三機架冷連軋機直流調速系統(tǒng)設計

1、三機架冷連軋機直流調速系統(tǒng)設計學生姓名：學 號：專業(yè)班級：自動化指導教師：李京完成時間：2016.9目錄第一章 課程設計概述11.1設計背景及目的11.2設計要求1第二章 直流調速系統(tǒng)的方案設計32.1現(xiàn)行方案的討論與比較32.2晶閘管電動機系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))42.3無環(huán)流控制的可逆晶閘管電動機系統(tǒng)52.4轉速負反饋直流調速系統(tǒng)62.5直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)6第三章 直流調速系統(tǒng)主電路設計83.1勵磁電流的設計83.2電機主電路的設計93.3電力電子變換電路的設計9第四章 直流調速系統(tǒng)控制電路設計104.1速度調節(jié)器104.2電流調節(jié)器104.3電流反饋與過流保護114.4轉速變換134.5轉矩極

2、性鑒別144.6零電平檢測154.7邏輯控制15第五章 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計175.1設計準備175.2電流調節(jié)器的設計185.3轉速調節(jié)器的設計20第六章 電路元件選擇與參數計算236.1 變壓器236.2 晶閘管236.3 晶閘管保護措施236.4 平波電控器24第七章 心得體會24第一章 課程設計概述1.1設計背景及目的運動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強的系統(tǒng)性、實踐性和工程背景，運動控制系統(tǒng)課程設計的目的在于培養(yǎng)學生綜合運用運動控制系統(tǒng)的知識和理論分析和解決運動控制系統(tǒng)設計問題，是學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法，提高學生調查研究、查閱文獻及正確使用

3、技術資料、標準、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設計方案的能力，設計計算和繪圖能力，實驗研究及系統(tǒng)調試能力，編寫設計說明書的能力。軋機控制的核心是板形和厚度控制。要達到良好的板形和保證可接受的厚度公差，軋機就必須保證良好的速度、張力的穩(wěn)定性。在控制方式上，主機的速度控制，給整個軋機提供穩(wěn)定的線速度基準。開卷機和卷曲機為恒張力控制。速度設定由主操作手在操作臺控制，控制信號傳送到各個傳動系統(tǒng)，速度設定是以主機為線速度基準，計算減速箱速比以及傳動輥工作輥輥徑，可以得出電機每分鐘需要的轉速是多少。根據控制功能，具有正反點動功能，用于穿帶及斷帶處理。按照線速度同步的原則計算轉速分配給傳動系統(tǒng)。張力控制

4、在冷軋行業(yè)是個必須面對和正確處理的問題，在整個軋制過程中至關重要。本文基于三機架冷連軋機直流調速系統(tǒng)的設計，通過對邏輯無環(huán)流控制系統(tǒng)研究，設計出應用于直流電機的速度、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據控制系統(tǒng)的設計技術指標要求，論述不同方案的區(qū)別并選擇適合的方案。再分步對控制系統(tǒng)各個模塊進行詳盡的設計說明、其中包括設計原理、參數計算和器的選擇。1.2設計要求(一)軋機工藝及對電力拖動系統(tǒng)的要求：1、軋機用途：軋制紫銅、合金條材，將厚度為2.5-6.0mm扎成成品厚度為1.0-2.5mm。2、設備配置：1234來料5+6789圖2-1中：1、2、3-主工作架，4-卷取機，5-減速機6、7、8-工作要架主電

5、機，9-卷宗取機電動機3、生產工藝對電力拖動的要求：(1)啟動到給料速度到規(guī)定速度制動到給料速度停止。(2)機架速度自動保持不變，機架間張力自動保持不變。(3)各機架可單獨起、制動和聯(lián)合起制動。(4)可以用任何軋制速度。直到電動機的極限值。(5)連軋機除正常停機外，還應有快速停車。(6)在連軋過程中或在過渡過程中，卷取機和第三機架的條材的張力應保持不變。(7)當斷帶時，能自動限制卷取機的速度。軋機因事故停止時，卷取機也應停止。(二)設計要求：1、三臺主工作機架的主電機參數及要求均一樣，只設計一臺控制系統(tǒng)就行。2技術指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量，空載起動至額定轉速時的轉速超調量，能實現(xiàn)快速制動。

6、（三）直流電機參數：Pnom=550KW,Unom=750V,Inom=780A,nnom=370r/min,Ce=1.19V.min/r,R=0.1,GD²=783.5N.m²,允許電流過載倍數=1.5。第二章 直流調速系統(tǒng)的方案設計2.1現(xiàn)行方案的討論與比較直流電動機的調速方法有三種：(1)調節(jié)電樞供電電壓：改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉速向下變速，屬恒轉矩調速方法。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時間常數較小，能快速響應，但需要大容量可調直流電源。(2)改變電動機主磁通：改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調速，但

7、只能減弱磁通進行調速（簡稱弱磁調速），從電機額定轉速向上調速，屬恒功率調速方法。𝐼變化遇到的時間常數同調壓方式電流變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所需電源容量小。(3)改變電樞回路電阻R𝑎：在電動機電樞回路外串電阻進行調速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能進行有級調速，調速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調速作用；還會在調速電阻上消耗大量電能。改變電阻調速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調速性能要求不高或低速運轉時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調速范圍不大，往往是和調壓調速配合使用，在額定轉速以上作小范圍的升速。對于要求在一

8、定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調速為主速。改變電樞電壓調速是直流調速系統(tǒng)采用的主要方法，調節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：(1)旋轉變流機組。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。由交流電動機(異步機或同步機)拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由G給需要調速的直流電動機M供電，調節(jié)G的勵磁電流𝑖a即可改變其輸出電壓U，從而調節(jié)電動機的轉速n。這樣的調速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)。(2)靜止式可控整流器。用靜止式的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流器，獲得可調的直流電

9、壓。通過調節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)裝置的相位，即可改變整流平均電壓,從而實現(xiàn)平滑調速。和旋轉變流機組及離心變流拖動裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經濟型和可靠性上都有很大的提高，而且在技術性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。(3)直流斬波器或脈寬調制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調制的方法產生可調的直流平均電壓。采用直流串勵或復勵電動機，由恒壓直流電網供電。采用直流斬波器或脈寬調制變換器(PWM)控制。2.2晶閘管電動機系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))圖2-2給出了晶閘管電動機系統(tǒng)的基本原理圖，圖中VT是晶閘管可控整流器，通過調節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位

10、，即可改變平均整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調速。和旋轉發(fā)電機組及離心拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經濟性和可靠性上都有提高，而在技術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在104以上，其門極電流可以直接電子控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流裝置是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。圖2-2晶閘管電動機系統(tǒng)的基本原理圖晶閘管直流裝置也有它的缺點。首先，由于晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難，必須采用正、反兩組全控整流電路。其二，晶閘管對過電壓、過電流和過高的du/dt與di/dt

11、都十分敏感，其中任一指標超過允許值都可能在很短時間內損壞器件，因此必須有可靠的保護電路和符合要求的散熱條件，而在選擇器件時還應留有適當的余量。由諧波與無功功率引起電網電壓波形畸變，殃及附近的用電設備，造成“電力公害”。2.3無環(huán)流控制的可逆晶閘管電動機系統(tǒng)在有環(huán)流系統(tǒng)中，雖然其具有反向快、過度平滑等優(yōu)點，但設置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，對于大容量的系統(tǒng)，從機器生產可靠性出發(fā)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬間脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。當一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去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)，以確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流

12、的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。邏輯控制無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的組成及工作原理圖如圖所示：圖2-3邏輯控制無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)結構的特點：主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒有環(huán)流，不用設置環(huán)流電抗仍保留平波電抗器Ld，以保證穩(wěn)定運行時電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設兩個電流調節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR。1ACR的給定信號經反號器AR作為2ACR的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)。它按照系

13、統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行正、反組的自動切換，其輸出信號Ubl來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。2.4轉速負反饋直流調速系統(tǒng)圖2-4轉速負反饋直流調速系統(tǒng)根據自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調量出現(xiàn)偏差，它就會自動產生糾正偏差的作用。調速系統(tǒng)的轉速降落正是由負載引起的轉速偏差，顯然，引入轉速閉環(huán)將使調速系統(tǒng)大大減少轉速降落。閉環(huán)控制系統(tǒng)的代價是：增加放大器和轉速檢測元件。2.5直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)采用PI調節(jié)的單個轉速閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求

14、快速起動，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。在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。實際中往往希望在起動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節(jié)器的輸人端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用。因此，本設計中采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調速。為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級聯(lián)

15、接，系統(tǒng)結構圖如圖2-5所示。這就是說，把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速調節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器一般都采用PI調節(jié)器，其原理如圖2-5-1所示。圖2-5雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成ASR轉速調節(jié)器ACR電流調節(jié)器TG測速發(fā)電機TA電流互感器GT電力電子變換器圖2-5-1雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)電路原理圖RASRACR1/CeId+-UnUiUi*+-Uc-nKsUd0+Un*圖2-5-2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

16、結構框圖第三章 直流調速系統(tǒng)主電路設計主電路的穩(wěn)定安全運行直接影響整個系統(tǒng)的性能，為了保證冷連軋機的卷取機系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運行特性，則需要設計可逆的調速系統(tǒng)，采用六個晶閘管構成三相橋式整流電路的反并聯(lián)裝置可以解決電動機的正反轉運行和回饋制動的問題。3.1勵磁電流的設計直流調速系統(tǒng)主電路由三相Y變壓器接電網供電。變壓器分別給電動機和勵磁回路供電，勵磁回路采用不可控的二級管整流器產生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓。如圖所示，直流調速調速系統(tǒng)勵磁回路電路圖。VDC圖3-1直流調速系統(tǒng)勵磁回路三相變壓器主回路的接法能夠消除電網中主要存在的三次諧波，防止三次諧波流到副邊。勵磁回路輸出電壓為

17、220V而三相不可控整流輸出電壓與輸入電壓的關系為Ud=2.34U2。3.2電機主電路的設計電動機回路也由三相Y變壓器接電網供電，經三相晶閘管整流得到直流電流向電動機供電。如圖3-2所示，直流電動機回路電路圖。圖3-2直流電動機回路電路圖圖中主回路中都連接了熔斷器對電路進行過流保護，當回路中電流過大時熔斷器熔斷主電路斷開設備得到保護。當起動按鈕按下時接觸器KM得電，起動自鎖開關合上防止起動按鈕誤動作造成電路斷電。同時主回路中接觸器KM合上，主電路接通。圖中TA1和TA2為電流互感器，用于檢測電流的大小，實現(xiàn)對電路的過流保護及電流反饋環(huán)節(jié)的電流檢測。電流互感器均采用星形接線方式，對各種短路故障均

18、起作用。電流互感器的選取由主回路中的電流值決定。而變壓器副邊連接的三相阻容負載用于平衡負載濾除副邊電網中的諧波的作用。其參數的選擇可根據所要濾除的諧波決定。3.3電力電子變換電路的設計電力電子變換器UPE采用三相橋式晶閘管連接方式，分為正組和反組兩套整流橋。具體結構如右圖所示。晶閘管三相橋式可控電路的輸出電壓與輸入電壓的關系為Ud=2.34U2cos。第四章 直流調速系統(tǒng)控制電路設計控制回路主要功能是通過邏輯無環(huán)流控制系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定地運行，達到設計的要求，滿足設計指標，并保證控制系統(tǒng)的實用性使得對系統(tǒng)控制變得易于操作?？刂齐娐分饕ㄋ俣拳h(huán)、電流環(huán)及無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)電路。4.1速度調

19、節(jié)器速度調節(jié)器由運算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成，對給定和反饋兩個輸入量進行加法、減法、比例、積分和微分等運算。其原理如圖4-1所示：圖4-1速度調節(jié)器在圖中“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運放輸入限幅，保護運放的作用。二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成正負限幅可調的限幅電路。由C1、R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調。R7、C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。改變R7的阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數，改變C5的電容值改變了系統(tǒng)的響應時間。RP3為調零電位器。4.2電流調節(jié)器電流調節(jié)器由運算放大器、限幅電路、互補輸出、輸入阻抗網絡及反饋阻抗網絡等

20、環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與速度調節(jié)器相同。電流調節(jié)器與速度調節(jié)器相比，增加了幾個輸入端，其中“3”端接推信號，當主電路輸出過流時，電流反饋與過流保護的“3”端輸出一個推信號（高電平）信號，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運放的反向輸入端，使調節(jié)器的輸出電壓下降，使角向180度方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護主電路?！?、7”端接邏輯控制器的相應輸出端，當有高電平輸入時，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、V5導通，將相應的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實驗中“4、6”端同為輸入端，其輸入的值正好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個值正好抵消為零，這時就需要通過“5、7”端的電壓輸入來控制。

21、圖4-2電流調節(jié)器4.3電流反饋與過流保護本單元有兩個功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當主電源輸出電流超過某一設定值時發(fā)出過流信號切斷電源。TA1,TA2,TA3為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個園孔均為觀測孔，不需再外部進行接線，只要將DJK04掛件的十芯電源線與插座相連接，那么TA1、TA2、TA3就與屏內的電流互感器輸出端相連，當打開掛件電源開關，過流保護即處于工作狀態(tài)。圖4-3電流反饋與過流保護原理圖(1)電流反饋與過流保護的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負載電流大小的電壓信號經三相橋式整流電路整流后加至

22、RP1、RP2、及R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中:R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在其中點取零電流檢測信號從1腳輸出，供零電平檢測用。當電流反饋的電壓比較低的時候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7截止。當電流反饋的電壓升高的時候，“1”端的輸出也隨著升高，當輸出電壓接接近0.6V左右時，VD7導通，使輸出始終保持在0.6V左右。將RP1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“2”端輸出，電流反饋系數由RP1進行調節(jié)。RP2的滑動觸頭與過流保護電路相連，調節(jié)RP2可調節(jié)過流動作電流的大小。(2)當電路開始工作時，由于電容C2的存在，V3先與V2導通，V3的集電極低電位，V4截止

23、，同時通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止狀態(tài)。(3)當主電路電流超過某一數值后，RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導通，從而V3截止，V4導通使繼電器K動作，控制屏內的主繼電器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實驗裝置已過流跳閘。調節(jié)RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。(4)過流的同時，V3由導通變?yōu)榻刂?，在集電極產生一個高電平信號從“3”端輸出，作為推信號供電流調節(jié)器使用。(5)SB為解除過流記憶的復位按鈕，當過流故障己經排除，則須按下SB以解除記憶，才能恢復正常工作。當過流動作后，電源通過S

24、B、R4、VD8及C2維持V2導通，V3截止、V4導通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當按下SB后，V2基極失電進入截止狀態(tài)，V3導通、V4截止，電路才恢復正常。4.4轉速變換轉速變換用于有轉速反饋的調速系統(tǒng)中，它將反映轉速變化并與轉速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。圖4-4速度變換圖使用時，將電壓輸出端接至轉速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經R1和RP1分壓，調節(jié)電位器RP1可改變轉速反饋系數。圖4-4-1電壓給定原理圖電壓給定由兩個電位器RP1、RP2及兩個鈕子開關S1、S2組成。S1為正、負極性切換開關，輸出的正、負電壓的大小分別由RP1、RP2來調節(jié)，其輸出電壓范

25、圍為0士l5V，S2為輸出控制開關，打到“運行”側，允許電壓輸出，打到“停止”側，則輸出為零。按以下步驟撥動S1、S2，可獲得以下信號：(1)將S2打到“運行”側，S1打到“正給定”側，調節(jié)RP1使給定輸出一定的正電壓，撥動S2到“停止”側，此時可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側，此時可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。(2)將S2打到“運行”側，S1打到“負給定”側，調節(jié)RP2使給定輸出一定的負電壓，撥動S2到“停止”側，此時可獲得從負電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運行”側，此時可獲得從0V突跳到負電壓的階躍信號。(3)將S2打到“運行”側，撥動S1，分別調

26、節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負電壓，當S1從“正給定”側打到“負給定”側，得到從正電壓到負電壓的跳變。當S1從“負給定”側打到“正給定”側，得到從負電壓到正電壓的跳變。元件RP1、RP2、S1及S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流數字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長時間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時候，可能會將RP1、RP2損壞。4.5轉矩極性鑒別轉矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉矩極性的變化。它是一個由比較器組成的模數轉換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉換成邏輯運算所需的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖4-5-1所示。轉矩極性鑒

27、別器的輸入輸出特性如圖4-5-2所示，具有繼電特性。調節(jié)運放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:Uk=Usr2一Usr1=K1(Uscm2一Uscm1)式中，K1為正反饋系數，K1越大，則正反饋越強，回環(huán)寬度就越??；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉到負及由負翻轉到正所需的最小輸入電壓；Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.20.6V，環(huán)寬大時能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時會使系統(tǒng)動作遲鈍。圖4-5-1轉矩極性鑒別原理圖圖4-5-2轉矩極性鑒別器特性4.6零電平檢測零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工

28、作原理與轉矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進行零電流檢測，當輸出主電路的電流接近零時，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖4-6-1和圖4-6-2所示。圖4-6-1零電平檢測器原理圖4-6-2零電平檢測器輸入輸出特性4.7邏輯控制邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)，其作用是對轉矩極性和主回路零電平信號進行邏輯運算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運行。其原理圖如圖4-7所示。其主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護電路、推b電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。圖4-7邏輯控制器原理圖(1)邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務是根

29、據轉矩極性鑒別和零電平檢測的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI是否從“0”變“1”決定)。即當UM變號后，零電平檢測到主電路電流過零(UI=“1”)時，邏輯判斷電路立即翻轉，同時應保證在任何時刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。(2)延時環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF后，經關斷等待時間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設置相應的延時電路，延時電路中的VD1、VD2、C1、C2起t1的延時作用，V

30、D3、VD4、C3、C4起t2的延時作用。(3)邏輯保護環(huán)節(jié)邏輯保護環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護環(huán)節(jié)。當邏輯電路發(fā)生故障時，UZ、UF的輸出同時為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護環(huán)節(jié)后。當UZ、UF全為“1”狀態(tài)時，使邏輯保護環(huán)節(jié)輸出A點電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時封鎖，避免產生短路和環(huán)流事故。(4)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級。第五章 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計四輥冷軋機直流調速系統(tǒng)要求實現(xiàn)轉速無靜差，所以兩個調節(jié)器都

31、采用PI調節(jié)器。轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖如圖5-1所示。a轉速反饋系數；b電流反饋系數；ASR轉速調節(jié)器；ACR電流調節(jié)器；為晶閘管觸發(fā)整流裝置的電壓放大系數；為電樞回路總電阻；為電動機的電動勢系數；為電樞電流。其中兩個調節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓，也就限制了電動機的最大起動電流。5.1設計準備根據經驗，電動機轉速達到額定值時的取轉速給定為，ASR輸出的限幅值為，ACR輸出的限幅值為。晶閘管放大系數為。圖5-1轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖1系統(tǒng)固

32、有參數計算電動機的電動勢常量為Pnom=550KW, Unom=750V, Inom=780A, nnom=370r/min, Ce=1.19V.min/r,電動機的轉矩常量為𝐶𝑚=9.55𝐶𝑒=9.55×1.19=11.36Nm/A機電時間常數為Tm=GD2R375CmCe=783.5×0.1375×11.36×1.19=0.015s電樞回路電磁時間常數為Tl=LR=0.0130.1=0.13s2預先設定反饋參數調節(jié)器輸入回路電阻電流反饋系數為=Uim*Idm=Uim*IN=101170=

33、0.0085V/A轉速反饋系數為5.2電流調節(jié)器的設計1確定時間常數1)整流裝置之后時間常數：三相橋式電路的平均失控時間為。2)電流濾波時間常數：三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應有，因此取。3)電流環(huán)小時間常數之和：按小時間常數近似處理。取2.選擇電流調節(jié)器結構根據設計要求i5%，并保障穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I系統(tǒng)設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI電流調節(jié)器。其傳遞函數為，式中為電流調節(jié)器的比例系數；為電流調節(jié)器的超前時間常數。檢查對電源電壓的抗擾性能：參照典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。3計算電流調節(jié)器參數電流調節(jié)器超前時

34、間常數：。電流環(huán)開環(huán)增益：要求，取，因此于是，ACR的比例系數為Ki=KIiRKs=135.1×0.13×0.140×0.0085=5.174校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：（1）晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件滿足近似條件。（2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件31TmTl=3×10.015s×0.13s=67.9s-1<ci滿足近似條件。（3）電流環(huán)小時間常數近似處理條件滿足近似條件。5計算調節(jié)器電阻和電容給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調節(jié)器原理圖如圖5-2所示。按照已經設定的，各電阻和電容值為按照上述參數，電流環(huán)可以達到的動

35、態(tài)跟隨性能指標為，滿足設計要求。圖5-2電流調節(jié)器5.3轉速調節(jié)器的設計1確定時間常數1)電流環(huán)等效時間常數。已取，則2)轉速濾波時間常數。根據所用測速發(fā)電機紋波情況，取3)轉速環(huán)小時間常數之和。按小時間常數近似處理，取2選擇轉速調節(jié)器結構按照設計要求，選用PI調節(jié)器，其傳遞函數。式中Kn為轉速調節(jié)器的比例系數；tn為轉速調節(jié)器的超前時間常數。3計算轉速調節(jié)器參數按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則轉速調節(jié)器超前時間常數為得轉速環(huán)開環(huán)增益為于是，ASR的比例系數為4校驗近似條件轉速環(huán)截止頻率為（1）電流環(huán)傳遞函數簡化條件（2）轉速環(huán)小時間常數近似處理條件5計算調節(jié)器電阻和電容給定濾波和反饋濾波

36、的模擬式PI型轉速調節(jié)器原理圖如圖5-4所示。按照已經設定的，各電阻和電容值為6校驗轉速超調量當h=5時，查附表3得,不能滿足。實際上，附表3是按線性系統(tǒng)計算的超調量，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，具有飽和非線性特性。所以，應按ASR退飽和的情況重新計算超調量。設理想空載起動時，當時，查附表2得：進行可見滿足轉速超調量的要求。圖5-6速度調節(jié)器電路圖第六章 電路元件選擇與參數計算6.1 變壓器 整流變壓器采用三相橋整流，對這樣的可逆系統(tǒng)有： 𝑈v= 1.051.10 UMN / 3=1.05× 750/ 3=454.7V又整流電流 𝐼v=0.816× IdN =0.816×780=636.48A所以，副方變壓器容量為: 𝑆2=3𝑈v