論文直流調(diào)速系統(tǒng)

1、淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 畢 業(yè) 論 文課題名稱 直流調(diào)速系統(tǒng)姓 名 類成鑫 學(xué) 號(hào)0802110243 所 在 系 電子系 專業(yè)年級(jí) P08電氣二班指導(dǎo)教師 王正德 職 稱 講 師 2011年5月13日目錄目錄1摘要2ABSTRACT3緒論41.1背景41.2課題研究的目的和意義41.3論文的主要內(nèi)容4第二章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)52.1 直流電動(dòng)機(jī)簡介52.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理52.1.2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性62.1.3直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速7第三章 直流電機(jī)的調(diào)速方法93.1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋晶閘管直流調(diào)速93.1.1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程103.1.3機(jī)械特性113.2小功率有靜差直流調(diào)速

2、113.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)數(shù)據(jù)113.2.2定性分析123.2.3系統(tǒng)性能分析143.3速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速的調(diào)速方法153.3.1調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理153.3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析153.3.3轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用17小結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)21摘要直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能優(yōu)良、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速系統(tǒng)是弱電控制與強(qiáng)電控制相結(jié)合的系統(tǒng)。系統(tǒng)弱電部分檢測系統(tǒng)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、電機(jī)溫度、晶閘管溫度等信號(hào)，根據(jù)檢測到的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)；強(qiáng)電部分根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，拖動(dòng)絞刀、鉆機(jī)等機(jī)械負(fù)載進(jìn)行作業(yè)，以滿足不同作業(yè)現(xiàn)場的需要?？删幊炭刂?/p>

3、器PLC是通用的自動(dòng)化控制裝置，是船舶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制的核心控制元件。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，采用模塊式組合設(shè)計(jì)，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高、使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)中央冷卻控制系統(tǒng)等重要設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。本文首先詳細(xì)的介紹了大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，分析了調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及基本調(diào)速方法，本文以經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高的大功率晶閘管為調(diào)速系統(tǒng)可控整流電源，根據(jù)現(xiàn)代控制理論，采用轉(zhuǎn)速一電流雙閉環(huán)調(diào)速方法對(duì)大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、轉(zhuǎn)速控制電路以及信號(hào)檢測電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速 電機(jī) 繼電器 ABSTRACT

4、 The Dc speed control system has good performance, reliability, high speed advantage, by widespread application. Dc speed control system is elv control and specialized combination of system control. System elv part detection system work, motor armature current speed, temperature, thyristor temperatu

5、re signal, according to detect the signal control signal; According to the control signal regulating &high part of the rotation, drag reamer, drill such mechanical load in the operations, to meet the needs of different assignments site. Programmable controller PLC is a universal automation contr

6、ol device, is the realization of automatic and intelligent control core control components. It will traditional relay control technology, computer technology and communication technology integration, a modular assembly design, has control function is strong, high reliability, use agile and convenien

7、t, easy to expand advantages in shipping, remote control system of main engine, boiler control system central cooling control system, and other important equipment can be widely used. This paper first introduced the dc speed control system, analyzes the basic principle of the basic composition of sp

8、eed regulation system and basic control method, based on the economical, high reliability of high-power SCR controlled rectifying power supply for speed regulation system, according to the modern control theory, the speed a current double closed loop speed regulation method of high power dc speed co

9、ntrol system of main circuit, speed control circuit, signal detection circuit design. Keyword： The Dc speed control, electrical machinery, relay control緒論1.1背景直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。在20世紀(jì)60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)，現(xiàn)代電力電子和控制理論、計(jì)算機(jī)的結(jié)合促進(jìn)了電力傳動(dòng)控制技術(shù)研究和應(yīng)用的繁榮。晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為現(xiàn)代工業(yè)提供了高效、高性能的動(dòng)力。盡管目前交流調(diào)速的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)越趨成熟，以及

10、交流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性，使交流調(diào)速廣泛受到用戶的歡迎。但是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場，并且建立在反饋控制理論基礎(chǔ)上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的直流和交流調(diào)速裝置都是數(shù)字化的，使用的芯片和軟件各有特點(diǎn)，但基本控制原理有其共性。1.2課題研究的目的和意義直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以首先應(yīng)該掌握好直流系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)，

11、位置隨動(dòng)系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流調(diào)速的電樞和勵(lì)磁不是耦合的，是分開的，對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流能夠做到精確控制；而交流調(diào)速，電樞電流和勵(lì)磁電流是耦合的，是無法做到精確控制的。因此在軋機(jī)、造紙等對(duì)力矩要求很高行業(yè)，直流調(diào)速還是具有廣泛性直流調(diào)速器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)。我們知道采用轉(zhuǎn)速負(fù)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律

12、，電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。通過本設(shè)計(jì)論文，我們將對(duì)直流調(diào)速有一個(gè)更深的了解。1.3論文的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)論文以直流電機(jī)為對(duì)象，用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋晶閘管直流調(diào)速、小功率有靜差直流調(diào)速、速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速的調(diào)速方法對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速進(jìn)行研究。 第二章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1 直流電動(dòng)機(jī)簡介 2.1.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)是用來拖動(dòng)某種生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力設(shè)備，所以需要根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。比如：在加工毛坯工件時(shí)，為了防止工件表面對(duì)生產(chǎn)刀具的磨損，因此加工時(shí)要求電機(jī)低速運(yùn)行；而在對(duì)工件進(jìn)行精加工時(shí)，為了要縮短工加時(shí)間，提高產(chǎn)品的成本效益，因此加工時(shí)要求電機(jī)高速運(yùn)行。所以，我們就將調(diào)節(jié)電動(dòng)

13、機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)生產(chǎn)要求的過程就稱之為調(diào)速；而用于完成這一功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)就被稱為是調(diào)速系統(tǒng)。目前調(diào)速系統(tǒng)分交流和直流調(diào)速系統(tǒng)，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍廣，靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能。因此在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，高性能的調(diào)速系統(tǒng)幾乎都采用了直流調(diào)速系統(tǒng)。但近年來，隨著電子工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展，高性的交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐擴(kuò)大并大有取代直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展趨勢。但作為一個(gè)延用了近百年的調(diào)速系統(tǒng)，了解其基本的工作原理，并加深對(duì)自動(dòng)控制原理的理解還是有必要的。圖21表示是一臺(tái)最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分(定子)上，裝設(shè)了一對(duì)用直流勵(lì)磁的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)上裝設(shè)電樞鐵心。定

14、子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片,換向片之間互相絕緣。由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器，固定在轉(zhuǎn)軸上。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1 和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 圖21 最簡單的兩極直流電機(jī)模型如果將直流電壓直接加到線圈AX上，導(dǎo)體中就有直流電流通過。設(shè)導(dǎo)體中的電流為，載流導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力的作用，線圈上的電磁轉(zhuǎn)矩則為 式中，Da為電樞的外徑。由于電流為恒定，一周中磁通密度的方向?yàn)橐徽回?fù)，因此電磁轉(zhuǎn)矩TXA將是交變的，無法使電樞持續(xù)旋轉(zhuǎn)。然而在直流電動(dòng)

15、機(jī)中，外加電壓并非直接加于線圈，而是通過電刷B1、B2和換向器再加到線圈上，這樣情況就不同了。因?yàn)殡娝1 和B2靜止不動(dòng)，電流總是從正極性電刷B1 流入，經(jīng)過處于N極下的導(dǎo)體，再經(jīng)處于S極下的導(dǎo)體，由負(fù)極性電刷B2流出；故當(dāng)導(dǎo)體輪流交替地處于N極和S極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變其方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，并使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)換向器起到將外電路的直流，改變?yōu)榫€圈內(nèi)的交流的“逆變”作用。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。2.1.2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要有兩條:一條是工作特性，另一條是機(jī)械特性，即轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性。分析表明，運(yùn)行性能因勵(lì)磁方

16、式不同而有很大差異，下面主要對(duì)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性加以研究。工作特性是指電動(dòng)機(jī)的端電壓U=UN，勵(lì)磁電流If=IfN時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Te和效率與輸出功率的關(guān)系，即n，。由于實(shí)際運(yùn)行中較易測得，且隨的增大而增大，故也可把工作特性表示為n，。上述條件中，為額定勵(lì)磁電流，即輸出功率達(dá)到額定功率、轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的勵(lì)磁電流。先看轉(zhuǎn)速特性。從電動(dòng)勢公式和電壓方程可知 上式通常稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式。此式表示，在端電壓U、勵(lì)磁電流均為常值的條件下，影響并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的因素有兩個(gè)：一是電樞電阻壓降；二是電樞反應(yīng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，電樞電流增大，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速趨于下降；電樞反應(yīng)有去磁作用時(shí)，則

17、使轉(zhuǎn)速趨于上升；這兩個(gè)因素的影響部分地互相抵消，使并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。實(shí)用上，為保證并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，常使它具有稍微下降的轉(zhuǎn)速特性。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組絕對(duì)不能斷開。若勵(lì)磁繞組斷開，=0，主磁通將迅速下降到剩磁磁通，使電樞電流迅速增大。此時(shí)若負(fù)載為輕載，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速上升，造成“飛車”；若負(fù)載為重載，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩克服不了負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)可能停轉(zhuǎn)，使電樞電流增大到起動(dòng)電流，引起繞組過熱而將電機(jī)燒毀。這兩種情況都是危險(xiǎn)的。機(jī)械特性是指，勵(lì)磁回路電阻=常值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系2.1.3直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速(1) 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)接到電源以后，轉(zhuǎn)速從

18、零達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動(dòng)過程。對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求是： 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大； 起動(dòng)電流要??； 起動(dòng)設(shè)備要簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。直流電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速，電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢，電樞電阻又很小，因而起動(dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，常須加以限制。另一方面，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小起動(dòng)電流將使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨之減小。這是互相矛盾的。通常采用保證足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下盡量減小起動(dòng)電流的辦法，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有三種： 直接起動(dòng)； 接入變阻器起動(dòng)； 降壓起動(dòng)。(2) 直流電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)是用以驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，常常希望電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定甚至是寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)的方法要簡單、經(jīng)濟(jì)。直流電動(dòng)

19、機(jī)在這些方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為式中轉(zhuǎn)速（r/min）； 電樞電壓（）；電樞電流（）；電樞回路總電阻（）；勵(lì)磁磁通（b）；由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)。在上式中，是常數(shù)，電流是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法： 調(diào)節(jié)電樞供電電壓； 減弱勵(lì)磁磁通； 改變電樞回路電阻。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓的方式為最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。第三章 直流電機(jī)的調(diào)速方法

20、3.1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋晶閘管直流調(diào)速 圖3-1 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋晶閘管直流調(diào)速電路圖 圖3-2 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速的系統(tǒng)框圖 由圖可以清楚地看出，調(diào)速系統(tǒng)存在著“兩個(gè)”閉環(huán)，一個(gè)是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電勢構(gòu)成的閉環(huán)，另一個(gè)是轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)。此外它還清楚表明了電樞電壓、電流、電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。3.1.1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程 圖3-3具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程圖 這種系統(tǒng)是以存在偏差為前提的，反饋環(huán)節(jié)只是檢測偏差，減小偏差，而不能消除偏差，因此它是有靜差調(diào)速系統(tǒng)。 3.1.2電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的作用當(dāng)電樞電流大于截止電流時(shí)，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的作用當(dāng)電樞電流小于截止電流

21、值時(shí)，電流負(fù)反饋不起作用。3.1.3機(jī)械特性 圖3-4 調(diào)速的機(jī)械特性圖如圖所示的特性有時(shí)稱為“挖土機(jī)特性”。當(dāng)電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)起主導(dǎo)作用時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如圖所示。機(jī)械特性很陡下垂還意味著，堵轉(zhuǎn)時(shí)(或起動(dòng)時(shí))電流不是很大。這是因?yàn)樵诙罗D(zhuǎn)時(shí)，雖然轉(zhuǎn)速n=0，反電動(dòng)勢E0，但由于電流截止負(fù)反饋的作用，使大大下降，從而不致過大。此時(shí)電流稱為堵轉(zhuǎn)電流。通常，電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流整定得小于晶閘管允許的最大電流，大約為電動(dòng)機(jī)額定電流的22.5倍，即Idm(22.5)。整定時(shí)，要使熔絲額定電流過流繼電器動(dòng)作電流堵轉(zhuǎn)電流。3.2小功率有靜差直流調(diào)速3.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)數(shù)據(jù) 此為小容量晶閘管直流調(diào)速裝置，適用

22、于 4kW 以下直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍D101，靜差率 s10%)。裝置的電源電壓為 220V 單相交流，輸出電壓為直流 160V，輸出最大電流 30A；勵(lì)磁電壓為直流 180V，勵(lì)磁電流為 1A。系統(tǒng)主要配置 Z3 系列(電樞電壓160V，勵(lì)磁電壓 180V)的小型直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。裝置的主回路采用單相橋式半控整流線路具有電壓負(fù)反饋、電流正反饋和電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。圖3-5調(diào)速的組成框圖3.2.2定性分析 對(duì)實(shí)際系統(tǒng)分析，一般是先定性分析，后定量分析。即先分析各環(huán)節(jié)和各元件的作用，搞清系統(tǒng)的工作原理。然后再建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步作定量分析。分析晶閘管調(diào)速系統(tǒng)線路的一般順序是：主電路觸

23、發(fā)電路控制電路輔助電路(包括保護(hù)、指示、報(bào)警等)?，F(xiàn)依次分析如下： 主電路中 主電路中橋臂上的兩個(gè)二極管串聯(lián)排在一側(cè)，這樣它們可以兼起續(xù)流二極管的作用，但這樣兩個(gè)晶閘管陰極間將沒有公共端，脈沖變壓器的兩個(gè)二次繞組間將會(huì)有峰值電壓。因此對(duì)兩個(gè)二次繞組間的絕緣要求也要提高。 在要求較高、或容量稍大(2.2kW 以上)的場合，應(yīng)接入平波電抗器 Ld，以限制電流脈動(dòng)，改善換向條件，減少電樞損耗，并使電流連續(xù)。但接入電抗器后，會(huì)延遲晶閘管掣住電流的建立，而單結(jié)晶體管張弛振蕩器脈沖的寬度是比較窄的，為了保證觸發(fā)后可靠導(dǎo)通，在電抗器 Ld 兩端并聯(lián)一個(gè)電阻(1k)，以減少主電路電流到達(dá)晶閘管所需要的掣住電流

24、的時(shí)間。另一方面，在主電路突然斷路時(shí)，這電阻為電抗器提 供放電回路，減少了電抗器產(chǎn)生的過電壓。 為了加快制動(dòng)和停車， 采用了能耗制動(dòng)。 R9為能耗制動(dòng)電阻(因電阻規(guī)格與散熱等原因，如今采用兩只 25W、51 的線繞電阻器并聯(lián)使用)。主電路中 RS為電流表外配的分流器。主電路的交、直流兩側(cè)，均設(shè)有阻容吸收電路，以吸收浪涌電壓。主電路中的S為手動(dòng)開關(guān)， KM為主電路接觸器， 主電路短路保護(hù)的熔斷器容量為50A(與整流元件容量相同)。 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁由單獨(dú)的整流電路供電，為了防止失磁而引起“飛車”事故，在勵(lì)磁電路中，串入欠電流繼電器 KA，只有當(dāng)勵(lì)磁電流大于某數(shù)值時(shí)，KA 才動(dòng)作。在主電路的接觸器M 的

25、控制回路中，串接 KA 常開觸點(diǎn)。只有當(dāng) KA動(dòng)作，KA 常開觸點(diǎn)閉合，主接觸器 KM 才能吸合，從而保證了勵(lì)磁回路有足夠大的電流。KA 以通用小型繼電器(JTX-6.3V)代用，它的動(dòng)作電流，可通過分流電位器RP7 進(jìn)行調(diào)整。 觸發(fā)電路 觸發(fā)電路采用由單結(jié)晶體管組成的張弛振蕩 。 V3 為單結(jié)晶體管， V3 下方100 電阻為輸出電阻， V3 上方 560電阻為溫度補(bǔ)償電阻。 以放大管V2 控制電容 C1 的充電電流。 V5 為功放管， T為脈沖變壓器。D5 為隔離二極管，它使電容 C6 兩端電壓能保持在整流電壓的峰值，在 V5突然導(dǎo)通時(shí)，C6放電，可增加觸發(fā)脈沖的功率和前沿的陡度。VD5

26、的另一個(gè)作用是阻擋 C6 上的電壓對(duì)單結(jié)晶體管同步電壓的影響。 當(dāng)晶體管 V2基極(Base)電位降低時(shí)，V2 基極電流增加，其集電極電流(即電容 C1 充電電流)也隨著增加，于是電容電壓上升加快。使 V3 更早導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖前移，晶閘管整流器輸出電壓增加。 放大電路 由晶體管 V1和電阻 R4、R5構(gòu)成的放大器為電壓放大電路。在放大器的輸入端(V1 的基極)綜合給定信號(hào)和反饋信號(hào)。兩只串聯(lián)的二極管 VD6 為正向輸入限幅器，VD7 為反向輸入限幅器。為使放大電路供電電壓平穩(wěn)，通常并聯(lián)一電容 C4。但并聯(lián)電容后，將使電壓過零點(diǎn)消失，而張弛振蕩器與放大器共用一個(gè)電源，此電源電壓兼起同步電壓作用，

27、若電壓過零點(diǎn)消失，將無法使觸發(fā)脈沖與主電路電壓同步。為此，采用二極管 VD4 來隔離電容 C4 對(duì)同步電壓的影響。 控制電路 反饋量的選擇： 可間接地用電壓 U 的降低和電流 I 的上升來反映負(fù)載增加和轉(zhuǎn)速降低的程度。于是采用電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)來代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。采取了電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)，意味著此系統(tǒng)是一個(gè)恒(電)壓控制系統(tǒng)。由于電樞電流 I 取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T， 因此引入電流正反饋實(shí)質(zhì)上就是負(fù)載擾動(dòng)的順饋補(bǔ)償。由順饋補(bǔ)償和反饋控制便構(gòu)成教材中如圖所示的復(fù)合控制系統(tǒng)。 電流截止保護(hù)電路 電流截止保護(hù)電路主要由電位器 RP4、穩(wěn)壓管 2CW9、三極管 V4 組成。如圖所示圖3-6電流截止保護(hù)電

28、路其他輔助環(huán)節(jié) 系統(tǒng)框圖圖3-7有電壓負(fù)反饋和電流正反饋環(huán)節(jié)的直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 3.2.3系統(tǒng)性能分析 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 由系統(tǒng)圖可見，此系統(tǒng)也是個(gè)三階系統(tǒng)，若增益過大或電流正反饋量過大，都會(huì)形成 振蕩，所以在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，可先將Ufi調(diào)至零，待系統(tǒng)正常運(yùn)行后，再逐漸增大 Ufi。 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析 從原則上講，增大順饋補(bǔ)償量 Ufi，可以完全消除系統(tǒng)誤差；但事實(shí)上，若Ufi過大，系統(tǒng)將會(huì)振蕩。 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析 此為簡易型小功率調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)態(tài)性能無要求。3.3速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速的調(diào)速方法3.3.1調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理圖3-8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分

29、別起作用,在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,二者之間實(shí)行串級(jí)連接.把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(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。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓是Unmax，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Uimax，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。3.3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形是接近

30、理想快速起動(dòng)過程波形的。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)過程中的飽和與不飽和狀況，可將起動(dòng)過程分為三個(gè)階段，即電流上升階段；恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從起動(dòng)時(shí)間上看，第二段恒流升速是主要階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了在電流受限制下的快速起動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速一定有超調(diào)。其起動(dòng)過程波形如圖所示。圖3-9 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 從圖知,整個(gè)起動(dòng)過程分為三個(gè)階段：第I階段是電流上升階段。突加給定電壓Un*后,通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用,使Uct、Ud0、Id都上升，當(dāng)IdIdL后，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于

31、機(jī)械慣性作用，轉(zhuǎn)速的增長不會(huì)很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓Un=Un*-Un數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值Uim*，強(qiáng)迫電流Id迅速上升。當(dāng)IdIdm時(shí)，UiUim*，電流調(diào)節(jié)器的作用使I不再迅猛增長，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。第II階段是恒流升速階段。從電流升到最大值Idm開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值n*為止，屬于恒流升速階段，是啟動(dòng)過程中的主要階段。在這個(gè)階段中ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim*作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒

32、定，轉(zhuǎn)速成線性增長。第III階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開始時(shí)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，ASR的輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓及ACR的給定電壓Ui*立即從限幅值下來，主電流Id也因此下降。但是，由于Id仍大于負(fù)載電流IdL，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)距Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n達(dá)到峰值。此后，電動(dòng)機(jī)才開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流Id也出現(xiàn)一小段小與IdL的過程，直到穩(wěn)定。綜上所述，

33、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個(gè)特點(diǎn)： 1）飽和非線性控制：隨著ASR的飽和和不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)。系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。在不同情況下，表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)行系統(tǒng)，這就是飽和非線性控制的特征。 2）準(zhǔn)時(shí)間控制：啟動(dòng)過程中主要階段實(shí)第II階段，即恒流升速階段。它的特征是電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力，使啟動(dòng)過程盡可能更快。這個(gè)階段屬于電流受限制的條件下的最短時(shí)間控制，或稱時(shí)間最優(yōu)控制。 3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于采用了飽和非線性控

34、制,啟動(dòng)過程結(jié)束進(jìn)入第III階段即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后,必須使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)。按照PI調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(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。這就是說，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)6。3.3.3轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用，可以歸納為1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Um*變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；2）對(duì)付在變化起抗擾作用；3）其輸出限幅決定允許的最大電流。2電流調(diào)節(jié)器的作用：1）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流；3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨起給定電壓Um*變

35、化；4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)最用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元圖3-10 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖其中GL給定器 LSF零速封鎖器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)速器材ACR電流調(diào)節(jié)器SB轉(zhuǎn)速變速器材LB電流變送器GL過流保護(hù)器材CF觸發(fā)器 小結(jié)本文是對(duì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過努力對(duì)該電路有了較為深入的研究，也進(jìn)一步熟悉了直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要工作是設(shè)計(jì)直流調(diào)速控制器的電路，設(shè)計(jì)的電路都是模擬電路，詳細(xì)地介紹了器件的保護(hù)、電流調(diào)調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及晶閘管的觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)

36、過程，當(dāng)然還有其它電路的設(shè)計(jì)，最后得到整個(gè)調(diào)速控制的電路原理圖。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，借用圖書館的書籍以及通過網(wǎng)絡(luò)上的搜索，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計(jì)的書籍和資料，學(xué)會(huì)了如何使用現(xiàn)有的圖書館資料，讓我真正的把在大學(xué)里學(xué)的數(shù)字資源檢索教程課程運(yùn)用到實(shí)踐的生活中，讓我也體會(huì)到理論的重要。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，并與有共同設(shè)計(jì)內(nèi)容的同學(xué)交流，分析、整理和研究課題，先確立了設(shè)計(jì)基本思路，遇到問題及時(shí)與指導(dǎo)老師溝通，在老師的指點(diǎn)和自己的努力，最后完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，通過查閱書籍，在了解的情況下運(yùn)用公式按要求設(shè)計(jì)出所要的型號(hào)。通過做畢業(yè)設(shè)計(jì)，也有了不少的收獲進(jìn)一步了解和掌握了直流調(diào)速系統(tǒng)及其控制電路的一些特性，比較全面的將所學(xué)的電力電子和電力拖動(dòng)方面的知識(shí)運(yùn)用于設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)設(shè)計(jì)中一些參數(shù)的計(jì)算也比較清析得到，整個(gè)雙閉環(huán)直流調(diào)速電路分階段地完成，從電力電子方面的設(shè)計(jì)到電力拖動(dòng)方面的設(shè)計(jì)。照搬理論會(huì)發(fā)現(xiàn)做出來的設(shè)計(jì)結(jié)果有點(diǎn)出入，因?yàn)槔碚撌遣豢紤]任何的外在原因，是在理想化的情況。而現(xiàn)實(shí)它則除了內(nèi)在不可改變的原因