【正文】 圖 12 典型單位階躍響應(yīng)曲線及性能指標(biāo) 主要（時(shí) 域）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有： 1）上升時(shí)間 rt ：響應(yīng)曲線從零至第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間 2）過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 st ：又稱調(diào)節(jié)時(shí)間。響應(yīng)曲線從零至到達(dá)并停留在穩(wěn)態(tài)值的正、負(fù) 5%或 2%誤差范圍內(nèi)所需的最小時(shí)間 3）超調(diào)量 ? ：在系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程中，輸出量的最大值超過(guò)穩(wěn)態(tài)值的百分 數(shù)，即%10021 ?? ?? ???? e （式 15） 4）震蕩次數(shù) N：在過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速振蕩的頻率 主要（頻域）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有： 1） )( c?? 相位裕度； 2） e? 開(kāi)環(huán)截止頻率； 3） h 中頻寬度 4） rM 閉環(huán)諧振峰值 （ 3） 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是指調(diào)速系統(tǒng)的性能價(jià)格比。在性能相同的情況下，應(yīng)考慮： 1）初投資：包括設(shè)備本身及輔助設(shè)備的投資； 2）運(yùn)行費(fèi)用：包括運(yùn)行過(guò)程中的能量損耗大小，即運(yùn)行效率和維護(hù)費(fèi)用等 表 11 三種調(diào)速方法性能比較 調(diào)速方法 調(diào)速范圍 D 相對(duì)穩(wěn)定性 平滑性 經(jīng)濟(jì)性 應(yīng)用 串電阻 在額定負(fù)載2??DT ，輕載時(shí) D 更小 差 差 初投資少，電 能損耗大 對(duì)調(diào)速性能要求不高；適合與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合 降壓 一般為 8 左右； 100kW 以上電動(dòng)機(jī)可達(dá) 10； 1kW以下電機(jī)為 3左右 好 好 初投資多，電 能損耗少 對(duì)調(diào)速性能要求不高；適合與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 4 弱磁 一般直流電機(jī)為 1,2 左右；變磁通電機(jī)最大可到 4 較好 好 初投資少，電 能損耗少 一般與降壓調(diào)速相配合，適用于恒功率負(fù)載 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方程式為 TCC RCUn Tee 2????(式 16) 式中 n 為轉(zhuǎn)速，單位 r/min； U 為電樞電壓，單位為 V； T 為電磁轉(zhuǎn)矩，單位為 mN? ；?eC 與 ?TC 是電勢(shì)系數(shù)與轉(zhuǎn)矩系數(shù)； R 是電樞回路的電阻，單位為 ? 。 根據(jù)公式 16 及設(shè)計(jì)要求，確定本系統(tǒng)采用降壓電樞電壓調(diào)速。 供電方案 由于本系統(tǒng)采用的調(diào)速方案是降低電樞（電源）電壓，所以需要一個(gè)可調(diào)的直 流供電方案 .可調(diào)直流電源的種類很多，調(diào)速系統(tǒng)常用的是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組和可控硅變流器 名稱 指標(biāo) 功效倍數(shù) 快速性 功耗 效率 維護(hù)和運(yùn)行 KGD 410 以上 ms 小 大 體積小，重量輕，運(yùn)行可靠維護(hù)方便 DF?1 10 s 最大 最小 電刷換向困難，噪聲大 表 12 直流電源性能指標(biāo)比較 本系統(tǒng)屬于恒 轉(zhuǎn)矩，無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，要求效率高，噪聲小，調(diào)節(jié)性能好。因此采用 KGD 為供電電源方案。 整流方案（主電路整流電路） 直流穩(wěn)壓電源 常用的直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖 13 所示 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 5 圖 13 直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)框圖 圖 13 中各環(huán)節(jié)的功能如下 （ 1）電源變壓器 把交流電壓變?yōu)檎魉枰碾妷? （ 2）整流電路 利用整流元件的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒔涣麟妷鹤兂蓡蜗蛎}動(dòng)直流電壓 （ 3）濾波電路 減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需 要 （ 4）穩(wěn)壓電路 把脈動(dòng)直流電壓變?yōu)槠交曳€(wěn)定的直流電壓。在對(duì)直流電壓的穩(wěn)定程度要求較低的電路中，穩(wěn)壓電源也可不要 主電路整流電路 三相相控整流主電路形式很多，有三相半波（三相零式）、三相全控橋式、三相半控橋式、雙反星形以及適用于大功率的十二相整流電路等。下面將幾種常用的整流電路的性能和適用范圍以表格形式列出。 指標(biāo) 名稱 單相半波 單相全控 三相半波 三相半控 三相全控 適用范圍 10ms 以下 10ms 以下 10ms 以下 10ms 以下 50ms 最大調(diào)節(jié) 滯后時(shí)間 10ms 10ms 可逆或 不可逆 不可逆 可逆 可逆 不可逆 可逆 輸出波形 差 差 比單相好 較好 好 使用功率 范圍 1kW 下 4kW 下 2030kW 10kW 以下 10100kW 表 13 各整流電路的性能和適用范圍 三相半波電路比單相電路整流波形平直，但每相只有 31 周期導(dǎo)電，變壓器利用率低，且存在直流磁化。全控橋控制的增益大，靈敏度高，靜態(tài)誤差小，元件排列整齊，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好， 全控橋可組成逆變電路，對(duì)不可逆系統(tǒng)可接成回饋制動(dòng)，而且隨著生產(chǎn)工藝水平的提高，大功率整流晶體管與大功率晶閘管的造價(jià)相當(dāng)，全控橋只多了三個(gè)觸發(fā)電路，而觸發(fā)單元向集成化發(fā)展，造價(jià)越來(lái)越低，全控橋與半控橋初投資差不多，卻比半控橋具有極大的優(yōu)越性，所以本系統(tǒng)使用三相全控橋式整流電路。 觸發(fā)電路 對(duì)觸發(fā)電路的要求 （ 1）改善功率開(kāi)關(guān)器件靜態(tài)性能 觸發(fā)電路應(yīng)保證觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件完全導(dǎo)通或關(guān)斷。導(dǎo)通時(shí)，通常壓降小；關(guān)斷時(shí)，漏電流小 （ 2）改善功率開(kāi)關(guān)器件動(dòng)態(tài)性能 對(duì)于同樣的功率開(kāi) 關(guān)器件，采用不同的驅(qū)動(dòng)波形將得到不同的動(dòng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性，因此，觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)性能，考慮改善器件的開(kāi)關(guān)特遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 6 性和減小器件的開(kāi)關(guān)損耗 （ 3）電隔離的要求 在許多應(yīng)用場(chǎng)合要求控制電路與主電路電隔離，如在電路中有多個(gè)不共地的開(kāi)關(guān)器件時(shí)，觸發(fā)電路的輸出應(yīng)與控制電路隔離，以防止不同電位的開(kāi)關(guān)器件通過(guò)控制電路短接起來(lái) (4)抗干擾性能的要求 實(shí)際觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)不僅要考慮以上的要求，而且還應(yīng)該考慮提高抗干擾性能，防止器件誤導(dǎo)通和誤關(guān)斷 觸發(fā)電路 觸發(fā)電路通常以組成的主要元 件名稱分類，常見(jiàn)的有：簡(jiǎn)易觸發(fā)電路，單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，晶體管觸發(fā)電路，集成電路觸發(fā)器，計(jì)算機(jī)控制數(shù)字觸發(fā)電路等 由于本系統(tǒng)使用三相全控橋式整流電路，故采用 KCZ6 集成電路觸發(fā)器。 觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步 （一）同步的概念 觸發(fā)脈沖必須在管子陽(yáng)極電壓為正時(shí)的某一區(qū)間出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導(dǎo)通，而在常用的正弦波移相和鋸齒波移相觸發(fā)電路中，送出脈沖的時(shí)刻是由接到觸發(fā)電路不同相位的同步電壓來(lái)定位，由控制與偏移電壓的大小來(lái)決定移相，因此必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管的陽(yáng)極電壓相位，正確供給各觸發(fā)電路特 定相位的同步信號(hào)電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時(shí)刻輸出脈沖。這種正確選擇同步信號(hào)電壓相位以及得到不同相位同步信號(hào)電壓的方法，稱為晶閘管裝置的同步或定相。 （二）三相全控橋式電路的同步 圖 14（ a）為三相全控橋式電路的主電路接線，電網(wǎng)電壓為111 wv UUUu 、經(jīng)整流變壓器 T 供給晶閘管橋路，對(duì)應(yīng)電壓為 wv UUUu 、 ，其波形如圖 14（ c）所示。假定控制 角 o0?? ，則 61~ gg uu 六個(gè)觸發(fā)脈沖應(yīng)出現(xiàn)在各自的自然換流點(diǎn) 61~ tt ?? ，依次相隔 o60 。要保證每個(gè)晶閘管的控制角 ? 一致，六塊觸發(fā) 板 1CF~6CF 輸入的同步信號(hào)電壓 su 也必須依次相隔 o60 。為了得到六個(gè)不同相位的同步電壓，通常用一只三相同步變壓器 TS，它具有兩組二次繞組，二次側(cè)得到相隔 o60 的六個(gè)同步信號(hào)電壓分別輸入六個(gè)觸發(fā)電路。同步信號(hào)電壓 su 下標(biāo)的符號(hào)與被觸發(fā)晶閘管陽(yáng)極電壓符號(hào)一致，如圖 14（ b）所示。因此只要一塊觸發(fā)板的同步信號(hào)電壓相位符號(hào)要求，那其他五個(gè)同步信號(hào)電壓相位也肯定正確。 由此可知，每一個(gè)觸發(fā)電路的同步信號(hào)電壓 su 與被觸發(fā)晶閘管的陽(yáng)極電壓必須有怎樣的相位關(guān)系，決定于主電路的不同形式、不同的觸發(fā)電路、負(fù)載性質(zhì)以及不同的移相要求。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 7 圖 14 觸發(fā)脈沖與主電路的同步 現(xiàn)以觸發(fā) 3VT 管的觸發(fā)電路 3CF 為例。輸入的同步電壓為 svu ，與 3VT 管的陽(yáng)極電壓 Vu 對(duì)應(yīng)，兩者在三相橋式電路中要求特定的相位關(guān)系如圖 15 所示，觸發(fā)電路晶體管類型（ PNP 還是 NPN）是指信號(hào)綜合的晶體管。 對(duì)于觸發(fā)電路，為正弦波移相，由 NPN 晶體管組成，在大電感負(fù)載要求可逆工作時(shí)，常把同步電壓 vus 由負(fù)變正過(guò)零點(diǎn)定在主電路 090?? 位置 2t? 時(shí)刻，如圖 15遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 8 （ a）所示， 00?? 對(duì)準(zhǔn)同步電壓最大負(fù)值 1t? 時(shí)刻，因此 vus 應(yīng)滯后對(duì)應(yīng)的晶閘管陽(yáng)極電壓 0120Vu 。如改用 PNP 晶體管電路，則 Vus 應(yīng)超前對(duì)應(yīng)的 060Vu ，如圖 15（ b）所示。對(duì)于鋸齒波移相電路而言，通常 vus 與 Vu 相差 0180 ，使主電路 090?? ，即 2t?時(shí)刻近似在鋸齒波的中點(diǎn)附近，圖 15（ c）所示。當(dāng)鋸齒波移相采用 PNP 晶體管觸發(fā)電路 時(shí)， vus 與 uv 同相，如圖 15 所示。 當(dāng)脈沖移相范圍要求較小時(shí)，如正弦波移相電路，為了避免同步電壓頂部過(guò)于平坦，交點(diǎn)不明確，工作不穩(wěn)定，選擇線性較好的工作段，也可以將同步電壓 vus 前移 030 ，如圖 15（ a）虛線位置，這樣就要求 vus 比對(duì)應(yīng)的 Vu 滯后 090 ，總之，同步電壓的相位要根據(jù)具體情況靈活考慮。保證觸發(fā)脈沖在需要范圍內(nèi)移相，晶閘管裝置能正常良好地工作。 圖 15 同步信號(hào)電壓 su 與主電壓 au 的對(duì)應(yīng)關(guān)系 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 9 （三） 實(shí)現(xiàn)同步的方法 晶閘管整流裝置時(shí)通過(guò)同步變壓器不同連接方式或再配合阻容移相，得到要求相位的同步信號(hào)電壓。 實(shí)現(xiàn)同步的具體步驟如下。 ① 根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號(hào)電壓 su 與對(duì)應(yīng)晶閘管陽(yáng)極電壓之間的相位關(guān)系，如圖 15 所示或根據(jù)具體要求確定。 ② 根據(jù)整流變壓器 TS 的接法與鐘點(diǎn)數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫(huà)出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽(yáng)極電壓的矢量。再根據(jù)第一點(diǎn)確定的同步信號(hào)電壓su 與晶閘管陽(yáng)極電壓的相位關(guān)系，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的同步相電壓矢量和同步線電壓的矢量。 ③ 根據(jù)同步變壓器二次側(cè)電壓矢量位置，定出同步變壓器 TS 的鐘點(diǎn)數(shù)和接法。按照上述步驟確定的同步變壓器接法之后，只需把同步 變壓器二次電壓SWSVSU UUU 、 分別接到 531 VTVTVT 、 管的觸發(fā)電路； )()()( WSVSUS UUU ??? 、 分別接到 264 VTVTVT 、 的觸發(fā)電路，與主電路的符號(hào)完全對(duì)應(yīng)，即能保證觸發(fā)脈沖與主電路同步。 控制方案 ▲電動(dòng)機(jī)的型號(hào)選擇 生產(chǎn)工藝對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊 要求并不多， n=100r/min 時(shí)，減速器與測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電機(jī)配合會(huì)較為方便，所以選用 Z94 直流電動(dòng)機(jī)。有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 型號(hào) NP 40kW 勵(lì)磁方式：他勵(lì) fNU 220V NP NU 220V fNI 317A NI NI 210A 工作方式 連續(xù) Nn Nn 1000r/min 電樞等效內(nèi)阻： ???? ????? 1 02 1 0 4 0 0 02 1 02 2 0)31~21(2 NI PIUR NNNa ???????? N aNNee n RIUCC 對(duì)應(yīng)調(diào)速指標(biāo) D=10， %10?S 的靜態(tài)速降 m i n/)(10 0 0 0)1( rsD snn NN ??????? 下面根據(jù)性能指標(biāo) 討論一下造紙機(jī)的控制方案 1）開(kāi)環(huán)控制方案 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 10 系統(tǒng)的靜態(tài)速降NeaNene N ICRICKC IRn 111 ????? 而 m i n/ rC IRn e Na ???????? 故不滿足性能指標(biāo)的要求。 2）單閉環(huán)電壓負(fù)反饋控制方案 電壓反饋只能補(bǔ)償 nR 引起的速降，對(duì) GR 引起的速降起不 到作用，則m in/ rn ??? 故也不能滿足性能指標(biāo)的要求。 3）單閉環(huán)電壓負(fù)反饋加上電流正反饋補(bǔ)償控制方案 電流正反饋是依賴參數(shù)配合的補(bǔ)償控制，它只在靜態(tài)上表示負(fù)載擾動(dòng)，在動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖上可以看作是一個(gè)局部的正反饋，這對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性很不利，另外，電流正反饋太強(qiáng)了，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)振蕩，所以該方案不可行。 4）單閉環(huán)速度負(fù)反饋控制方案 它能滿足靜態(tài)指標(biāo)的要求，但存在動(dòng)靜態(tài)矛盾，且動(dòng)態(tài)性能不好。 5）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制 方案 電流截止負(fù)反饋能限制過(guò)大的啟動(dòng)沖擊電流，但只要加一個(gè)給定積分器，就已經(jīng)解決了啟動(dòng)沖擊電流過(guò)大的問(wèn)題，而且該方案還存在動(dòng)靜態(tài)矛盾和動(dòng)態(tài)性能不好等問(wèn)題。 6）無(wú)靜差單閉環(huán)速度負(fù)反饋控制方案 雖然能解決動(dòng)、靜態(tài)矛盾，但動(dòng)態(tài)速降比較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。 7）速度，電流雙閉