 變壓器直流側(cè)電壓： (4-1)在這里我們?nèi)。?/p>

36、管壓降，交流側(cè)電壓的波動系數(shù)，變壓器短路時電壓，則： (4-2)實際取值為。(3) 變壓器直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流： (4-3)(4-4)(4-5)(4) 變壓器的容量：因為本次設(shè)計使用的整流電路是三相橋式全控整流電路，所以,實際取值S=160KVA。(5) 根據(jù)以上計算變壓器的各項數(shù)據(jù)如表4-1所示：表 4-1 變壓器的各項數(shù)據(jù)相數(shù)接線方式 容量(KVA) 交流側(cè)電壓 (V) 交流側(cè)電流 (A) 直流側(cè)電壓 (V) 直流側(cè)電流 (A)三相 160 380 241 242 3774.1.2 晶閘管的選擇(1) 晶閘管的正常工作時的電壓為：。在本式中，則：，實際取值(2) 晶閘管的額定電流為：。在

37、這里我們?nèi)。瑒t：，實際取值。(4-6)(3) 晶閘管的電壓安全系數(shù)為：電流的安全系數(shù)為：。根據(jù)上述分析綜合考慮，在這里我們選擇型號為KP600-10的晶閘管12個。4.1.3 電抗器的計算為了抑制晶閘管整流電路中的環(huán)流和電流脈動，我們在晶閘管整流電路中串聯(lián)入電抗器?？梢酝ㄟ^以下計算求得其電抗量L：(1) 變壓器漏感為：(4-7)(2) 直流電動機的電樞電感為：(4-8)(4-9)在三相橋式全控整流電路中，當(dāng)整流電流開始工作時，變壓器漏感與電樞電感量之和為：(3) 電抗量L為：(4-10)4.2 整流電路保護裝置的參數(shù)計算與選定整流電路的交流側(cè)直接與電網(wǎng)相連，直流側(cè)又有很多的重要元器件，為了保證

38、各元器件的安全與機床的穩(wěn)定運行，為整流電路添加保護裝置是很有必要的。4.2.1 過電流保護(1) 交流側(cè)快速熔斷器保護快速熔斷器在熔斷時的電流為，經(jīng)過下式計算：；，即。實際選取型號為RS3-750-700A的快速熔斷器12只，其為600A，滿足上述要求。本次設(shè)計變壓器交流側(cè)的線電壓為380V，快速熔斷器的額定電壓可選擇400V3只。(2) 直流側(cè)直流快速自動開關(guān)保護由直流電動機的額定電流可以得出，實際選取型號為DS9-10/15的直流快速自動開關(guān)，其額定電壓為1500V，額定電流為1000A，當(dāng)直流側(cè)電流在800-2000A范圍外時，快速開關(guān)就會跳閘，阻止了電流地流通，防止了元器件的損壞。4.

39、2.2 過電壓保護(1) 交流側(cè)過電壓保護我們需要在變壓器的交流側(cè)設(shè)置阻容保護裝置來進行過電壓保護，因為變壓器的容量為160KVA遠遠大于5KVA。(4-11)變壓器直流側(cè)阻容吸收器的各參數(shù)：將采用與交流側(cè)相同的接線法，這里我們?nèi)。ㄟ^以下算式可以得到：由此，我們實際取值為，的臨界值。電阻值為：(4-12)實際取值為。阻容吸收器的電流為： 電阻的總功率為： 綜合以上數(shù)據(jù)，在這里我們選擇阻容吸收器原件如下：電容選取油浸電容，電容值為30uF，額定電壓為630V的電容3只，電阻選取繞線電阻，電阻值為，功率為1000W的電阻3只。壓敏電阻容定電壓為：壓敏電阻承受的額定V峰值實際選取型號為MY31-4

40、40/3的壓敏電阻3只，其額定電壓為440V，通過容量3KA。(2) 直流側(cè)過電壓保護根據(jù)交流側(cè)壓敏電阻的計算方法，可以選取壓敏電阻MY31-440/3型1只，并聯(lián)在整流裝置直流側(cè)。4.2.3 晶閘管保護取 ，電容耐壓電阻功率實選油浸電容，630V12只，繞線電阻，10W12只。第5章 電流環(huán)、速度環(huán)與無環(huán)流邏輯切換裝置的設(shè)計直流電機調(diào)速反饋控制單元主要由電流內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速外環(huán)與無環(huán)流邏輯切換電路等部件構(gòu)成。電流檢測電路、電流調(diào)節(jié)器ACR與觸發(fā)脈沖輸出電路構(gòu)成了電流內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速檢測電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR與轉(zhuǎn)速給定電路構(gòu)成了轉(zhuǎn)速外環(huán)；無環(huán)流邏輯切換電路能夠保證反并聯(lián)接的兩套晶閘管整流裝置不會同時進行整

41、流工作，實現(xiàn)了直流電動機的可逆運行，保證了晶閘管整流電路的穩(wěn)定運行?？刂葡到y(tǒng)中還使用了鎖0電路來確保機床穩(wěn)定停車。圖3-1為控制系統(tǒng)的框圖。5.1 電流內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器ACR是電流內(nèi)環(huán)的主要組成部分，其設(shè)計直接決定了電流內(nèi)環(huán)的性能，電流內(nèi)環(huán)的最大電流應(yīng)該給定與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和幅值相同的給定值，其值為直流電動機的被允許的最大電流值，保護了機床的安全，達成了時間最優(yōu)控制。三相交流電網(wǎng)電壓波動可以通過電流內(nèi)環(huán)來實現(xiàn)抗擾功能，保證了機床的平穩(wěn)運行。5.1.1 電流檢測裝置為了讓電流負反饋信號方向在直流電動機可逆運行時不發(fā)生變化，我們在直流電機調(diào)速反饋控制系統(tǒng)中共設(shè)置了兩個電流調(diào)節(jié)器ACR和1個反號

42、器，因此本系統(tǒng)將使用的電流檢測裝置不用去管的極性。圖5-1為電路互感裝置與整流裝置：圖 5-1 電流檢測裝置5.1.2 電流調(diào)節(jié)器ACR比例積分調(diào)節(jié)器是一種非常常見的控制器，它包含了兩種控制器的長處，而且彌補了各自的短處，起到了互相補完的效果，因此PI調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中得到了較為廣泛的運用。電流調(diào)節(jié)器ACR將采用PI調(diào)節(jié)器形式來滿足本設(shè)計的要求，其主要由型號為BG305的集成運放構(gòu)成。電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出信號經(jīng)過限幅和功率放大后產(chǎn)生了觸發(fā)裝置GT的移相控制信號，它的輸出最大值將被設(shè)定到上。圖5-2為其原理圖：圖 5-2 兩個調(diào)節(jié)器（ACR1與ACR2）的電氣原理圖當(dāng)電流檢測裝置檢測到的主電路

43、中的電流過大或過小時，電流調(diào)節(jié)器ACR就會產(chǎn)生動作，電流調(diào)節(jié)器ACR會將輸出電壓控制信號的值變?yōu)?，觸發(fā)脈沖也會被設(shè)定為，從而保證了機床的安全。當(dāng)機床停機時，鎖0電路會將電流調(diào)節(jié)器ACR的鎖在0，保證機床正常停機。5.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)的里面，其是設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)的基石，轉(zhuǎn)速環(huán)在調(diào)速系統(tǒng)中起主要的作用，電流環(huán)只起輔助作用，通過對其的設(shè)計來實現(xiàn)對直流電動機轉(zhuǎn)速的控制。5.2.1 轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電壓隔離器本次設(shè)計使用直流測速發(fā)電機來作為轉(zhuǎn)速環(huán)的轉(zhuǎn)速檢測單元，它能夠把直流電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測定，其輸出的電壓信號與直流電動機的轉(zhuǎn)速成正比，通過檢測其輸出的電壓即可得到直流電動機當(dāng)前時

44、刻的轉(zhuǎn)速。直流電壓隔離器可以使直流測速發(fā)電機與控制系統(tǒng)互不影響。圖5-3為其原理圖：圖 5-3 轉(zhuǎn)速檢測和電壓隔離裝置原理圖5.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR是由型號為BG305的線性集成運放組成PI調(diào)節(jié)器形式，使機床在運行時能夠使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定值，當(dāng)負載發(fā)生變化時能夠及時作出調(diào)整，起到抗干擾的作用；此速度調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)無級調(diào)速，在穩(wěn)態(tài)時無靜差，能夠很好地滿足本設(shè)計的要。5.2.3 轉(zhuǎn)速給定及給定積分器轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)由給定電源GS，給定電位器等部件構(gòu)成。為了滿足本設(shè)計提出的要求，本系統(tǒng)將采用給定積分器作為本設(shè)計的給定裝置。給定積分器能夠利用其特性使直流電動機在加減速過程中速度均勻變化。

45、圖5-4為轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)以及給定積分器原理原理圖：圖 5-4 轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)和給定積分器原理圖5.3 無環(huán)流邏輯切換裝置5.3.1 無環(huán)流邏輯切換裝置的設(shè)計觸發(fā)裝置是用來控制晶閘管整流橋從而實現(xiàn)電動機的可逆運行，觸發(fā)裝置應(yīng)能夠保證兩套晶閘管整流橋不會同時工作，其設(shè)計直接決定了機床運行的穩(wěn)定性。本次設(shè)計將使用型號為KC26的集成化6脈沖觸發(fā)器，其由3個型號為KC04的移相觸發(fā)器、1個型號為的6路雙脈沖形成器和1個型號為的脈沖列調(diào)制形成器連接連接而成。邏輯切換裝置的輸出信號與反號器共同實現(xiàn)了對晶閘管整流橋的控制。在實際使用中，常常使用兩個型號為KC41裝置的電路，其輸入端將并聯(lián)在一起，兩套晶閘管的控制

46、輸入端連接其兩個控制端7。其輸出端連接12個功率放大器，由脈沖變壓器輸出脈沖分別控制整流橋工作，以實現(xiàn)直流電動機的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。5.3.2 無環(huán)流邏輯切換裝置的工作原理邏輯切換裝置是本裝置中最重要的組件。其能夠根據(jù)生產(chǎn)的需求，發(fā)出控制信號：其用來控制晶閘管整流裝置，發(fā)出脈沖激活晶閘管正組整流橋，阻斷晶閘管反組整流橋的脈沖，使得正組晶閘管整流橋工作，發(fā)出脈沖激活晶閘管反組整流橋，阻斷晶閘管正組整流橋的脈沖，使得反組晶閘管整流橋工作，只容許這兩種狀態(tài)存在，保證正組與反組晶閘管整流裝置不同時工作。電流的給定信號的極性與0電流的檢測信號作為邏輯切換裝置的輸入信號，封鎖正組晶閘管整流橋脈沖信號與封

47、鎖反組晶閘管整流橋脈沖信號作為其輸出信號，兩塊型號為KC41的六路雙脈沖形成器的7號端口（脈沖輸出控制端）分別連接，二者分別用來控制正、反兩組晶閘管整流橋。在本設(shè)計的控制系統(tǒng)中我們規(guī)定，處于高電平時為1狀態(tài)，處于低電平時為0狀態(tài)。當(dāng)為1時，正組晶閘管整流橋不工作，為0態(tài)時，正組晶閘管整流橋開始工作；為1態(tài)，反組晶閘管整流橋不工作，為0態(tài)時，反兩組晶閘管整流橋開始工作，圖5-5為其結(jié)構(gòu)圖：圖 5-5 無環(huán)流邏輯切換裝置的結(jié)構(gòu)圖5.3.3 其余各部件設(shè)計(1) 模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換可以使用使用電平檢測器來實現(xiàn)，由電流給定極性鑒別器與0電流檢測器構(gòu)成，二者都采用型號為BG305

48、的線性集成運放來構(gòu)建，圖5-6為其原理圖：(a)(b)圖 5-6 無環(huán)流邏輯切換裝置的原理圖(a) 電流給定極性鑒別器 (b) 0電流檢測器(2) 邏輯判斷與延時電路的設(shè)計邏輯判斷與延時電路（封鎖延時和開放延時）均采用具有高抗干擾能力的單元型號為JD123的與非門裝置，圖5-7為其結(jié)構(gòu)圖：圖 5-7 邏輯判斷與延時電路的結(jié)構(gòu)圖(3) 電容的選取與防短路保護電容與電容值的大小分別決定了封鎖延時和開放延時的長短。在三相橋式整流電路中，一般取3ms，一般取7ms，根據(jù)公式計算可以得到，實際選取電容、的金屬化紙介電容器，其正常工作時的電壓都為，為避免正反兩組晶閘管整流橋同時處于工作狀態(tài)，造成兩組晶閘管

49、整流橋短路事故，在系統(tǒng)中設(shè)置了多1保護環(huán)節(jié)，圖5-8為其原理圖：圖 5-8 多“1”保護環(huán)節(jié)原理圖第6章 調(diào)速環(huán)節(jié)的參數(shù)計算ASRACR本次設(shè)計使用的是直流它勵電動機，其為本次設(shè)計的被控制對象，它的動態(tài)特性為一階慣性環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有兩個反饋環(huán)節(jié)，一個在內(nèi)部，一個在外部，據(jù)此可以畫出其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，圖5-6為其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：圖 6-1 調(diào)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖我們的首要任務(wù)是根據(jù)上述條件，確定系統(tǒng)的形式，才能進一步地選擇調(diào)節(jié)器和計算各項參數(shù)。6.1 調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)型式的確定典型I型系統(tǒng)雖然設(shè)計比較方便，雖然其最大偏差比II型小，但是其應(yīng)對擾動方面不如II型。典型II型系統(tǒng)對于本設(shè)計很

50、適合，雖然其設(shè)計較繁瑣，超調(diào)量也較大。在這種設(shè)計中，抗干擾能力比較高，所以設(shè)計時會采用典型的II型系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)電壓開始發(fā)生波動時，電流環(huán)可以起到很好地反饋調(diào)節(jié)作用，所以在這里我們電流內(nèi)環(huán)將使用成典型II型結(jié)構(gòu)。負載擾動是轉(zhuǎn)速環(huán)所要面對的最大干擾量，根據(jù)設(shè)計提出的要求，為了起到及時調(diào)節(jié)，消除干擾，維持電機速度的穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速外環(huán)也最好使用典型II型結(jié)構(gòu)。到這里系統(tǒng)形式就確定完成了。6.2 電流內(nèi)環(huán)的調(diào)整6.2.1 電流內(nèi)環(huán)的簡化與設(shè)計ASR電流環(huán)一般是用來控電流的。由于在現(xiàn)實的生產(chǎn)生活過程中，電阻與電感的比值比機械時間常數(shù)小得多，電流調(diào)節(jié)是很迅速的，但是反電勢E的變化就比較小，在這里我們可以不在意反

51、電動勢影響。此時，電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖可近似為圖6-2。圖中的（電流環(huán)小慣性時間常數(shù)）。(a)ACR(b)ACR(c)圖 6-2 電流閉環(huán)及其簡化后的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖控制對象的傳遞函數(shù)為：(6-1)根據(jù)上式我們決定將轉(zhuǎn)速環(huán)I閉環(huán)校正成典型II型系統(tǒng)，在這里我們將使用PI調(diào)節(jié)器，為它的描述運動規(guī)律的微分方程，這里我們?nèi)?，圖6-3是其電氣原理圖：圖 6-3 電流調(diào)節(jié)器ACR的結(jié)構(gòu)圖6.2.2 電流調(diào)節(jié)器ACR的參數(shù)計算電流調(diào)節(jié)器ACR的各項參數(shù)和可以通過下列計算得出：電樞回路總電阻R：R的值是直流電動機電樞電阻，電抗器與晶閘管整流裝置總電阻之和，下面分別計算：(6-2)由公式可得R的值為：電樞回路總電感L：總

52、電感L與直流電動機電樞電流連續(xù)時的電感量相等，所以：式中的在這里我們實際取值為2.5mH，根據(jù)公式，得到，直流電機電樞回路的機電時間常數(shù)按下式計算：(6-3)放大倍數(shù)：(6-4)失控時間：電流反饋濾波系數(shù)：(6-5)被稱為電流的反饋濾波時間常數(shù)，在這里我們將取其值為，它為一個與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定值。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可得：，根據(jù)，在這里我們能夠?qū)⒋髴T性環(huán)節(jié)簡化為積分環(huán)節(jié)，圖6-4為簡化過后的電流內(nèi)環(huán)：圖 6-4 簡化過后的電流內(nèi)環(huán)在上圖中，。由電動機的準(zhǔn)則可取ACR參數(shù)為h=5，代入上式中可得：(6-6)，由于我們選擇了型號為BG305的集成運放構(gòu)成了電流調(diào)節(jié)器ACR，在這里我們?nèi)?，如果電位器處于狀態(tài)，

53、根據(jù)公式。(6-8)(6-7)實際取值為：，。ACR的結(jié)構(gòu)如圖6-5所示：圖 6-5 調(diào)節(jié)器ACR的結(jié)構(gòu)圖6.3 轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)整6.3.1 轉(zhuǎn)速外環(huán)的簡化與設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)作為電流環(huán)的外環(huán)，應(yīng)該在電流環(huán)已設(shè)計好并已進行了一定地優(yōu)化的前提下進行，以達到更好地控制效果。從圖6-2中可以看出電流內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)為：(6-9)式中，代入可得：(6-10)根據(jù)相關(guān)的理論方法，對傳遞函數(shù)進行相應(yīng)的化簡操作，可以得到下式：(6-11)ASR電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)可以用來替換圖6-1中的電流環(huán)，這樣就能夠取得其的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，也能夠把電流環(huán)變成單位反饋的形式。一階時間常數(shù)可以通過把小時間常數(shù)T和融合得到，通過上述一番操作

54、可以得到簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖6-6為轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖：(a)ASR(b)圖 6-6 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結(jié)構(gòu)的確定：從設(shè)計對調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性要求和轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到轉(zhuǎn)速外環(huán)在這里要構(gòu)建成典型II型， ASR應(yīng)該設(shè)計成PI調(diào)節(jié)器形式，這樣的設(shè)計可以基本上實現(xiàn)無靜差調(diào)速，很好地達到了設(shè)計要求對調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能要求。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的傳遞函數(shù)為：(6-12)這里我們?nèi)　?.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)包括驅(qū)動和，在這里我們不考慮負載擾動的影響，根據(jù)圖6-6可以得出的簡化后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，計算過程如下：(6-13)(6-14)+。圖 6-7 簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖飛輪慣量為：根據(jù)設(shè)計提供的參數(shù)可知該直流電動機，根據(jù)公式可得：。當(dāng)直流電動機在額定勵磁時的電動勢與轉(zhuǎn)速的比值為：(6-15)當(dāng)直流電動機在額定勵磁時的轉(zhuǎn)矩與電流的比值為：(6-16)在我們?nèi)≈绷麟妱訖C最高轉(zhuǎn)速時的給定電壓時，電流的反饋系數(shù)為：(6-17)我們在這里選取值為：，其被稱為轉(zhuǎn)速反饋的濾波時間常數(shù)，是一個與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定的值。直流電動機的機電時間常數(shù)為：(6-18)(6-19)小慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)之和為：根據(jù)最小準(zhǔn)則可以選取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的值：h=5，經(jīng)過計算可得：(6-20)(6-21)(6-22)轉(zhuǎn)速