雙閉環(huán)直流可逆有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)

1、武漢理工大學(xué)電力拖動與控制系統(tǒng)課程設(shè)計摘 要許多生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當長時期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強的優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求

2、較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。本文對直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆系統(tǒng)進行了分析與設(shè)計，得到其控制電路、主電路和保護電路的結(jié)構(gòu)，并利用MATLAB進行仿真，對結(jié)果進行了驗證，得到了與理論基本相同的結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 負反饋 目 錄1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標11.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理11.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標11.2.1靜態(tài)性能指標21.2.2 動態(tài)性能指標32 直流雙閉環(huán)有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析52.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性5

3、2.1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成52.1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析62.2有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖63 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR及電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計73.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用73.2 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計83.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計103.3.1 電流環(huán)的簡化103.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計114 轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計134.1 轉(zhuǎn)速反饋電路的設(shè)計134.2 電流反饋電路的設(shè)計135 集成觸發(fā)電路設(shè)計145.1 配合控制145.2 集成觸發(fā)電路156 主電路及其保護電路設(shè)計166.1 主電路設(shè)計166.2 保護電路176.2.1 過電流保護176.2.2 過

4、電壓保護電路177 MATLAB仿真18小結(jié)與體會20參考文獻21附錄22直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管直流電動機(VM)組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。它在理論上實踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。直流電動機的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系用式（11）表示 （11）式中 n電動機轉(zhuǎn)速；U電樞供電電壓； I電樞電流； R電樞回路總電阻，單位為 由電機機構(gòu)決定的電勢系數(shù)。在上式中， 是常數(shù)，電流I是由負載決

5、定的，因此，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻R。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱勵磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標根據(jù)各類典型生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出的要求，一般可以概括為靜態(tài)和動態(tài)調(diào)速指標。靜態(tài)調(diào)速指標要求電力傳動自動控制系統(tǒng)能在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時，速度穩(wěn)定；動

6、態(tài)調(diào)速指標要求系統(tǒng)啟動、制動快而平穩(wěn)，并且具有良好的抗擾動能力?？箶_動性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速上運行時，應(yīng)盡量不受負載變化以及電源電壓波動等因素的影響。1.2.1靜態(tài)性能指標1）調(diào)速范圍 生產(chǎn)機械要求電動機在額定負載運行時，提供的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，稱為調(diào)速范圍，用符號D表示 （12）2）靜差率靜差率是用來表示負載轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度，用系數(shù)s來表示。具體是指電動機穩(wěn)定工作時，在一條機械特性線上，電動機的負載由理想空載增加到額定值時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比，用百分數(shù)表示為 （13）顯然，機械特性硬度越大，機械特性硬度越大，越小，靜差率就越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。然而靜差率和

7、機械特性硬度又是有區(qū)別的。兩條相互平行的直線性機械特性的靜差率是不同的。對于圖11中的線1和線2，它們有相同的轉(zhuǎn)速降落=，但由于，因此。這表明平行機械特性低速時靜差率較大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就越差。在1000r/min時降落10r/min，只占1%；在100r/min時也降落10r/min，就占10%；如果只有10r/min，再降落10r/min時，電動機就停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速全都降落完了。由圖11可見，對一個調(diào)速系統(tǒng)來說，如果能滿足最低轉(zhuǎn)速運行的靜差率s，那么，其它轉(zhuǎn)速的靜差率也必然都能滿足。 圖11事實上，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指

8、在最低速時還能滿足所提靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對靜差率的要求。任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。1.2.2 動態(tài)性能指標自動控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標包括對給定信號的跟隨性能指標和對擾動輸入信號的抗擾性能指標。一、跟隨性能指標在給定信號（或稱參考輸入信號）R(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標來描述。當給定信號表示方式不同時，輸出響應(yīng)也不一樣。通常以輸出量的初始值為零，給定信號階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程，這時的動態(tài)響應(yīng)又稱為階躍響應(yīng)。一般希望在階躍響應(yīng)中輸出量c(t)與其穩(wěn)態(tài)值的偏差越小越好，

9、達到的時間越快越好。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標有上升時間，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間：1）上升時間在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時間稱為上升時間，它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性，見圖12。圖122）超調(diào)量 在典型的階躍響應(yīng)跟隨系統(tǒng)中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數(shù)表示，叫做超調(diào)量： （14）超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。 3）調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個調(diào)節(jié)過程的快慢。原則上它應(yīng)該是從給定量階躍變化起到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時間。對于線性控制系統(tǒng)來說，理論上要到才真正穩(wěn)定，但是實際系統(tǒng)由

10、于存在非線性等因素并不是這樣。因此，一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取的范圍作為允許誤差帶，以響應(yīng)曲線達到并不再超出該誤差帶所需的最短時間定義為調(diào)節(jié)時間，見圖12。二、抗擾性能指標一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運行中，突加負載的階躍擾動后的動態(tài)過程作為典型的抗擾過程，并由此定義抗擾動態(tài)性能指標，見圖13。常用的抗擾性能指標為動態(tài)降落和恢復(fù)時間： 1）動態(tài)降落系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，突加一定數(shù)值的擾動（如額定負載擾動）后引起轉(zhuǎn)速的最大降落值叫做動態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值的百分數(shù)來表示。輸出量在動態(tài)降落后逐漸恢復(fù)，達到新的穩(wěn)態(tài)值是系統(tǒng)在該擾動作用下的穩(wěn)態(tài)降落。動態(tài)降落一般都大于穩(wěn)態(tài)降落（即靜差）。調(diào)速系統(tǒng)突加額定負載擾

11、動時的動態(tài)降落稱作動態(tài)降落。 2）恢復(fù)時間從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的范圍之內(nèi)所需的時間，定義為恢復(fù)時間，其中稱為抗擾指標中輸出量的基準值。實際系統(tǒng)中對于各種動態(tài)指標的要求各有不同，要根據(jù)生產(chǎn)機械的具體要求而定。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標以抗擾性能為主。圖1-32 直流雙閉環(huán)有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性2.1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。兩者之間實行嵌套連接，如圖21所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作

12、電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析圖2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖分析靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的 調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI的作用使輸入偏差電壓

13、U在穩(wěn)態(tài)時總為零。實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。2.2有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖主電路由兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅，以限制最大制動電流和最小控制角與最小逆變角。根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需要，給定電壓Un，電流反饋電壓Ui都應(yīng)該能反映正和負的極性。圖2-3中的電流互感器TA采用霍爾變換器可以滿足這一要求。 直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，課在環(huán)流回路中串入電抗器

14、，環(huán)路電抗器，如圖2-3中的Lc1、Lc2、Lc3和Lc4。環(huán)流電抗器的大小可以按照瞬時環(huán)流的直流分量限制在負載額定電流的5%-10%來設(shè)計。Ld為平波電抗器，用于減少電動機電樞電流的脈動，減少電樞電流的斷續(xù)區(qū)，改善電動機的機械特性，在流過較大的負載電流時，環(huán)流電抗器會飽和，而Ld體積大，可以不飽和，從而發(fā)揮濾平電流波形的作用。為了確保兩組整流器的工作狀態(tài)相反，電流調(diào)節(jié)器的輸出分兩路，一路經(jīng)正組橋觸發(fā)器GTF控制正組橋整流器，另一組經(jīng)反相器AR、反組橋GTR控制反組橋整流器。電動機正常運行時，一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一組晶閘管裝置處于“待逆變狀態(tài)” 電動機若需要制動，整流組晶閘

15、管進入“待整流狀態(tài)”，待逆變組晶閘管真正開始逆變，電動機回饋電能 ，配合控制時，只有一組晶閘管裝置投入使用，另一組處于等待工作狀態(tài)。系統(tǒng)的組成圖有以下特點： 主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)連接（也可采用交叉連接），因為有二條并聯(lián)的環(huán)流通路，所以要用四個環(huán)流電抗器。由于環(huán)流電抗器流過較大的負載電流飽和。因此在電樞回路中還要另設(shè)一個體積較大的平波電抗器Ld。 控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)， ASR、 ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅，限制、。Uct=-Uct滿足。給定電壓應(yīng)有正負極性，由繼電器KF和KR來切換?？赡妫赞D(zhuǎn)速和電流方向可變，轉(zhuǎn)速和電流檢測也要反映相應(yīng)極性。圖2-3 有環(huán)流

16、可逆V-M系統(tǒng)原理圖3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR及電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，當偏差電壓為零時，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差；對負載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。2)電流調(diào)節(jié)器的作用在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化；對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。3.2 電流調(diào)節(jié)器ACR的設(shè)計電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖簡化框圖如圖3-1所示。根據(jù)設(shè)計要求電流超調(diào)量，并保證

17、穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性的，采用PI型調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)可寫成：式中 Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ti 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。圖3-1電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖中（1） 確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)；電流濾波時間常數(shù)=0.002 s（三相橋式電路每個波頭是時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）=3.33ms，因此取=2ms=0.002s）電流環(huán)小時間常數(shù)之和，按小時間常數(shù)近似處理，（2） 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求：，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,所以把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計成PI型的。檢查對電源電壓的

18、抗擾性能：。各項指標都是可以接受的。（3） 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)。電流環(huán)開環(huán)時間增益：要求時，應(yīng)取，因此于是，ACR的比例系數(shù)（4） 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率:校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件滿足近似條件校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件（5） 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖3-2所示，按所用運算放大器取，各電阻和電容值計算如下：取40取0.75取0.2圖3-2電流調(diào)節(jié)器的原理圖3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的設(shè)計3.3.1 電流環(huán)的簡化電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量為，輸出量為，原來

19、是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)經(jīng)過小慣性的近似處理等效成單位負反饋系統(tǒng)如圖3-3所示。電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中可等效為：再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常

20、數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中則轉(zhuǎn)速還結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化為圖3-3所示的簡化結(jié)構(gòu)。Ui*(s)/n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s)+-IdL (s)Id (s)a /b TSns+1圖3-3轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)簡化框圖3.3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。 （1） 確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)。已知取,則轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常

21、數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取（2） 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； t n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。（3） 選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)取，則ASR的超前時間常數(shù)為由此的轉(zhuǎn)速開環(huán)增益可求得ASR的比例系數(shù)為（4） 校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足簡化條件（5） 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-4所示，取，則取47取2取圖3-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖（6） 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量空載起動至額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量為：滿足性能指標。校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-5所示：n (s)+-U*n(

22、s)a圖3-5校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)4 轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計4.1 轉(zhuǎn)速反饋電路的設(shè)計轉(zhuǎn)速反饋電路如圖4-1。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。測速發(fā)電機的輸出電壓不僅表示轉(zhuǎn)速的大小，還包含轉(zhuǎn)速的方向，測速電路如圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器所示，通過調(diào)節(jié)電位器即可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。圖4-1 轉(zhuǎn)速檢測電路4.2 電流反饋電路的設(shè)計電流反饋放大器不受基本增益帶寬積的限制，隨著信號幅度的增加，帶寬的損失非常小。因為可以在最小失真的條件下對大信號進行調(diào)節(jié)，這些放大器在非常高的頻率下通常都具有優(yōu)異的線性度。而電壓反饋放大器的帶寬隨

23、著增益的增加降低，電流反饋放大器在很寬的增益范圍上維持其大部分帶寬不變。由于放大器的交流特性部分地取決于反饋電阻，這就讓我們能夠針對每一個特定的應(yīng)用“量身定制”放大器。降低反饋電阻的數(shù)值將提升環(huán)路增益。為了保持穩(wěn)定性和最大的帶寬，在低增益時，反饋電阻要設(shè)置為較高的數(shù)值；隨著增益的上升，環(huán)路增益自然降低。如果需要高的增益，可以利用較小的反饋電阻來部分地恢復(fù)環(huán)路增益。電流反饋電路如圖4-2所示：圖4-2 電流反饋電路5 集成觸發(fā)電路設(shè)計5.1 配合控制將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90°，即當控制電壓 時，使，。電機處于停止狀態(tài)。增大時，使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反。

24、正組VF整流，應(yīng)接收正的，所以減小而增大或減小，使正組整流而反組逆變，在控制過程中始終保持。反轉(zhuǎn)時，應(yīng)保持。配合控制電路和配合控制特性如圖5-1和5-2所示： 圖5-1 配合控制電路 圖5-2 配合控制特性為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小而導(dǎo)致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中進行限幅，形成最小逆變角保護。與此同時，對角也實施保護，以免出現(xiàn)而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常?。?.2 集成觸發(fā)電路集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。正組晶閘管VF，由GTF控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時，VF整流；反轉(zhuǎn)時

25、，VF逆變。􀀟反組晶閘管VR，由GTR控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時，VR整流；正轉(zhuǎn)時，VR逆變。通過控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時刻，就能控制整流電路的觸發(fā)角的大小。在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有觸發(fā)脈沖。在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給序號緊前的一個晶閘管補發(fā)脈沖。即用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差60o，脈寬一般為20o 30o，稱為雙脈沖觸發(fā)。雙脈沖電 路較復(fù)雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。觸發(fā)電路如圖5-3所示。圖5-3 觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，輸出脈沖前沿陡，抗干擾能力強，對于控制精度要求不高的小

26、功率系統(tǒng)，可采用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路來控制；對于大容量晶閘管一般采用晶體管或集成電路組成的觸發(fā)電路。計算機數(shù)字觸發(fā)電路常用于控制精度要求較高的復(fù)雜系統(tǒng)中。各類觸發(fā)電路有其共同特點，一般由同步環(huán)節(jié)、移相環(huán)節(jié)、脈沖形成環(huán)節(jié)和功率放大輸出環(huán)節(jié)組成。6 主電路及其保護電路設(shè)計6.1 主電路設(shè)計直流雙閉環(huán)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖6-1所示，兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不會存在環(huán)流。但當兩組橋之間需要切換時，不能簡單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時把原來封鎖著的一組橋立即開通，因為已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)斷，必須待晶閘管

27、承受反壓時才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放同時進行，原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會產(chǎn)生很大的短路電流，把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘管斷流，要妥當處理主回路中的電感儲存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開通原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。圖6-1 主電路6.2 保護電路6.2.1 過電流保護晶閘管本身流過電流超過其所能承受最大電流時，電流所產(chǎn)生熱量會將晶閘管燒毀擊穿，引起事故。常見的保護措施是在晶閘管回路中串入快速熔斷器。如圖6-2為過電流保