直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速

1、. . . . 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目： 直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速 學(xué)院：化工大學(xué) 專業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí)： 華電專111學(xué)生： 一瑋 指導(dǎo)教師： 慧榮 1設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)與目標(biāo)(1)本次的設(shè)計(jì)任務(wù)就是直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的設(shè)計(jì)，使其能更好的為我們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。(2) 本次的設(shè)計(jì)目的就是要求設(shè)計(jì)要使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以由零平滑調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，能實(shí)現(xiàn)高速起動(dòng)，具有較高的調(diào)速精度。2設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和容(1) 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí) (2) 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 (3) 主電路以與控制電路的設(shè)計(jì)3主要參考文獻(xiàn)1 家生.電機(jī)原理與拖動(dòng)基礎(chǔ).郵電學(xué)院，2006年 2 唐介.電機(jī)與拖動(dòng)

2、 . :高等教育,2003年 3 世元.電機(jī)學(xué).中國(guó)電力，2004年 4 徐邦荃.直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng).華中科技大學(xué),2008年5 影.電機(jī)與電力拖動(dòng). :國(guó)防工業(yè),2006年4進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起 止 日 期1論文初稿2012年12月27日2第一次修改2012年12月30日3第二次修改2013年01月08日4第三次修改2013年02月17日5論文終稿2013年03月16日直流電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速摘 要本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用調(diào)速系統(tǒng)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，使其實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)的效果。此調(diào)速系統(tǒng)由主電路和控制電路兩部分組成：主電路是采用晶閘管可控整流裝置進(jìn)行調(diào)速;控制電路是采用雙閉環(huán)速度電流調(diào)節(jié)方法

3、進(jìn)行反饋。系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速方法可以獲得與電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。雙閉環(huán)速度電流調(diào)節(jié)這種方法雖然初次頭次成本相對(duì)而言較高，但它保證了系統(tǒng)的性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝要求的滿足，它既兼顧了啟動(dòng)時(shí)的電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，又保證穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定性，在起動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用很好地滿足了生產(chǎn)需要。35 / 39關(guān)鍵詞：無(wú)級(jí)調(diào)速；雙閉環(huán)；晶閘管目錄第1章前言1第1節(jié)問(wèn)題提出的意義1第1.2節(jié)國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)簡(jiǎn)介2第1.3節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

4、與趨勢(shì)2第2章直流電動(dòng)機(jī)的概述5第2.1節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)52.1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)52.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理62.1.3直流電動(dòng)機(jī)的組成與分類7第2.2節(jié)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理92.2.1直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式92.2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程102.2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性11第3章設(shè)計(jì)任務(wù)與要求16第3.1節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)16第3.2節(jié)設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo)16第4章電路設(shè)計(jì)18第4.1節(jié)主電路設(shè)計(jì)184.1.1電機(jī)參數(shù)計(jì)算和晶閘管容量參數(shù)計(jì)算184.1.2整流電路的選擇204.1.3整流器件的選擇214.1.4 觸發(fā)電路的選擇214.1.5穩(wěn)壓電源的選擇224.1.6主電路保護(hù)器件選擇

5、23第4.2節(jié)控制電路設(shè)計(jì)234.2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成254.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析264.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用29第4.3節(jié)調(diào)速系統(tǒng)主、控電路圖30第4.4節(jié)調(diào)試過(guò)程31總結(jié)33參考文獻(xiàn)34致35第1章 前言第1節(jié) 問(wèn)題提出的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電氣設(shè)備發(fā)展日新月異。尤其以計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，使制造技術(shù)的涵和外延發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)不斷吸收信息控制、材料、能量與管理等領(lǐng)域的現(xiàn)代成果，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、生產(chǎn)管理和售后服務(wù)。在生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)模式等方面，許多新的思想和概念不斷涌現(xiàn)，而且，不同

6、科學(xué)之間相互滲透、交叉融合，迅速改變著傳統(tǒng)電氣設(shè)備制造業(yè)的面貌，從而使得產(chǎn)品頻繁的更新?lián)Q代，這就使得電機(jī)成為社會(huì)生產(chǎn)和生活中必不可少的工具。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生活產(chǎn)品的需求要不斷趨向多樣化，這就要求生產(chǎn)設(shè)備必須具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在不同的時(shí)候進(jìn)行不同的操作，完成不同的任務(wù)。為了使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別是大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產(chǎn)行業(yè)，為達(dá)到很高的控制精度，速度的穩(wěn)定性，調(diào)速圍等要求，又由于交流調(diào)速在當(dāng)時(shí)尚未解決好調(diào)速控制問(wèn)題，調(diào)速圍不大，控制精度低，快速性差等性能指標(biāo)不滿足生產(chǎn)工藝的要求，所以當(dāng)時(shí)大量使用的是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，尤其是直流無(wú)

7、級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，它具有調(diào)速性能好，圍寬，動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，雖然隨著控制技術(shù)以與電力電子技術(shù)的的發(fā)展，制造工藝技術(shù)的提高，大量出現(xiàn)交流調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，但直流傳動(dòng)所具有的優(yōu)點(diǎn)特征，至今仍大量廣泛地使用直流調(diào)速。因此實(shí)現(xiàn)直流無(wú)級(jí)調(diào)速對(duì)我們社會(huì)生產(chǎn)和生活有著重大的意義。第1.2節(jié) 國(guó)產(chǎn)直流電機(jī)簡(jiǎn)介為了滿足各行業(yè)按不同運(yùn)行條件對(duì)電動(dòng)機(jī)提出的要求，將直流電機(jī)制造成不同型號(hào)的系列。所謂系列就是指結(jié)構(gòu)形狀基本相似，而容量按一定比例遞增的一系列電機(jī)。它們的電壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)座型號(hào)和鐵心長(zhǎng)度都是一定的等級(jí)?，F(xiàn)將我國(guó)目前生產(chǎn)的幾個(gè)主要系列直流電機(jī)簡(jiǎn)要的介紹如下。Z2系列為普通用途的中、小型電機(jī)。它的容量

8、從400W到200KW，電動(dòng)機(jī)的額定電壓有200V和110V兩種，額定轉(zhuǎn)速有3000、1500、1000、750與600r/min五個(gè)等級(jí)。Z2系列普通用途的中型直流電動(dòng)機(jī)，容量從40KW到370KW。ZJD系列為大型直流電動(dòng)機(jī)，容量從150KW到6500KW，主要用于驅(qū)動(dòng)大型軋鋼機(jī)與卷?yè)P(yáng)機(jī)。第1.3節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)隨著電力半導(dǎo)體交流技術(shù)的日益發(fā)展成熟，直流電機(jī)在許多領(lǐng)域已被整流裝置代替，但直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、調(diào)速和正反轉(zhuǎn)特性，能滿足生產(chǎn)過(guò)程中的各種特殊要求，因而在需要寬廣調(diào)速的場(chǎng)合與特殊要求的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中占有一定得應(yīng)用地位。目前，我國(guó)電機(jī)有一定生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)有500多

9、家，生產(chǎn)的電機(jī)產(chǎn)品有500多個(gè)系列，近1500個(gè)品種。1997年我國(guó)電機(jī)產(chǎn)量約為55288MW，1998年約為72505MW，1999年約為62000MW。電動(dòng)機(jī)出口量約為12000MW。可以看出1998年較1997年電機(jī)產(chǎn)量有較大的提高，到1999年電機(jī)產(chǎn)量略有下降，企業(yè)負(fù)債持續(xù)攀升，效益不斷下滑，行業(yè)整體形勢(shì)有所下降。745918但隨著改革開(kāi)放的深入，國(guó)家宏觀政策的調(diào)整以與市場(chǎng)需求的推動(dòng)，我國(guó)電機(jī)產(chǎn)品由勞動(dòng)密集型、資源密集型向高附加值和高技術(shù)含量的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移，出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也逐步趨向于市場(chǎng)化和合理化。我國(guó)500多個(gè)電機(jī)企業(yè)大多集中在沿海地區(qū)，西部地區(qū)的企業(yè)寥寥無(wú)幾，在國(guó)家開(kāi)發(fā)西部的大好機(jī)遇里，

10、對(duì)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。另外，我國(guó)加入WTO后，可將國(guó)一部分富裕的電機(jī)生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)移到國(guó)外去，也是發(fā)展的一條出路。在國(guó)際市場(chǎng)上，電機(jī)是機(jī)電產(chǎn)品的重要組成部分之一，每年的貿(mào)易額約35億美元。電機(jī)行業(yè)單機(jī)出口產(chǎn)品主要為交流電動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)。由上述可以看到電機(jī)的發(fā)展還是有很大發(fā)展空間的。為了發(fā)展電機(jī)產(chǎn)品，滿足客戶需求，擴(kuò)大國(guó)、國(guó)際市場(chǎng)，電機(jī)產(chǎn)品必須向多用途、多品種方向發(fā)展，向高效、節(jié)能方向發(fā)展。要開(kāi)拓市場(chǎng)、擴(kuò)大出口，今后電機(jī)行業(yè)的發(fā)展必須向以下幾方面努力：1電機(jī)的多用途、多品種隨著電機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，電機(jī)產(chǎn)品的外延和涵也不斷拓展，電機(jī)產(chǎn)品也廣泛應(yīng)用于能源、交通、石油、化工、

11、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，并且電機(jī)的通用性逐漸向?qū)Ｓ眯苑较虬l(fā)展，打破了過(guò)去同一類電機(jī)分別用于不同性質(zhì)、場(chǎng)合的局面。電機(jī)正向?qū)Ｓ眯浴⑻厥庑?、個(gè)性化方向發(fā)展，充分發(fā)揮電機(jī)的效率，這也是國(guó)外電機(jī)發(fā)展的最新觀點(diǎn)。2可靠性高、壽命長(zhǎng)、噪聲低、重量輕、外形美觀改革的不斷深入，市場(chǎng)的全面開(kāi)放，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日漸激烈，用戶對(duì)產(chǎn)品高性能的要求，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)者為了適應(yīng)市場(chǎng)與用戶的需求，不斷地改進(jìn)工藝，提高技術(shù)水平，采用新材料，設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)需求的電機(jī)產(chǎn)品。3高效、節(jié)能為了提高電機(jī)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，我們采用了許多辦法，如采用降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電容補(bǔ)償、阻尼槽等，但這都是在頻率不變的條件下實(shí)現(xiàn)的。自從有了逆變器之后，電源的變頻變

12、壓變得更加容易，從而可以調(diào)節(jié)異步電機(jī)在最佳工作點(diǎn)上運(yùn)行，保證出力不變的情況下，可用最大效率和高功率因數(shù)代替額定效率和額定功率因數(shù)，減小了電機(jī)尺寸，減輕其重量和降低成本。4機(jī)電一體化、智能化隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高新技術(shù)對(duì)電機(jī)產(chǎn)品注入了新的活力，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的運(yùn)用、國(guó)家政策的鼓勵(lì)、各企業(yè)對(duì)科技的重視使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期逐漸縮短，機(jī)電一體化、智能化電機(jī)，應(yīng)運(yùn)而生，并且不斷推出新，在高新技術(shù)產(chǎn)品上我國(guó)電機(jī)的技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，已水平相當(dāng)。但我國(guó)的電機(jī)產(chǎn)品要擴(kuò)大國(guó)、國(guó)際市場(chǎng)份額除了要滿足以上的要求外，我們還要強(qiáng)化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、市場(chǎng)服務(wù)意識(shí)，在未來(lái)的電機(jī)行業(yè)大發(fā)展中獨(dú)占鰲。第2章 直流電動(dòng)機(jī)的概述第2

13、.1節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)2.1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，但任何直流電機(jī)都包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，這兩部分間存在著一定大小的氣隙，使電機(jī)中電路和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)定子部分主要由主磁極、電刷裝置和換向極等組成，轉(zhuǎn)子部分主要由電樞繞組、換向器和轉(zhuǎn)軸等構(gòu)成。結(jié)構(gòu)圖如圖2-1。圖2-1直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-電刷；2-磁軛；3-永久磁鋼；4-極靴；5-電樞繞組；6-磁軛1定子部分（1）主磁極: 其作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)。通常用厚1-1.5mm的低碳鋼片疊裝而成。在磁極鐵心上繞有勵(lì)磁繞組，整個(gè)磁極利用螺桿固定在磁軛上。（2）換向極: 其作用是改善換向，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷下不產(chǎn)生有害的

14、火花。換向極也是由鐵心與繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。（3）機(jī)座: 機(jī)座分磁軛和底腳兩部分。磁軛的作用是固定主磁極和換向極，是磁路的一部分。底腳起支撐和固定整臺(tái)電機(jī)的作用。機(jī)座一般式用鑄鋼鐵制造或鋼板焊接而成。2轉(zhuǎn)子部分（1）電樞鐵心:電樞鐵心是磁路的一部分，表面開(kāi)槽以嵌放電樞繞組，為減少鐵耗，采用0.35-0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。（2）電樞繞組:電樞繞組由許多按一定規(guī)則連接起來(lái)的線圈組成，是通過(guò)電流和產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的關(guān)鍵性部件。線圈用帶絕緣的圓形或矩形截面的導(dǎo)線繞成。嵌放在電樞鐵心表面的槽直流電機(jī)采用雙層繞組，每槽的線圈邊分上、下兩層，上下層之間與

15、線圈于鐵心之間都是要可靠絕緣。槽口用槽契壓緊，再用鋼絲或玻璃絲帶扎緊，大型電機(jī)中，繞組伸出槽外的端接部分應(yīng)扎緊在支架上。2.1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)是一種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械。它的基本原理是利用帶電導(dǎo)體和磁場(chǎng)間的相互作用而把電能變?yōu)闄C(jī)械能。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子為電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸座組成，導(dǎo)體繞組的排列方式?jīng)Q定電動(dòng)機(jī)的類型與其特性。絕大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)都須作連續(xù)的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，才能構(gòu)成電動(dòng)機(jī)。兩磁極間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。當(dāng)線圈入直流電流時(shí)，線圈邊上受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對(duì)電磁力

16、形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?。若電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈兩邊的位置互換，而線圈過(guò)的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r(shí)針?lè)较蛄?，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來(lái)回?fù)u擺，而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過(guò)線圈中的電流方向與時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向器又與兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷A、B相接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端

17、，直流電流經(jīng)電刷流過(guò)電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來(lái)。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其過(guò)電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電機(jī)的工作原理。2.1.3直流電動(dòng)機(jī)的組成與分類直流電動(dòng)機(jī)的種類有很多，但一般將其分為電磁式直流電動(dòng)機(jī)、永磁式直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷式直流電動(dòng)機(jī)，三種。1電磁式直流電動(dòng)機(jī)：電磁式直流電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子(電樞)、換向器(俗稱整流子)、電

18、刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵(lì)磁(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁)方式的不同又可分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。因勵(lì)磁方式不同，定子磁極磁通(由定子磁極的勵(lì)磁線圈通電后產(chǎn)生)的變化規(guī)律也不同。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過(guò)電刷和換向器相串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時(shí)間過(guò)載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高(一般不允許其在空載下運(yùn)行)?？赏ㄟ^(guò)用

19、外用電阻器與串勵(lì)繞組串聯(lián)(或并聯(lián))、或?qū)⒋畡?lì)繞組并聯(lián)換接來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的2.5倍左右。轉(zhuǎn)速則隨電流與轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過(guò)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速變化率較小，為5-15?？赏ㄟ^(guò)削弱磁場(chǎng)的恒功率來(lái)調(diào)速。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，其勵(lì)磁電流也較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為5-15?？梢酝ㄟ^(guò)削弱磁場(chǎng)恒功率來(lái)提高轉(zhuǎn)速或通過(guò)降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來(lái)使轉(zhuǎn)速降低。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極上除有并勵(lì)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組(其匝數(shù)較少)。串聯(lián)繞組

20、產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向一樣，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時(shí)間過(guò)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為2530(與串聯(lián)繞組有關(guān))。轉(zhuǎn)速可通過(guò)削弱磁場(chǎng)強(qiáng)度宋調(diào)整。換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。電刷與換向器滑動(dòng)接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，嵌12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)連接后，再分別與12片換向片連接。2永磁式直流電動(dòng)機(jī)： 永磁式直流電動(dòng)機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。 定子磁極采用永磁體(永久磁鋼)，有鐵氧體、鋁鎳鉆、釹鐵硼等材料。按其

21、結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)多數(shù)為圓筒型磁體，而電動(dòng)工具與汽車用電器中使用的電動(dòng)機(jī)多數(shù)采用瓦塊型磁體。 轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機(jī)中使用的小功率電動(dòng)機(jī)多數(shù)為3槽，較高檔的為5槽或7槽。漆色線在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間(三槽即有三個(gè)繞組)，其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。 電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電動(dòng)機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。錄放機(jī)中使用的永磁式直流電動(dòng)機(jī)，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)： 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體永磁體轉(zhuǎn)子 多極繞組定子 位置傳

22、感器定子開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開(kāi)關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器與自動(dòng)化辦公設(shè)備中。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開(kāi)關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開(kāi)關(guān)電路提供。位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏

23、傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?裝在定子組件上，用來(lái)檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。采用光電式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號(hào)。采用電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開(kāi)關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。第2.2節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理2.2.1直流電動(dòng)機(jī)

24、的勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的主極磁場(chǎng)由勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生。勵(lì)磁電流的獲得方式稱為勵(lì)磁方式。主勵(lì)磁場(chǎng)的極性由勵(lì)磁電流方向決定，場(chǎng)強(qiáng)由勵(lì)磁電流大小決定。一般直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流均可在一定圍調(diào)節(jié)。勵(lì)磁方式一般有，他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)，四種。下面就簡(jiǎn)單介紹一下這四種方式的電動(dòng)機(jī)。1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)此類電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組F和電樞繞組S由兩個(gè)不同的直流電源供電，勵(lì)磁回路與電樞回路相對(duì)獨(dú)立，采用永久磁鐵作為主極的永磁直流電動(dòng)機(jī)亦屬于此類。2并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組F和電樞繞組S并聯(lián)，有同一個(gè)直流電源供電，勵(lì)磁電流通常只有額定電流的1%-5%，這是直流電動(dòng)機(jī)最為常見(jiàn)的勵(lì)磁方式。3串勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組C和電樞繞組S串聯(lián)

25、，其勵(lì)磁電流與電樞電流相等與負(fù)載大小有關(guān)。4復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組由并勵(lì)繞組F與串勵(lì)繞組C兩部分組成，并套在同一個(gè)主極鐵心上，通常復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)以并勵(lì)為主，并勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)占磁極總勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的70%以上。若串勵(lì)磁場(chǎng)對(duì)并勵(lì)磁場(chǎng)助磁，稱之為積復(fù)勵(lì)；串磁磁場(chǎng)對(duì)并勵(lì)磁場(chǎng)去磁時(shí)，則稱之為差復(fù)勵(lì)。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性介并勵(lì)于串勵(lì)之間。 勵(lì)磁繞組存在電阻，電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)勵(lì)磁回路要消耗一定的功率，稱之為勵(lì)磁損耗，這就使得直流電動(dòng)機(jī)的效率相對(duì)其他電動(dòng)機(jī)要低。勵(lì)磁損耗一般不超過(guò)額定功率的1%-3%。2.2.2直流電動(dòng)機(jī)的基本方程1電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：根據(jù)基爾霍夫第二定律，對(duì)任一有源的閉合回路，所有電動(dòng)勢(shì)之和等于所有壓降和，有：

26、（2-1） （2-2） 2轉(zhuǎn)矩平衡方程式：直流發(fā)電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n,作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個(gè)：一個(gè)是原動(dòng)機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；一個(gè)是電磁轉(zhuǎn)矩T；還有一個(gè)是電機(jī)的機(jī)械摩擦、風(fēng)阻以與鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，用表示,空載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩,永遠(yuǎn)與轉(zhuǎn)速n的方向相反。 （2-3） 2.2.3直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1機(jī)械特性的表達(dá)式：定義：在電動(dòng)機(jī)的電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：。由電機(jī)的電路原理圖可得機(jī)械特性的表達(dá)式： （2-4） 通常稱b大的機(jī)械特性為軟特性，b小的機(jī)械特性為硬特性。2固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)的機(jī)

27、械特性可分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性(1)固有機(jī)械特性：固有機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電樞工作電壓和勵(lì)磁磁通均為額定值、電樞回路中沒(méi)有串入附加電阻時(shí)的機(jī)械特性，其方程式為： （2-5） 固有機(jī)械特性曲線如圖所示，由于較小，則也較小，所以直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是比較“硬”的。 圖2-2固有機(jī)械特性曲線人為機(jī)械特性是指人為地改變電動(dòng)機(jī)電路中的某個(gè)參數(shù)或電動(dòng)機(jī)的電樞電壓值，而得到的機(jī)械特性，即改變式中的機(jī)械特性方程中的某些參數(shù)所獲得的機(jī)械特性： (2-6) 我們來(lái)研究只改變電樞電壓、磁通或附加電阻的一個(gè)參數(shù)，求出直流電動(dòng)機(jī)有下列三種人為機(jī)械特性：1）電樞串電阻時(shí)的人為特性：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的時(shí)，其人為機(jī)械特

28、性的方程式為： (2-7) 圖2-3電樞串電阻時(shí)特性曲線與固有特性相比，a.理想空載轉(zhuǎn)速不變，b.b 增大，轉(zhuǎn)速降增大，附加電阻越大，也越大，特性越“軟”，如圖2-3中曲線1、2所示。這類人為機(jī)械特性是一組通過(guò),而不同斜率的直線?？梢?jiàn)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，只改變電阻的大小，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，電樞回路串電阻的方法，可用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 2）降低電樞電壓時(shí)的人為特性：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的時(shí)，改變電樞電壓的人為機(jī)械特性的方程式為： (2-8) 圖2-4降低電樞電壓時(shí)特性曲線與固有特性相比較，a. 機(jī)械特性曲線的斜率b 不變，b.理想的空載轉(zhuǎn)速隨電壓減小成正比減小，改變電壓時(shí)的人為特性是一組與固有機(jī)械

29、特性平行的直線，如圖所示。由于受到絕緣強(qiáng)度的限制，電動(dòng)機(jī)的額定電壓是工作電壓的上限，因此改變電壓時(shí)，只能在低于額定電壓的圍變化?？梢?jiàn)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，改變電壓的大小，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，改變電樞電壓的方法，也可用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 3）減弱勵(lì)磁磁通時(shí)的人為特性： 可以在勵(lì)磁回路中串接上電阻，或降低勵(lì)磁電壓來(lái)減弱磁通，保持時(shí)，減弱磁通的人為特性方程式為： (2-9)圖2-5減弱勵(lì)磁磁通時(shí)特性曲線由于磁通F 的減少，使得理想空載轉(zhuǎn)速和機(jī)械特性斜率b 都增大，其特性曲線如圖所示。電機(jī)的磁通設(shè)計(jì)在磁化曲線的膝點(diǎn)，接近飽和點(diǎn)，因此一般采用減弱磁通方法，可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，減弱磁通方法也可用

30、于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。第3章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求第3.1節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)生活產(chǎn)品的需求要不斷趨向多樣化，這就要求生產(chǎn)設(shè)備必須具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在不同的進(jìn)行不同的操作，完成不同的任務(wù)。為了使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別是大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產(chǎn)行業(yè)，為達(dá)到很高的控制精度，速度的穩(wěn)定性，調(diào)速圍等要求，又由于交流調(diào)速在當(dāng)時(shí)尚未解決好調(diào)速控制問(wèn)題，調(diào)速圍不大，控制精度低，快速性差等性能指標(biāo)不滿足生產(chǎn)工藝的要求，所以當(dāng)時(shí)大量使用的是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，尤其是直流無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，它具有調(diào)速性能好，圍寬，動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，雖然隨著控

31、制技術(shù)以與電力電子技術(shù)的的發(fā)展，制造工藝技術(shù)的提高，大量出現(xiàn)交流調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，但直流傳動(dòng)所具有的優(yōu)點(diǎn)特征，至今仍大量廣泛地使用直流調(diào)速。本次的設(shè)計(jì)任務(wù)就是直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的設(shè)計(jì)，使其能更好的為我們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。第3.2節(jié) 設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)要使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以由零平滑調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，能實(shí)現(xiàn)高速起動(dòng)，具有較高的調(diào)速精度。1穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i=5, 空載啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n=10 ，且啟動(dòng)時(shí)盡量避免電流的過(guò)大沖擊。3電機(jī)有關(guān)參數(shù)： ，電樞回路總電阻 ，電流過(guò)載倍數(shù)=1.5第4章 電路設(shè)計(jì)第4.1節(jié) 主電路設(shè)計(jì)4.1.1電機(jī)參數(shù)計(jì)算和晶閘管容量參數(shù)計(jì)算

32、1電機(jī)有關(guān)參數(shù)： ，電樞回路總電阻 ，電流過(guò)載倍數(shù)=1.5，2變壓器的付邊電壓確定：因?yàn)椋?整定的圍在 之間，所以由三相全橋整流公式： 當(dāng) 在時(shí)有最大值，算出所以可以選擇3變壓器的容量大小計(jì)算：由于電動(dòng)機(jī)電流大小為640A，電流過(guò)載是大小為960A，變壓器在電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行時(shí)的電流大小為783A，利用功率守恒定理， 阻抗消耗，考慮晶閘管的損耗和自身的損耗以與變壓器也有一定的過(guò)載能力，選擇的變壓器容量：。4晶閘管參數(shù)計(jì)算：由電機(jī)的過(guò)載倍數(shù)，我們可以電動(dòng)機(jī)的過(guò)載電流，即最大電流：又由 整流輸出電壓 ，進(jìn)線的線電壓是120V。由電路分析可知，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器的二次線電壓的電壓峰值。即晶

33、閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即考慮安全性裕量，選擇電壓裕量為2倍關(guān)系，電流裕量為1.5倍關(guān)系所以工作的晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：5電樞回路的平波電抗器計(jì)算：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)保證電流連續(xù)，取此時(shí)的電流為額定電流的5 %10%。則電樞需要串入的電樞電抗器大小可以算： （其中為電樞的固有電抗值） 4.1.2整流電路的選擇圖4-1 三相橋式全控整流電路原理圖整流電路是將交流變?yōu)橹绷麟?，電路形式多種多樣，各具特色。為了減小直流脈動(dòng)，選用三相橋式全控整流電路。其原理圖如圖5-1所示，習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1 VT3 VT5）稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4 V

34、T6 VT2）稱為共陽(yáng)極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1到6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與abc三相電源接的3個(gè)晶閘管分別為VT4 VT6 VT2。其特點(diǎn)為：1 2個(gè)管子同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1個(gè)，且不能為同一相器件。2 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：（1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。（2）共陰極組VT1VT3VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4VT6VT2也依次差120。（3）同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VY6，VT5與VT2，脈沖相差180。3整流電路輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波

35、形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。4需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，另一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）。4.1.3整流器件的選擇絕緣柵雙極晶體管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，GTR是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以其同流能力很強(qiáng)，但開(kāi)關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。而電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。所以在此設(shè)計(jì)中選用IGBT作為整流器件。 IGBT的工作原理：溝道，為晶體管提供基極電流，I

36、GBT導(dǎo)通。導(dǎo)通壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻減小，使導(dǎo)通壓降減小。關(guān) 斷：柵極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。4.1.4 觸發(fā)電路的選擇晶閘管可控整流電路是通過(guò)控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小，稱為相控電路。為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。對(duì)于相控電路這樣使用晶閘管的場(chǎng)合，也習(xí)慣稱為觸發(fā)控制，相應(yīng)的電路習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為

37、鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。1觸發(fā)電路的分析在此設(shè)計(jì)中采用雙脈沖形成環(huán)節(jié)與三相整流電路相聯(lián)接。雙脈沖形成環(huán)節(jié)采用性能價(jià)格比優(yōu)越的、每個(gè)觸發(fā)單元的一周期輸出兩個(gè)間隔的脈沖的電路，稱為雙脈沖電路。（1）雙脈沖電路V5、V6構(gòu)成“或”門(mén)，當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出，只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出，第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角產(chǎn)生隔的第二個(gè)脈沖是由滯后相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）（2）三相全控橋整流電路與觸發(fā)電路相連的情況接感性負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在=；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流各逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相圍理論上為

38、（由于考慮min和，一般為），由于鋸齒波波形兩面三刀端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于，例如，此時(shí)，令，調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波的中央（處），相應(yīng)于的位置。如果為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)。如果為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。2集成觸發(fā)器KC04國(guó)產(chǎn)集成觸發(fā)器KC04是KC系列觸發(fā)器中的一個(gè)典型代表，適用單相、三相供電裝置中作晶閘管脈沖移相觸發(fā)，其兩路相位間隔的移相脈沖可方便地構(gòu)成半控、全控橋式觸發(fā)線路。該集成電路具有負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位值均衡性好、移相圍寬、對(duì)同步電壓要求不嚴(yán)、有脈沖列調(diào)制輸入與脈沖封鎖控制等

39、優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際線路中有著十分廣泛的應(yīng)用。4.1.5穩(wěn)壓電源的選擇為了給觸發(fā)電路提供可靠的電源，減少和避免電壓的偏差，使觸發(fā)電路能穩(wěn)定的工作。本設(shè)計(jì)中采用了7815和7915穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成三端穩(wěn)壓器件78/79系列三端穩(wěn)壓器件是最常用的線性降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，用 78/79系列三端穩(wěn)壓器來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，

40、電路部還有過(guò)流、過(guò)熱與調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠 、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓器型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，由于觸發(fā)電路要求的電源是15V，所以設(shè)計(jì)中采用了7815和7915穩(wěn)壓器。4.1.6主電路保護(hù)器件選擇電路中主要的保護(hù)器件是快速熔斷器FU，壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RV，閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路，直流側(cè)RC抑制電路，閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路等第4.2節(jié) 控制電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的是雙環(huán)的調(diào)速控制系統(tǒng)，針對(duì)生產(chǎn)工藝的控制要求：在給定的壓延力下，進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，由這里我們可以認(rèn)為力反饋環(huán)只是一個(gè)輔助的反饋環(huán)節(jié)，以供操作人員參考，實(shí)質(zhì)起作用的

41、是在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的電流反饋環(huán)，和進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后的速度反饋環(huán)節(jié)。由這種設(shè)計(jì)思想，我們可以進(jìn)行ASR和ACR的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下： +TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG內(nèi)環(huán)ni圖 4-2 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖外 環(huán)我們按照先環(huán)后外環(huán)的設(shè)計(jì)步驟來(lái)設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，所以我們采用PI調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖圖4-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) b 電流反饋系數(shù) a 1/CeU*nUcEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE調(diào)節(jié)器的輸出限幅值確定：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定

42、電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm本系統(tǒng)：設(shè)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定時(shí)的給定為7.5V，輸出的限幅值為，所以可以算：又由計(jì)算電機(jī)時(shí)間常數(shù)： 和 算出 計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù) ，因?yàn)橛星懊娴膮?shù)計(jì)算要求電流連續(xù)時(shí)的電樞回路電感是 1.3mh, ,有因?yàn)椴捎玫氖侨鄻蚴秸麟娐?，所?.2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖5-4為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。電流環(huán)在，稱

43、之為環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅什Uim決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓最大值Uim，對(duì)就電機(jī)的最大電流；電流調(diào)節(jié)器ACR輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值，限最小觸發(fā)角。圖4-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖4.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖。由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II

44、、III三個(gè)階段。 第I階段電流上升的階段（）突加給定電壓后，通過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，使、都上升，但是在當(dāng)沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值，強(qiáng)迫電流迅速上升。當(dāng)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器的作用使不在迅速增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。圖4-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和波形第II階段()是恒流升速階段。該階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)

45、，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E 也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E 是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，和也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，應(yīng)略低于。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形第階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（以后）當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電機(jī)仍在加速,使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀

46、態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時(shí)，轉(zhuǎn)矩，則=0，轉(zhuǎn)速才到達(dá)峰值（時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在段時(shí)間，直到穩(wěn)定。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快地跟隨其給定值，或者說(shuō)，電流環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：1飽和非線性控制根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。2

47、轉(zhuǎn)速超調(diào)由于ASR采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓Un為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。3準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制起動(dòng)過(guò)程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。4.2.4轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下：1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

48、是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。 2電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化；（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起與時(shí)抗擾的作用；（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程；（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng),最重要的動(dòng)

49、態(tài)性能是抗擾性能。在系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較與時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。因此,在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小的多。第4.3節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)主、控電路圖第4.4節(jié) 調(diào)試過(guò)程 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的調(diào)試，系統(tǒng)最終能較好地運(yùn)行，從零速開(kāi)始速度給定，以與突加速度給定信號(hào)，系統(tǒng)都能夠正常地起動(dòng)，升速至給定的速度值。第一個(gè)問(wèn)題是，突加速度給定信號(hào)時(shí)，電流速度的動(dòng)態(tài)運(yùn)行曲線在示波器上看到，而且在未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，即使從零開(kāi)始升速啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過(guò)流報(bào)警現(xiàn)象，而當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速并不高，負(fù)載也不是很大。出現(xiàn)這種情形的，本人認(rèn)為是首先雖然各個(gè)單元已經(jīng)調(diào)試好，但不等于整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)就已經(jīng)很好這是不同的。系統(tǒng)的各個(gè)模塊單元之間有一定的耦合關(guān)系，系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的性能與各個(gè)模塊都相關(guān)的，它們之間的參數(shù)會(huì)互相