中北大學(xué)龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、班 級: 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 指導(dǎo)教師：畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)號：軟件學(xué)院軟件工程袁文武祝錫晶2014年6月龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 文章介紹了以直流電動(dòng)機(jī)為核心的龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用電流、速度 雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用反并聯(lián)可控硅整流裝置為系統(tǒng)電機(jī)供電，主 電路和控制電路的增加了過電流和過電壓保護(hù)， 消除了負(fù)載 ,電網(wǎng)等外界干擾信息最終獲 得較好的控制效果，對傳動(dòng)中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了理論分析，并對動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，給 出了硬件結(jié)構(gòu)和工作情況， 實(shí)現(xiàn)了刨床的無級調(diào)速， 大大提高了控制精度和電能利用率， 減少了電能損耗和過度時(shí)間， 降低了控

2、制部件數(shù)量， 且無噪音， 提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作可靠、操作簡單、精度高。關(guān)鍵詞 龍門刨床，直流調(diào)速系統(tǒng)，控制電路，邏輯無環(huán)流The Design Of Longmen Matchine Drive SystemAbstractThis paper introduces the dc motor as the core of double housing planer drive system design, system adopts the logic without circulation current and speed double closed lo

3、op reversible dc speed regulating system, applying reverse parallel silicon controlled rectifier device for electric power supply system, the increase of the main circuit and control circuit of over-current and over-voltage protection, eliminating the load, the power grid and other interference info

4、rmation eventually achieve good control effect, every link in the transmission are analyzed in theory, and the dynamic parameters are calculated, and gives the hardware structure and the working situation, realized the stepless speed regulation of planer, greatly improving the control precision and

5、energy utilization, reduce the power loss and over time, reduces the number of control unit, and no noise, improves the production efficiency and quality.The characteristics of the system dynamic response is fast, reliable operation, simple operation, high precision.Keyword: double housing planer Dc

6、 speed control system, Control circuit, Logic without circulation中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目錄1引言 11.1 龍門刨床簡介 11.2龍門刨床對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 11.3 龍門刨床的主要工藝數(shù)據(jù) 12調(diào)速系統(tǒng)各方案的選擇 32.1 拖動(dòng)方案的選擇 32.2 直流調(diào)速的方案比較 32.3 控制方案的確定 42.4 可控硅整流電路的選擇 42.4.1 單相可控硅整流電路 42.4.2 三相半波整流電路 52.4.3 三相橋式整流電路 53主回路參數(shù)的計(jì)算和元件選擇 83.1 整流變壓器的計(jì)算 83.1.1 整流變壓器接線方式

7、 83.1.2 整流變壓器副級電壓u2的計(jì)算 83.1.3 整流變壓器副級電流計(jì)算 93.1.4 整流變壓器容量計(jì)算 93.2可控硅元件的選擇 93.3 平波電抗器計(jì)算 124 交流側(cè)和直流側(cè)保護(hù) 144.1 過電流保護(hù) 144.1.1 自動(dòng)開關(guān)保護(hù) 144.1.2 快速熔斷器保護(hù) 144.2 過電壓保護(hù) 144.3 SCR元件過電壓保護(hù)165 控制回路設(shè)計(jì) 185.1 電流閉環(huán) 185.1.1 電流調(diào)節(jié)器 185.1.2 電流閉環(huán)工作原理 185.2 速度閉環(huán) 195.3 集成觸發(fā)電路 205.3.1 SCR 整流裝置對觸發(fā)器的要求： 205.3.2 觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)及工作原理 205.4 無

8、環(huán)流邏輯裝置 235.4.1 無環(huán)流系統(tǒng)對邏輯裝置的要求： 245.4.2 電平檢測 245.4.3 邏輯判斷電路 255.4.4 延時(shí)電路 255.4.5 邏輯保護(hù) 265.5 檢測裝置 275.5.1 測速發(fā)電機(jī) 275.5.2 電流檢測裝置 275.6 速度給定環(huán)節(jié) 285.7 過流監(jiān)視保護(hù)環(huán)節(jié) 285.8 控制系統(tǒng)的電源 295.9 主回路中電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路原理圖 306系統(tǒng)靜、動(dòng)特性的分析及參數(shù)調(diào)整 316.1 參數(shù)設(shè)計(jì)方案的確定 316.2系統(tǒng)的靜特性分析和計(jì)算 316.2.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 316.2.2 靜態(tài)速降計(jì)算 326.3 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算和調(diào)試 33第II頁共iii頁中北

9、大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書6.3.1 電流閉環(huán)參數(shù)計(jì)算632速度環(huán)參數(shù)計(jì)算.6.4電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的作用7結(jié)論參考文獻(xiàn)3437.414344致謝 45第iii頁 共iii頁中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1引言近二三十年來，自動(dòng)化電力拖動(dòng)技術(shù)取得了巨大進(jìn)展，它跨越電機(jī)學(xué)，電力電子及 微電子技術(shù)，自動(dòng)控制理論和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用，并融合了生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。在這其 中，分為交、直流兩大電力拖動(dòng)系統(tǒng)，在電力拖動(dòng)的發(fā)展史上，一直是二者互為補(bǔ)充， 相輔相成，交替發(fā)展。直流電力拖動(dòng)已基本完善，處于繁盛的階段。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)，制動(dòng)性能，具有良好的調(diào)速性能和良好的控制性能， 正因?yàn)檫@個(gè)優(yōu)點(diǎn)使直流電動(dòng)

10、機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在需要調(diào)速的高性能電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛 應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的另一優(yōu)點(diǎn)是它的電樞電壓、電樞電流、電樞回路電阻、電機(jī)輸出轉(zhuǎn) 矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速等各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是簡單明了的線性函數(shù)關(guān)系，這使直流 電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模較為簡單、準(zhǔn)確，相應(yīng)的使得直流調(diào)速系統(tǒng)的分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)也較 為容易，且經(jīng)過較長時(shí)間的實(shí)踐，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟、經(jīng) 典，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，他又是交流調(diào)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。直流調(diào)速系統(tǒng) 在加入反饋環(huán)后，可以改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。這種系統(tǒng)靜特性好，調(diào)速范圍 寬，并可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。本設(shè)計(jì)中龍門刨床的的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用了可逆無環(huán)

11、流的速度、電流雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)，在滿足控制要求的同時(shí)，克服了其他的直流控制系統(tǒng)體積大、重量 重，而且不經(jīng)濟(jì)的缺點(diǎn)1。1.1龍門刨床簡介主要加工大型工件或同時(shí)加工多個(gè)工件，其主運(yùn)動(dòng)是工件隨著工作臺的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀架帶著刨刀作橫向或垂直的間歇運(yùn)動(dòng)。直流電機(jī)拖動(dòng)，無級調(diào)速、運(yùn) 動(dòng)平穩(wěn)。由床身、工作臺、立柱、頂梁、橫梁、垂直刀架、側(cè)刀架組成。1.2龍門刨床對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的要求1) 由于反復(fù)多道次刨制，要求傳動(dòng)系統(tǒng)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速(0.54m/mi n2) 刨制過程要保持刨制速度恒定，在加減速過程中要求加減速恒定，能實(shí)現(xiàn)快速反向。在刨制過程中要保持給定張力，誤差不得超過8%。3) 電

12、氣傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有較高的靜態(tài)精度，動(dòng)態(tài)品質(zhì)和抗擾能力。1.3龍門刨床的主要工藝數(shù)據(jù)主傳動(dòng)電機(jī)：Pn=45KW un=220v In=255A nN=430rpm Uf=220v lf=9.6A進(jìn)料速度：0.5m/mi n刨制速度：0.54m/min調(diào)速范圍：D>8靜度差：S<0.2超調(diào)量：丫 <7 %第7頁共45頁2調(diào)速系統(tǒng)各方案的選擇調(diào)速系統(tǒng)方案選擇的原則：1）滿足生產(chǎn)工藝的要求確保產(chǎn)品的質(zhì)量。2）減少投資，提高效益。3）能方便操作。2.1拖動(dòng)方案的選擇主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)給定，是直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，所以我們要圍繞著直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)展 開設(shè)計(jì)。從龍門刨床生產(chǎn)工藝對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)提出的要求來

13、看，我們采用直流電動(dòng)機(jī)拖 動(dòng)是合理的。因?yàn)樗阌趯?shí)現(xiàn)電氣無極調(diào)速和對調(diào)速精度的要求 3。2.2直流調(diào)速的方案比較直流調(diào)速通常分為三類：1）開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)是從手工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最基本的調(diào)速系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化不大、外界擾動(dòng)規(guī)律預(yù)知、調(diào)速性能要求不高的前提下，采用開環(huán)控制也能實(shí)現(xiàn) 一定范圍的無級調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、成本低廉。但是生產(chǎn)實(shí)踐中有許 多生產(chǎn)機(jī)械常常對靜差率和調(diào)速范圍有一定的要求，而且擾動(dòng)也是多樣和隨機(jī)的，所以 并不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)速，因此開環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用受到一定的限制。2）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)并不能滿足較高性能指標(biāo)的要求，所以要想提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，

14、可 以引入某些反饋量。根據(jù)反饋控制的原理，要想控制哪個(gè)量，就必須引入這個(gè)量的負(fù)反 饋。對于調(diào)速系統(tǒng)就是控制轉(zhuǎn)速，所以引入轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋參與控制以提高系統(tǒng)的性能， 這樣就能克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)無靜差。但在實(shí)際生產(chǎn)中，許多生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高。例如，快速起、制動(dòng)和正反向運(yùn)行的系統(tǒng)。而雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)使這個(gè)問題得到了很好的解決，因 為雙閉環(huán)系統(tǒng)中由于電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)的同時(shí)存在，使系統(tǒng)具有了更好的動(dòng)態(tài)性能。通過以上的介紹可知開環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、成本低廉，但其靜差

15、率和調(diào)速范圍有限；單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)無靜差，但其動(dòng) 態(tài)性能不好；雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以應(yīng)用于快速起、制動(dòng)和正反向運(yùn)行的系統(tǒng)，應(yīng)用雙閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以使系統(tǒng)具有更好的動(dòng)態(tài)性能。2.3控制方案的確定由上述分析，本課題采用雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)。速度閉環(huán)和電流閉環(huán)同時(shí)存在的優(yōu) 點(diǎn)在于：由于可控硅的快速性能，借助PI調(diào)節(jié)器能使電流小閉環(huán)獲得幾個(gè)毫秒的快速調(diào)節(jié)過程，實(shí)現(xiàn)電流小閉環(huán)的最佳化。在速度大閉環(huán)中，當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)引起速度變化時(shí)， 可借助于速度調(diào)節(jié)器的比例積分特性對電機(jī)時(shí)間常數(shù)Tm進(jìn)行理想的補(bǔ)償，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)最佳化。該系統(tǒng)能以非?？斓捻憫?yīng)速度和非常高的精度穩(wěn)定運(yùn)行于給定值，而幾 乎

16、與負(fù)載及電網(wǎng)的變化無關(guān)。由上述工作我們可以得出龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖示為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為速度環(huán)的邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。圖2.1龍門刨床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方框圖2.4可控硅整流電路的選擇可控硅整流電路的型式比較多，各種整流電路的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能都不相同2.4.1單相可控硅整流電路單相橋式半控整流電路如圖2.2所示。圖2.2單相橋式半控整流電路及電壓輸出波形由輸出電壓的波形圖可見，單相橋式半控整流電路電壓脈動(dòng)大，脈動(dòng)頻率低，波形 如圖2.1所示。在應(yīng)用中會(huì)影響三相電網(wǎng)平衡運(yùn)行，一般多用在10KW以下的拖動(dòng)系統(tǒng) 2.4.2三相半波整流電路三相半波整流電路如圖2.3所示。三相半波

17、整流電路用的可控硅數(shù)量比三相橋式整流電路少，可控硅控制柜少，投資 比三相橋式少。三相半波整流電路雖然對三相電網(wǎng)平衡運(yùn)行沒有影響，但其脈動(dòng)仍然較 大。此外，整流變壓器有直流分量磁勢，利用率低。當(dāng)整流電壓相同時(shí)，硅元件的反峰 壓比三相橋式整流電路高，可控硅的價(jià)格高5。圖2.3三相半波整流電路及電壓輸出波形2.4.3三相橋式整流電路三相橋式整流電路如圖2.4所示圖2.4三相橋式全控整流電路原理圖及輸出電壓波形三相橋式整流電路相當(dāng)于六相整流電路，它的電壓脈動(dòng)比三相半波整流電路少一 半。整流變壓器沒有直流分量磁勢，利用率高，這種整流電路的滯后時(shí)間為3.3毫秒, 為三相半波整流電路的一半?？煽毓璧姆捶鍓旱?/p>

18、，可控硅的價(jià)格低。這種整流電路用的 可控硅數(shù)量為三相半波電路的兩倍，控制柜也比三相半波電路多?？偟耐顿Y比三相半波 電路多。此外還有六相整流電路，十二相整流電路等等，它們的技術(shù)性能比三相橋式整流電 路好，但它們用的可控硅數(shù)量多，投資也多，經(jīng)濟(jì)性差。所以從上面幾種整流電路來看，三相橋式整流電路從技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能兩項(xiàng)指標(biāo) 綜合考慮，再結(jié)合本軋機(jī)的容量等級，比其它的整流電路優(yōu)越。所以本設(shè)計(jì)確定采用三 相橋式反并聯(lián)可逆整流電路，如圖 2.5所示。三相橋式整流電路的工作原理是：三相電壓經(jīng)整流變壓器接到晶閘管，由觸發(fā)脈沖 控制晶閘管導(dǎo)通，在同一時(shí)刻，兩組晶閘管只有一組被觸發(fā)導(dǎo)通。當(dāng)正組工作時(shí)，電動(dòng) 機(jī)正轉(zhuǎn)

19、，同理反組工作時(shí)，帶動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn) 。圖2.5主傳動(dòng)可控硅整流電路3主回路參數(shù)的計(jì)算和元件選擇護(hù)裝置的計(jì)算和選擇3.1整流變壓器的計(jì)算整流變壓器的作用是給可控硅整流裝置提供所需電源電壓，如圖2.4所示，同時(shí)將整流裝置和交流電源隔離，增加安全性。并且減少了整流電路對其它用電設(shè)備的干擾。3.1.1整流變壓器接線方式整流變壓器接線，變壓器采用 /Yo-11接線方式。原級采用接線的目的是給電流 中三的整數(shù)倍諧波提供通道，以保證磁通和電壓為正弦交化，避免在變壓器每相繞組中 產(chǎn)生尖頂波電勢。這個(gè)電勢有時(shí)將超過正常值的50%，對變壓器絕緣不利。另外，電網(wǎng)波形的畸變對并接在電網(wǎng)的其它負(fù)載也有很大影響7。3.1.2

20、整流變壓器副級電壓u2的計(jì)算采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，為了保證調(diào)節(jié)器的正常工作，計(jì)算變壓器副級電壓時(shí)必須考慮 到負(fù)載電流波動(dòng)所附加的電壓降、電網(wǎng)電壓波動(dòng)和移相角的變化等等的影響。因此變壓 器的副級相電壓U2按下式計(jì)算：I d maxUed1 （DP）d nUTUk% Id maxB C1100 IedU2A式中Ued負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定電壓；ledRDRd的標(biāo)幺值;D Ued 電樞電路總電阻I edRPPUed 除Rd外，平波電抗器等的標(biāo)幺值;nuT 主回路串聯(lián)可控硅元件的正向壓降；udoU2 -7C整流電路傾斜系數(shù);第11頁共45頁2.34(0.95cos30o0.5 1002)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)

21、說明書 電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。d max取 d =0.08; p =0.04;=0.95; 5%=5; =2;2=30°； ut =1 伏|ed查表得：A=2.34; C=0.5。將上述數(shù)據(jù)代入公式得出：U22201 2 (0.08 0.04) 0.08 2 1141V3.1.3整流變壓器副級電流計(jì)算三相全控橋式整流電路整流變壓器副級電壓I2與整流電流Id之間的關(guān)系式為|20.816W 0.816 255 208A式中Id為電動(dòng)機(jī)額定電流。3.1.4整流變壓器容量計(jì)算由公式P 3I 2U2得：P=3 141 208 88KVA由以上計(jì)算得出整流變壓器數(shù)據(jù)如下：相數(shù)三相接線 /丫。-11容

22、量88KVA原級電壓380V副級電壓141V (相)副級電流208A3.2可控硅元件的選擇a）可控硅元件的工作原理可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個(gè) PN結(jié)，分析原理時(shí)，可以把看作由一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管所組成，其等效圖解如圖3.1所示:圖3.1可控硅等效圖解圖當(dāng)陽極A加上正向電壓時(shí)，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時(shí)，如果從控制極G輸入一個(gè)正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2= B 2ib2 因?yàn)锽G2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib仁ic2。此時(shí)，電流ic2再經(jīng)BG1 放大，于是BG1的集電極電流ic仁B lib仁B 1 B

23、 2ib這個(gè)電流又流回到BG2的基極，表 成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個(gè)管子的電流劇增，可控硅使 飽和導(dǎo)通。由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋?zhàn)饔?，所以一旦可控硅?dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有 關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的 。由于可控硅只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種工作狀態(tài)， 所以它具有開關(guān)特性，這種特性需要一定的條件才能轉(zhuǎn)化，此條件見表3.1表3.1可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷條件狀態(tài)條件說明兩者缺一不可兩者缺一不可任一條件即可1、陽極電位高于是陰極電位 從關(guān)斷到導(dǎo)通2、控制極有足夠的正向電壓和電流1、陽極電位高于陰極電位

24、維持導(dǎo)通2、陽極電流大于維持電流1、陽極電位低于陰極電位 從導(dǎo)通到關(guān)斷2、陽極電流小于維持電流b）基本伏安特性可控硅的基本伏安特性如圖3.2所示:圖3.2可控硅基本伏安特性反向特性：當(dāng)控制極開路，陽極加上反向電壓時(shí)（如圖3.3所示），J2結(jié)正偏，但J1、J2結(jié)反偏。此時(shí)只能流過很小的反向飽和電流，當(dāng)電壓進(jìn)一步提高到J1結(jié)的雪崩擊穿電壓后，接著J3結(jié)也擊穿，電流迅速增加，圖 3.2的反向特性開始彎曲，如特性中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書OR段所示，彎曲處的電壓URO叫 反向轉(zhuǎn)折電壓”。此時(shí)，可控硅會(huì)發(fā)生永久性反向擊 穿。圖3.3陽極加反向電壓正向特性：當(dāng)控制極開路，陽極上加上正向電壓時(shí)（如圖3

25、.4所示），J1、J3結(jié)正偏，但J2結(jié)反偏，這與普通PN結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻 斷狀態(tài)，當(dāng)電壓增加，圖3.2的特性發(fā)生了彎曲，如特性 OA段所示，彎曲處的是UBO 叫：正向轉(zhuǎn)折電壓。圖3.4陽極加正向電壓由于電壓升高到J2結(jié)的雪崩擊穿電壓后，J2結(jié)發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)，在結(jié)區(qū)產(chǎn)生大量的電子和空穴，電子時(shí)入 N1區(qū)，空穴時(shí)入P2區(qū)。進(jìn)入N1區(qū)的電子與由P1區(qū)通過J1結(jié)注入N1區(qū)的空穴復(fù)合，同樣，進(jìn)入P2區(qū)的空穴與由N2區(qū)通過J3結(jié)注入P2區(qū)的 電子復(fù)合，雪崩擊穿，進(jìn)入N1區(qū)的電子與進(jìn)入P2區(qū)的空穴各自不能全部復(fù)合掉，這樣， 在N1區(qū)就有電子積累，在P2區(qū)就有空穴積累，結(jié)果使

26、 P2區(qū)的電位升高，N1區(qū)的電 位下降，J2結(jié)變成正偏，只要電流稍增加，電壓便迅速下降，出現(xiàn)所謂負(fù)阻特性，見圖 2.8的虛線AB段。這時(shí)J1、J2、J3三個(gè)結(jié)均處于正偏，可控硅便進(jìn)入正向?qū)щ姞顟B(tài) - 通態(tài)，此時(shí)，它的特性與普通的 PN結(jié)正向特性相似，見圖3.2中的BC段。c）觸發(fā)導(dǎo)通在控制極G上加入正向電壓時(shí)，如圖3.5所示，因J3正偏，P2區(qū)的空穴時(shí)入N2 區(qū), N2區(qū)的電子進(jìn)入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內(nèi)部正反饋?zhàn)饔玫幕A(chǔ)上，力卩 上IGT的作用，使可控硅提前導(dǎo)通，導(dǎo)致圖2.10的伏安特性O(shè)A段左移，IGT越大，特 性左移越快。圖3.5陽極和控制極均加正向電壓選擇可控硅元件的正

27、向、反向峰值電壓：U (58)U2(5 8) 1417051128V選擇可控硅元件的額定電流：It (1.52) 0.368IN (1.5 2) 0.368 255 141188 A實(shí)選可控硅耐壓：1200V，額定電流：200A3.3平波電抗器計(jì)算平波電抗器在回路中的作用：1) 主回路電流連續(xù)；2) 限制直流電流脈動(dòng)率；3) 限制直流側(cè)短路電流的上升率10 o三種電感所需電感不同，其中按主回路電流連續(xù)條件計(jì)算的電感量較其他兩種情況大，故按電流連續(xù)條件計(jì)算，同時(shí)也可以滿足其他兩種作用。其計(jì)算過程如下：電動(dòng)機(jī)電樞電感計(jì)算：N3Ld Kd-103(mH)2PNnN|N102202 2 430 255

28、105.1mH式中Kd-系數(shù)，無補(bǔ)償繞組電機(jī)KD =10變壓器漏電感:LB喘磴時(shí))51413.9 -1000.524mH255式中 Kb =3.9, uk%=5平波電抗器電感：U 2Lpk ALd LbI d min0.63914112.755.10.1080.192mH查表得三相全控橋整流電路A=0.639，取 I d min =5% IN|pk 1.1IN 1.1 255280A第41頁共45頁4交流側(cè)和直流側(cè)保護(hù)4.1過電流保護(hù)三相異步電動(dòng)機(jī)繞組的燒毀90 %以上是由于過載或過電流所造成的。發(fā)生過電流的 原因有：生產(chǎn)機(jī)械的過載、整流裝置的直流側(cè)短路、某一元件擊穿引起相鄰元件過流、 不正確

29、的啟動(dòng)和過大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩等。過電流一般比短路電流小得多，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生 過電流比發(fā)生短路的可能性更大，尤其是頻繁的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)時(shí)的開啟、制動(dòng)的重復(fù)短時(shí) 工作制電動(dòng)機(jī)中更是如此。在上述情況工作的三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)加入過電流保護(hù)環(huán)節(jié)， 才能保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全11 O可控硅允許的過電流能力較差，如不及時(shí)切斷電路，就會(huì)損壞可控硅元件。因此必 須采取恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。4.1.1自動(dòng)開關(guān)保護(hù)自動(dòng)開關(guān)的作用有二：交流側(cè)過電流保護(hù)和直流側(cè)電流的后備保護(hù)。當(dāng)可控硅整流 裝置失去控制作用，其電流達(dá)到 2.5In時(shí)，且多電流時(shí)間大于 0.51mS時(shí)，自動(dòng)開關(guān) 自動(dòng)斷開交流電源12 O 4.1.2快速熔斷器保護(hù)靜止勵(lì)磁系

30、統(tǒng)的可控硅整流器的作用是將交流電源轉(zhuǎn)換為直流，為發(fā)電機(jī)的磁場繞組提供合適的勵(lì)磁能源。由于可控硅元件的熱容量小，在過流故障狀態(tài)下必須要有快速 保護(hù)?？焖俦Ｗo(hù)的方式有兩種：一種是在整流橋的交流側(cè)裝設(shè)空氣斷路器， 利用空氣斷路 器的過流脫扣功能，當(dāng)發(fā)生過流故障時(shí)，斷路器跳閘將整流橋全部退出。由于此種保護(hù) 方式會(huì)限制發(fā)電機(jī)的出力，很少采用。一般都將斷路器的過流脫扣器摘除，將斷路器作 為帶電檢修整流橋時(shí)的隔離開關(guān)。另一種是采用快速熔斷器保護(hù)，這是通常采用的方式。 快速熔斷器具有與可控硅元件相類似的熱特性，是一種較為理想的保護(hù)器件。由于快速 熔斷器保護(hù)分?jǐn)嗪笠话銉H有一個(gè)元件退出運(yùn)行，整流橋仍能在缺一波頭的

31、情況下運(yùn)行， 因此，比以前采用的空氣斷路器保護(hù)更有實(shí)用價(jià)值。4.2過電壓保護(hù)在正常工作中，凡超過可控硅所能承受的峰值的電壓均被稱為過電壓。電力電子裝 置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。內(nèi)因過電壓將在下面問題中分析，本小結(jié)只討論外因過電壓及其保護(hù)措施。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作等外部原因。包括：1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓、電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會(huì) 由供電變壓器電磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間存在的分布電容靜電感應(yīng)耦合過來。保護(hù)措施：由于操作過電壓都是短時(shí)的尖峰電壓，所以通常在變壓器次級并聯(lián)電容, 利用電容量短的電壓不能突變的原理，來吸收尖峰過電壓。

32、由于只并聯(lián)電容會(huì)與變壓器 漏感形成震蕩。這種保護(hù)電路稱為阻熔吸收電路，如圖4.1所示13。2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓保護(hù)措施： 發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入很大的浪涌電壓時(shí)，這種過電壓能量較大，持 續(xù)時(shí)間較長，一般的阻熔吸收電路只能把操作過電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，而對雷擊過 電壓不一定能完全抑制。我選用的非線性電阻（壓敏電阻）吸收電路。壓敏電阻又稱浪 涌吸收器，具有很陡的穩(wěn)壓管特性。他對浪涌電壓反應(yīng)快，體積小，是一種理想的保護(hù) 元件。這種電路接在整流變壓器次級它具有穩(wěn)壓特性，抑制過電壓，又能吸收較大的能 量。保護(hù)電路連接方法（交流側(cè)）如圖 4.2所示。圖4.2壓敏電阻吸收電路4.3 SCR元件

33、過電壓保護(hù)SCR元件過電壓屬于內(nèi)因引起的過電壓，主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括兩類：1) 換相電壓由于SCR元件或者全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換向結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻 斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)阻斷能力時(shí)， 反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽機(jī)之間或與續(xù)流二極 管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。保護(hù)措施：在晶閘管兩端并聯(lián) RC吸收回路，如圖2.7所示。2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在其間兩端感應(yīng)出的過電壓。而緩沖電路(Shubber Circuit )

34、又稱為吸收電路。常作 為保護(hù)電路。保護(hù)措施：緩沖電路的作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、du/dt或者過電流和ddt，減小器件開關(guān)損耗。緩沖電路分為開關(guān)關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。本設(shè) 計(jì)采用關(guān)斷緩沖電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓；又能抑制換向過電壓，抑制du/dt， 減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路又為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。如圖4.3所示。圖4.3 SCR元件過電壓保護(hù)5控制回路設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制回路主要由電流內(nèi)環(huán)、速度外環(huán)，給定積分器、邏輯無環(huán)流環(huán) 節(jié)、速度給定和靜止檢測器組成。5.1電流閉環(huán)5.1.1電流調(diào)節(jié)器圖5.1電流調(diào)節(jié)器

35、由8FC2組件構(gòu)成的調(diào)節(jié)器的接線圖，如圖5.1所示。為了使運(yùn)算放大器工作穩(wěn)定， 不開環(huán)使用，接固定反饋電阻 R=1.5兆歐，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器皆為 PI調(diào)節(jié)器。 由于8FC2的輸入阻抗 150千歐，故選擇調(diào)節(jié)器的輸入電阻 Ro 20K，圖中D1、D2為 輸入保護(hù)二極管。由 W組成的分壓器為調(diào)零裝置，組件的 8和11, 9和10端接入了 RC校正網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)值由實(shí)際調(diào)整時(shí)確定，由電阻R5、R6、R7、R8、R9、D3、D4組成振幅環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)器最大輸出限幅值為10伏。為提高組件的運(yùn)行可靠性，盡量減小它的輸出功率，由于電流調(diào)節(jié)器要帶六個(gè)觸發(fā)器，需要較大的功率，因此在電流調(diào)節(jié)器輸 出端加一個(gè)放大級。

36、速度調(diào)節(jié)器的負(fù)載是電流調(diào)節(jié)器，需要的功率較小，故輸出端不必 加功率放大級14。5.1.2電流閉環(huán)工作原理電流閉環(huán)是以電流調(diào)節(jié)器為核心的恒流控制系統(tǒng)。它的基本工作工程是：速度調(diào)節(jié) 器輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入信號 Ugi，從而電流互感器取自交流側(cè)的電流信號經(jīng)電流 變換器BI，轉(zhuǎn)換成電壓信號，與Ugi進(jìn)行相減得到的偏差信號在電流調(diào)節(jié)器內(nèi)進(jìn)行積分 輸出信號Uk，觸發(fā)集成電路，形成脈沖，控制 SCR元件通斷，為電動(dòng)機(jī)供電，使系統(tǒng) 正常工作。直到偏差信號為零，Uk不再上升，電機(jī)電壓停止上升。此時(shí)，由于慣性作 用，盡管加速停止，電機(jī)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)升高，電流反饋環(huán)節(jié)（ BI、交流互感器等組成）由 于穩(wěn)壓管存在，控

37、制口冇為定值，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速降為正常值電機(jī)工作在正常工作狀態(tài)。 靜止時(shí)，由靜止檢測器來的鎖零信號使電流調(diào)節(jié)器鎖零，防止零漂。電流閉環(huán)系統(tǒng)框圖 如圖5.2所示電流閉環(huán)組成結(jié)構(gòu)如圖所示，起作用是電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、制動(dòng)過程中電樞電流為最大 允許值，以實(shí)現(xiàn)快速最優(yōu)控制。此外，電流閉環(huán)對電網(wǎng)電壓波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有抗擾能 力。圖5.2電流閉環(huán)方框圖5.2速度閉環(huán)速度閉環(huán)由速度調(diào)節(jié)器、電流內(nèi)環(huán)、電動(dòng)機(jī)、測速發(fā)電機(jī)和電壓隔離器等等組成。 在啟制動(dòng)過程中，速度調(diào)節(jié)器 ST的輸出為最大限幅值，通過電流閉環(huán)維持電樞電流為 最大允許值直到速度升到給定速度，使過渡過程最快。由于速度調(diào)節(jié)器選用 PI調(diào)解器可以保證在正常工作情況

38、下刨制速度恒定，而不受 負(fù)載波動(dòng)的影響。改變速度給定值 Ugs，可以在0.5: 4m/min之間平滑無極調(diào)速，實(shí)現(xiàn) 刨制工藝在刨制速度和速度調(diào)節(jié)精度方面的要求。速度調(diào)節(jié)器由BG305組件組成，接線與電流調(diào)節(jié)器相似。5.3集成觸發(fā)電路531 SCR整流裝置對觸發(fā)器的要求：1）觸發(fā)脈沖要與SCR元件的交流電源電壓同步。2）觸發(fā)脈沖要有足夠的功率，10V左右的幅值，3至5倍的觸發(fā)電流，脈沖前沿具 有一定陡度。3）觸發(fā)脈沖要有足夠?qū)挾?，使用雙脈沖時(shí)，脈沖寬度約為 7度至10度。4）要能平滑移相，移相范圍要大于 150度。5.3.2觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)及工作原理觸發(fā)器接受電流調(diào)節(jié)器LT的輸入信號Uk，并根據(jù)它

39、的極性、大小的變化來改變 觸發(fā)脈沖的相位，達(dá)到改變整流電壓的目的。本設(shè)計(jì)采用KC系列組合觸發(fā)組件。這種集成化觸發(fā)組件避免了由于分離元件參數(shù)的分散型造成的移相特性不一致以及由此產(chǎn) 生的不良后果，且輸出脈沖的均勻度高，可靠性強(qiáng)，維修調(diào)節(jié)方便。該組件采用三個(gè) KC04移相集成觸發(fā)器和一個(gè) KC41C六相雙脈沖形成器以及外接元件組合而成，如圖 5.3所示。他能實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)六個(gè)雙脈沖（間隔為60度），一般用于晶閘管三相全控橋變流器的觸發(fā)?，F(xiàn)將各單元電路原理介紹如下：1）Kc04為了滿足三相全控橋電路同一相中的兩臂的兩個(gè)晶閘管觸發(fā)的要求， 必須 有兩個(gè)輸出端1和15,故需設(shè)有由T8和2組成的脈沖分配環(huán)節(jié)

40、。11端只能在正半周 輸出一個(gè)脈沖列，15端只能在負(fù)半周輸出一個(gè)脈沖列。如圖 5.42）KC41C六脈沖形成環(huán)節(jié)KC41C集成電路的功能是將KC04輸出的單脈沖變成雙脈沖，還可以通過電子開關(guān)的通斷封鎖或開放雙脈沖的輸出。其內(nèi)部原理圖見圖5.5。3）脈沖分配環(huán)節(jié)由于應(yīng)用在邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)上，故應(yīng)有正反轉(zhuǎn)兩組觸發(fā)脈沖，這些觸發(fā)脈 沖取自脈沖變壓器的次級輸出端，如圖 5.3所示15。圖5.5 KC41C內(nèi)部原理圖圖5.6脈沖驅(qū)動(dòng)器5.4無環(huán)流邏輯裝置邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)就是在一組可控硅工作時(shí)，用邏輯電路完全封鎖另一組可控硅的觸發(fā)脈沖，使該組可控硅完全處于阻斷狀態(tài)，從根本上切斷環(huán)流的回路。由于

41、沒 有環(huán)流，省去了平衡電抗器，但與電樞串聯(lián)的平波電抗器是必需的。在無環(huán)流邏輯控制系統(tǒng)中，反并聯(lián)的兩組整流橋需要根據(jù)所要求的電樞電流極性來 選擇，其中一組整流橋投入運(yùn)行，而另一組整流橋觸發(fā)脈沖被封鎖，兩組整流橋的切換 是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩極性需要反向時(shí)，由邏輯裝置控制進(jìn)行的。其切換順序可歸納如下：1）由于速度給定變化或負(fù)載變動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩極性反向，由速度調(diào)節(jié) 器輸出反映這一極性，并由邏輯裝置對該極性進(jìn)行判斷，然后發(fā)出切換開始的指令。2）使導(dǎo)通側(cè)的整流橋的電流迅速減小到零，由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)34毫秒左右延時(shí)，確認(rèn)電流實(shí)際值為零，封鎖原導(dǎo)通側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖；3）由零電流檢測器得

42、到零電流信號后，經(jīng) 10毫秒左右延時(shí)，確保原導(dǎo)通側(cè)整流橋 可控硅完全阻斷后，開放待工作側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖；4）電樞內(nèi)流過與切換前反方向的電流，完成切換過程。5）根據(jù)邏輯裝置要完成的任務(wù)，它應(yīng)該由 4個(gè)部分組成，即電平檢測，邏輯運(yùn)算, 延時(shí)電路和邏輯保護(hù)等。541無環(huán)流系統(tǒng)對邏輯裝置的要求：1）任何情況下正反兩組SCR整流橋絕對不允許同時(shí)有觸發(fā)脈沖，一組工作時(shí)另一 組觸發(fā)脈沖必須封死。2）當(dāng)要求兩組整流橋切換時(shí)，必須在主回路電流降到零以后，才能進(jìn)行切換工作。3）為保證工作可靠，切換時(shí)必須在主回路電流降到零以后3ms才能封鎖原工作的SCR,再經(jīng)710ms的延時(shí)，再開放原處于封鎖狀態(tài)的一組 SCR。

43、5.4.2 電平檢測邏輯裝置的輸入信號有兩個(gè)：一個(gè)是反映轉(zhuǎn)矩極性信號的速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓Us，另一個(gè)是來自電流檢測器的零電流信號 Uio，它們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯 電路卻只需要高低兩個(gè)狀態(tài)的數(shù)字量。電平檢測器的任務(wù)就是將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 也就是轉(zhuǎn)化成“0態(tài)（將輸入信號轉(zhuǎn)換成近似0伏輸出）或“ 1態(tài)（將輸入信號轉(zhuǎn)換成近 似+15伏輸出）。下面采用射極耦合觸發(fā)器作電平檢測器。為了提高信號轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級差動(dòng)放大和一級射級跟隨器，其原理圖如圖和輸入輸出特性如圖5.7所示，具有回環(huán)特性。圖5.7電平檢測器原理圖由于速度調(diào)節(jié)器的輸出和電流檢測器的輸出都具有交流分量，除入口有濾波

44、器外，電平檢測還需要一定寬度的回環(huán)特性，以防止由于交變分量使邏輯裝置誤動(dòng)作，本系統(tǒng) 電平檢測器回環(huán)特性的動(dòng)作電壓 Usr1=100毫伏，釋放電壓Usr2=80毫伏。調(diào)整回環(huán)的寬 度可通過改變射耦觸發(fā)器的集電極電阻來 R8實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號為速度調(diào) 節(jié)器的輸出Us，其輸出為Uno電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)Us為負(fù)，Un為低電位（“0態(tài)）；反轉(zhuǎn)時(shí)Us為正,Un為高電位（“ 1態(tài)）。零電流檢測器的輸入信號為電流檢測器的零電流信號U-，其輸出為，有電流時(shí)5為正，為高電位（“ 1態(tài)）；無電流時(shí)Uio為0，為低電位（“0態(tài)）。 543邏輯判斷電路邏輯判斷電路的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器和零電流檢測器的輸出信號M

45、和I信號，正確地發(fā)出封鎖正組可控硅的信號2或者是封鎖反組可控硅的信號 F （見圖5.9）。在各種情況下，邏輯判斷電路的輸出 一一輸入信號的開關(guān)狀態(tài)可歸納如下： 輸入信號：1>轉(zhuǎn)矩極性鑒別器：2> u <0 時(shí)，M=+ 和 =13> ugi >0 時(shí)，M二和 M =04>零電流檢測器：有電流時(shí) 1 =0無電流時(shí)1 =1輸出信號封鎖正組脈沖，Z=0開放正組脈沖，Z=1封鎖反組脈沖，=0開放反組脈沖，=1以上邏輯判斷狀態(tài)的改變，用來控制集成觸發(fā)組件的輸出，另作為控制回路的選擇 信號。5.4.4延時(shí)電路前面的邏輯運(yùn)算電路保證了零電流切換，但是僅采用零電流切換是不夠的

46、，必須在 切換過程中設(shè)置兩段延時(shí)，即關(guān)斷等待延時(shí)和觸發(fā)等待延時(shí)t2。所以，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時(shí)電路。延時(shí)電路如圖5.8所示，其工作原理如下：圖5.8延時(shí)電路當(dāng)延時(shí)電路輸入為0時(shí)，輸出也為“0態(tài)（BG1截止、BG2導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈 沖開放。當(dāng)輸入由“0變?yōu)椤?1時(shí)，電容C經(jīng)R1充電，經(jīng)過一定延時(shí)后，BG1導(dǎo)通，BG2 截止，即輸出由0延時(shí)變“ 1,相應(yīng)的整流橋延時(shí)封鎖。其延時(shí)時(shí)間由 R1C來決定，這 里整定為3毫秒。當(dāng)輸入有“ 1態(tài)變?yōu)椤?時(shí)，電容C的電荷要經(jīng)過R2和BG1基射回路 放電，經(jīng)過一定的延時(shí)后，BG1截止，BG2導(dǎo)通，即輸出由“ 1延時(shí)變0,相應(yīng)的整流 橋脈沖延時(shí)開放

47、，其延時(shí)時(shí)間由 CR2的參數(shù)來決定，這里整定為10毫秒，這樣就滿足 了延時(shí)3毫秒封鎖，延時(shí)10毫秒開放”的要求。5.4.5邏輯保護(hù)邏輯電路正常工作時(shí)，邏輯與延時(shí)電路的輸出Uz'和u F '兩個(gè)信號總是相反，但是， 一旦電路發(fā)生故障，有可能兩個(gè)信號同時(shí)為“ 1態(tài)，這將造成正反兩組整流橋短路事故。為了避免這種事故發(fā)生，增設(shè)了保護(hù)環(huán)節(jié)，見圖 5.9。邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)取了邏輯運(yùn)算電路經(jīng)延時(shí)電路后的兩個(gè)輸入信號作為一個(gè)或非”門的輸入信號。當(dāng)正常工作時(shí)，兩個(gè)輸入信號總是一個(gè)“ 1, 一個(gè)“0,或非門輸出總是“0” 它不影響脈沖封鎖信號的正常輸出，當(dāng)兩個(gè)輸入信號都為“0”它輸出一個(gè)“ 1同時(shí)加到

48、兩個(gè)觸發(fā)器上，將正反組整流裝置的觸發(fā)脈沖全部封鎖，使系統(tǒng)停止工作，起到可靠的 保護(hù)作用。無環(huán)流邏輯裝置的工作原理是：轉(zhuǎn)矩級性鑒別器和零電流檢測分別把控制信 號送給電平檢測，電平檢測把模擬信號變成數(shù)字信號送給邏輯運(yùn)算電路，對是否觸發(fā)和 觸發(fā)哪一組進(jìn)行邏輯判斷，經(jīng)過延時(shí)電路延時(shí)兩個(gè)時(shí)間，即關(guān)斷等待延時(shí)和觸發(fā)等待延 時(shí)。最后是保護(hù)電路，確保電路由于電壓波動(dòng)和電路故障，同時(shí)觸發(fā)兩組可控硅時(shí)能夠 封閉觸發(fā)脈沖。圖5.9邏輯保護(hù)電路5.5檢測裝置5.5.1測速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)采用速度負(fù)反饋，選用永磁式的直流測速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速檢測元件。測速發(fā)電機(jī)和主拖動(dòng)電機(jī)直接并聯(lián)，安裝要求不偏心，以防止產(chǎn)生振動(dòng)。5.5.2電流

49、檢測裝置本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器需要檢測主回路的電流信號， 其次系統(tǒng)采用邏輯控制需要零電流信號，發(fā)生過流時(shí)，應(yīng)發(fā)出過流信號，根據(jù)以上要求 和主電路的接線方式，采用交流互感器作電流檢測裝置，其接線圖如圖5.10所示UiUio電路的工作原理是：電流互感器將主電路中的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，通過二極 管的整流作用將交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號，從而得到電流反饋和零電流檢測的輸入信 號。5.6速度給定環(huán)節(jié)速度給定環(huán)節(jié)的作用是實(shí)現(xiàn)軋制方向選擇、高低速度選擇和停車等作用。它由選擇 開關(guān)、繼電器、按鈕和電阻等組成。在操作電路中JXL為系統(tǒng)聯(lián)索繼電器常開觸點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)正常時(shí)，JXL接通，表示可

50、以進(jìn)行軋制。KK為軋制方向選擇開關(guān)。左推時(shí)，左向軋制繼電器1JZX接通。然后進(jìn)行高低速選擇，高速時(shí)按高速按鈕 GA。此時(shí)高速繼電器1JQS接通，它在速度給定環(huán) 節(jié)的常開觸點(diǎn) 1JQS接通Ugd的電源。這時(shí)，電流從 +15V出發(fā)，經(jīng)1JZX 電阻 100 1JQS 電位計(jì)W 電源零線OV。此時(shí)，Ugd為正電壓，送給給定積分器，使 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。改變電位計(jì) W的滑動(dòng)端的位置可以改變電壓Ugd，因而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速。當(dāng)需要低速時(shí)，按低速按鈕 DA，這時(shí)高速繼電器1JQS斷電，低速繼電器1JQD接 通并進(jìn)行自鎖。同時(shí)，在速度給定環(huán)節(jié)中的1JQD常開觸點(diǎn)閉合。這時(shí)，電流經(jīng)+15V 1JZX 1JQD

51、1JQS 電阻10K Ugd。由于串入了 10K電阻，因而Ugd很小， 相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)速度為喂料機(jī)速度，便于操作人員進(jìn)行調(diào)整或喂料。同理，將軋向選擇開 關(guān)KK推向右方，即可進(jìn)行右向軋制。停止時(shí)，按停止按鈕TA，斷開了高速和低速軋制繼電器1JQS 1JQD的電源，Ugd為零，電動(dòng)機(jī)停止。5.7過流監(jiān)視保護(hù)環(huán)節(jié)由于SCR元件熱容量小，過載能力熱，一旦過載，結(jié)溫升高，很容易促成SCR元件燒壞，所以必須設(shè)置過載保護(hù)措施，一方面從主電路入手，利用瞬時(shí)動(dòng)作的過流繼電 器，一旦電流超過整定值，繼電器動(dòng)作，斷開主電路交流電源。（本設(shè)計(jì)未用）；另一方面，從控制電路入手，當(dāng)主電路過流時(shí)，是SCR觸發(fā)脈沖拉到逆變區(qū)從

52、而實(shí)現(xiàn)對 SCR元件的過流保護(hù)。圖5.11過流監(jiān)視保護(hù)環(huán)節(jié)過流保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，如圖5.11所示。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，電流檢測裝置輸出電壓 小于14伏，穩(wěn)壓管DW不導(dǎo)通，BG1截止，繼電器Jo釋放，BG2導(dǎo)通，BG3截止，發(fā) 射極輸出0電位。不影響正反組可控硅觸發(fā)的正常工作。當(dāng)主回路過流時(shí)，電流檢測裝 置輸出大于14伏，穩(wěn)壓管被擊穿，BG1導(dǎo)通，BG2截止，BG3導(dǎo)通，發(fā)射極輸出高電 壓+15伏，同時(shí)封鎖正反組觸發(fā)器的脈沖。當(dāng) BG1導(dǎo)通時(shí)繼電器Jo吸合，一方面自鎖， 另一方面是繼電器J1得電吸合，J1在交流側(cè)線路接觸器S B線圈回路中的常開觸頭打 開，使S B跳閘切斷主回路交流電。改變電阻R1和

53、R2數(shù)值或選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓 管DW即可整定不同跳閘電流。5.8控制系統(tǒng)的電源本控制系統(tǒng)的電源為 15伏穩(wěn)壓電源 作為調(diào)節(jié)器，觸發(fā)器的脈沖形成部分，速度給定環(huán)節(jié)，無環(huán)流邏輯裝置，軟換向環(huán)節(jié)， 過流保護(hù)環(huán)節(jié)的電源，這些環(huán)節(jié)對電源的穩(wěn)定要求都比較高，而負(fù)載不大，故共用穩(wěn)壓 電壓，如圖5.12所示。圖5.1215電源原理圖5.9主回路中電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路原理圖圖5.13主電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路6系統(tǒng)靜、動(dòng)特性的分析及參數(shù)調(diào)整一個(gè)合格的控制系統(tǒng)，必須滿足以下三項(xiàng)基本要求：1）工作應(yīng)該是穩(wěn)定的，而且具有一定的穩(wěn)定程度；2）穩(wěn)態(tài)工作精度應(yīng)符合要求3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)應(yīng)在允許的限度以內(nèi)。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)所要求

54、的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。6.1參數(shù)設(shè)計(jì)方案的確定調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算可以按典I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對于速度環(huán) 來說，應(yīng)該按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)樗俣乳]環(huán)的擾動(dòng)量主要是負(fù)載， 要求抗干擾能力 強(qiáng)。按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)速度降小而且恢復(fù)時(shí)間短， 而按典 型I型設(shè)計(jì)的系統(tǒng)這方面的指標(biāo)不如II型系統(tǒng)。因此，決定速度環(huán)參數(shù)按照II型系統(tǒng)設(shè) 計(jì)。電流閉環(huán)的干擾是電網(wǎng)波動(dòng)，從抗干擾能力角度來看，也應(yīng)選擇II型系統(tǒng)。本系統(tǒng)由給定積分器環(huán)節(jié)，給定信號均勻上升，限制了他的超調(diào)。因而本系統(tǒng)的電流閉環(huán)也按 典型II型系統(tǒng)校正。調(diào)節(jié)器的型式選擇。本刨床的調(diào)速范圍為：D Vmax 8Vmin 0.5因課題要求D>8，所以取D=10。式中Vmax為最大刨制速度，Vmin為最低刨制速度，等于喂料速度。龍門刨床工藝要求靜差率0.2,如果采用比例調(diào)節(jié)器，則在低速刨制時(shí)，難以滿足靜差率的要求。因此，本設(shè)計(jì)決定采用比例積分調(diào)節(jié)器，