【正文】 。為了構成一個完整的電流回路，要求有兩個晶閘管同時導通，其中一個在共陽極組，另外一個在共陰極組。為此，晶閘管必須嚴格按編號輪流導通。晶閘管與按 A 相，晶閘管與按 B 相，晶閘管與按 C 相 ， 晶閘管接成共陽極組，晶閘管接成共陰極組。在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時導通時，才構成完整的整流電路。 如圖 所示。 由于電網(wǎng)電壓與工作電壓（ U2）常常不一致，故在主電路前端需配置一個整流變壓器，以得到與負載匹配的電 壓，同時把晶閘管裝置和電網(wǎng)隔離，可起到降低或減少晶閘管變流裝置對電網(wǎng)和其他用電設備的干擾。 考慮到控制角 α 增大，會使負載電流斷續(xù)，并且負載為直流電動機時，由于電流斷續(xù)和直流的脈動，會使晶閘管導通角 θ 減少，整流器等效內(nèi)阻增大，電動機的機械特性變軟，換向條件惡化，并且增加電動機的損耗，故在直流側(cè)串接一個平波電抗器，以限制電流的波動分量，維持電流連續(xù)。 為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流保護裝置。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 在單閉環(huán)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 dcrI 值以后， 靠 強烈的負反饋作用限制電流 的 沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。 帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖 （ a）所示。當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。 圖 主電路原理圖 7 在實際工作中 ,我們希望在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過 渡 過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。 這樣的理想起動過程波形如圖 1（ b）所示， 這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩） 受限 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。 (a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程 (b)理想快速起動過程 圖 調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關鍵 是要獲得一段使電流保持為最大值 dmI 的 恒流過程，按照反饋控制規(guī)律， 采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么采用 電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不 再靠 電流負反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用 在 不同的階段。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接， 如圖 2所示， 即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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 。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器 ASR和 ACR一般都采用 PI調(diào)節(jié)器。因為 PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用 PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 采用 PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩IdL n t Id O Idm IdL n t Id O Idm Idcr n n (a) (b) 8 種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實行嵌套（串聯(lián)）聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結構框 圖 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 PI調(diào)節(jié)器，這樣構成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖 2所示。圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓 Uc為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓 Uc 就可改變電動機的轉(zhuǎn)速。如果負載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，但是，對靜差率有較高要求時，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。這時就要采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 雙閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR— 電流調(diào)節(jié)器， TG— 測速發(fā)電機， TA— 電流互感器， UPE— 電力電子變換器， Un*— 轉(zhuǎn)速給定電壓， Un— 轉(zhuǎn)速反饋電壓， Ui*— 電流給定電壓， Ui— 電流反饋電壓 圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 + + + M TG + + RP2 n U*n R0 R0 Uc Ui TA L Id Ri Ci Ud + + R0 R0 Rn Cn ASR ACR LM TG V RP1 Un U*i LM UPPPE 9 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖 首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖如圖 所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關鍵是掌握 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)太特征。一般存在兩種狀況：飽和 —— 輸出達到限幅值；不飽和—— 輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為 恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)太時總是為零。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖 實際上，在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學模型 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎的系統(tǒng)動態(tài)結構圖。雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖 所示。圖中 )(sWASR 和 )(sWACR 分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結構框圖中必須把電樞電流 dI 顯露出來，如圖 所示。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖 U*n ? Uct IdL n Ud0 Un + ? Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E Ks ? 1/Ce U*n Uct Id E n Ud0 Un + + ASR + U*i IdR R ? ACR Ui UPE 10 電動機型式的確定 電動機電壓等級的選用 電動機電壓等級要與工廠企業(yè)或車間的供電 電壓一致。一般中、小型交流電動機額定電壓為 220/380V 或 380/660V。當電動機由晶閘管整流裝置直接供電時，為配合不同的整流電路聯(lián)結，新改型直流電動機還增設了 160V（配合單相全波整流）及 440V（配合三相橋式整流）等新的電壓等級。 電動機額定轉(zhuǎn)速的選用 一般可分為下列三種情況： （ 1）電動機連續(xù)工作，很少起動、制動或反轉(zhuǎn)。對幾個不同的額定轉(zhuǎn)速進行全面比較，最后確定電動機的額定轉(zhuǎn)速。 （ 2）電動機經(jīng)常起動、制動及反轉(zhuǎn)，此時除考慮初期投資外，主要根據(jù)過渡過程能量損耗為最小的條件來選 擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。 （ 3）電動機經(jīng)常起動、制動及反轉(zhuǎn)，主要根據(jù)過渡過程持續(xù)時間為最短的條件來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。 電動機額定功率的選用 額定功率的選用考慮電動機的發(fā)熱、過載能力及起動能力三個方面。電動機額定功率的選擇一般可分為三步： （ 1）計算負載功率 PL。這是決定電動機額定功率的依據(jù)。 （ 2）根據(jù)負載功率，預選電動機的額定功率 PN≥ PL，盡量接近 PL。 （ 3）校核預選電動機。 電動機的額定功率 決定電動機功率的主要因素有三個： （ 1）電動機的發(fā)熱與溫升 ，這是決定電動機功率的最主要因素。 （ 2）允許短時過載能力。 （ 3）對于籠型交流電動機還要考慮起動能力。 在生產(chǎn)實際中，還需要考慮具體生產(chǎn)機械的特殊情況，進行補充和靈活運用。 電動機的選型 型號： Z418042 額定轉(zhuǎn)速： 3000r/min 額定功率： 90KW 電壓：電樞 220V 激磁： 220V 電樞電流： 221A 慣量矩： 重量： 410Kg 11 晶閘管結構型式的確定 晶閘管 整流是把交流變直流。整流的過程中 ,采 用 三相 橋式 全控 整流電路 。 可控整流的原理： 當晶閘管的陽極和陰極之間承正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然導通。當晶閘管的陽極和陰 極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關斷。 根據(jù)電動機的額定電壓的不同，確定整流變壓器的輸出電壓和可控整流電路的結構形式，一般情況，當控制角 ? 為 0 時，整流輸出電壓的有效值 0dU 應約等于 倍的電動機額定電壓 nU ,運算關系參照下 表 1。 表 1 運算關系 電路結構確定后既要進行晶閘管的型號選擇：一般取晶閘管的額定電壓為 倍的 mU 、額定電流大于 2 倍的電動機額定電流 nI 確定。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制電壓 Uc就可改變電動機的轉(zhuǎn)速。采用 PI 調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是就要考慮采 用轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。為了實現(xiàn)