【正文】 正，或由于負荷力矩變化引起電動機轉(zhuǎn)矩的變化，使ASR輸出變負，并通過電流調(diào)節(jié)器使工作組工作在逆變狀態(tài)。則直流電動機的最大負載功率為：=（7848025/60）/=考慮到工作行程中可能產(chǎn)生過載，則電動機的實際功率為：=式中，為過載倍數(shù)，由于（25—45）m/min范圍內(nèi)調(diào)速方法與生產(chǎn)機械負載性質(zhì)不匹配，則電動機的額定功率為：=≈60KW因此所選電動機的額定數(shù)據(jù)如下：=60KW，=220V，=305A，=1000r/min，額定激磁電壓=220V，額定激磁電流為=，激磁繞組電阻=52Ω，電樞電阻=4．調(diào)速系統(tǒng)的控制電路設(shè)計采用兩組晶閘管整流裝置供電的可逆控制線路4．1邏輯無環(huán)流系統(tǒng)邏輯無環(huán)流系統(tǒng)是指在電動機運行過程中，兩組反并聯(lián)連接的交流器之間完全沒有環(huán)流的可逆系統(tǒng)。3．3．5變壓器漏電感的計算 (39)式中，為變壓器的阻抗電壓百分值，1000KVA以下的變壓器，=，對于三相橋式電路=，已知：=141，=305A，代入各參數(shù)可得≈。3．3主電路的參數(shù)計算： 3．3．1確定變壓器T的參數(shù)，變壓器為了消除三次諧波而采用Δ/Y接法。⑸換相過電壓阻容保護回路第⑴⑵⑶項主要用于抑制斷開交流器交流進線電壓時所產(chǎn)生的階躍尖峰過電壓。 上圖中接于變流裝置交流側(cè)的保護回路有：⑴ 交流側(cè)阻容式保護回路。因此，KZD系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中越來越廣泛應(yīng)用。以實現(xiàn)弱磁調(diào)速。由于整流電壓是控制角的函數(shù)，因此只需改變觸發(fā)電路的控制電壓，使觸發(fā)脈沖移相，就可以改變控制角及，實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。但實際上，在KZD系統(tǒng)中，主電路往往串有濾波電抗器，它可以使電流波形連續(xù)，這時可以忽略特性很陡所造成的非線性問題，則KZD系統(tǒng)的機械特性方程式可寫為： （24）式中為整流電壓；為可控硅整流裝置的等效內(nèi)阻；、分別為電動機的電樞電阻及磁通。交流電壓分量加在直流電動機電樞上是不會產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩的，但卻增加了電樞內(nèi)的損耗，因而是不利的。2．9可控硅—電動機直流調(diào)速的介紹： 系統(tǒng)的組成以可控硅整流裝置作可調(diào)電源的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)叫可控硅電動機系統(tǒng)，簡稱KZD系統(tǒng)。盡管整流組的電壓和逆變組的電壓平均值相等，但瞬時值卻不一樣，因而在電路中出現(xiàn)了差值電壓，形成了一個環(huán)流回路。KCR－S3穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度為1%。軟啟動時間5秒左右。只要在裝置相應(yīng)端口上接入三相380V電源，毋需再接同步信號、直流電源和控制電壓。這樣，系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度都得以兼顧。裝置對輸出電壓、輸出電流采樣后，作為反饋信號，實現(xiàn)閉環(huán)控制。該裝置將控制電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)導(dǎo)通角的功率足夠大的觸發(fā)脈沖，使可控硅電路可靠地工作。對于多閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于它主要是控制系統(tǒng)的超速，只有在要求調(diào)速運行非常平穩(wěn)的系統(tǒng)中才采用，同時由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)性強，且投資高，不符合本設(shè)計的要求。如果采用單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，那么起、制動電流可達到額定電流的3—5倍，如果不限制起、制動電流，無疑會縮短電機壽命，且當(dāng)龍門刨被卡住時，導(dǎo)致電機堵轉(zhuǎn)會燒壞電機，為了防止這類情況的出現(xiàn)，必須加電流截止負反饋以限制最大起動電流、制動電流、堵轉(zhuǎn)電流。閉環(huán)系統(tǒng)又分為單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng)，對于本設(shè)計到底選用哪種閉環(huán)系統(tǒng)呢，下面我們就此來進行討論。顯然開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不滿足龍門刨的調(diào)速要求。如果生產(chǎn)機械對穩(wěn)速性能沒有什么要求，開環(huán)系統(tǒng)可滿足一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速的要求。龍門刨主拖動電動機的供電方式有兩種：（1）采用可控硅整流裝置，（2）采用直流斬波器，在具有恒定直流供電電源的地方，實現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速，既采用直流發(fā)電機供電。因此采用改變磁通來調(diào)速的范圍也是有限的，同時這種調(diào)速方式只適合于帶恒功率負載，實現(xiàn)恒功率調(diào)速。用電樞回路串聯(lián)電阻的方法調(diào)速，因其機械特性變軟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速受負載影響大，輕載時達不到調(diào)速的目的，重載時還會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且在串聯(lián)電阻上流過的是電樞電流，長期運行時損耗也大，經(jīng)濟性差，因此在使用上有一定的局限性，（2）、改變電樞電壓調(diào)速當(dāng)改變電樞電壓U時，理想空載轉(zhuǎn)速也將改變，而機械特性的斜率不變，此時機械特性方程為： (23)其中=；其特性曲線是一簇以U為參數(shù)的平行直線，由此可知，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有較大的硬度，在允許的轉(zhuǎn)速變化率范圍內(nèi)可以獲得較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，故此方法的調(diào)速范圍很寬，一般可達到10—20，如采用各種反饋或穩(wěn)速控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達幾百到幾千。2．4選擇調(diào)壓調(diào)速的理由直流電動機的機械特性方程為： (21)式中：U—加在電樞回路上的電壓R—電動機電樞電路總電阻 —電動機磁通 —電動勢常數(shù) —轉(zhuǎn)矩常數(shù)。但由于異步電機的調(diào)速范圍不大，故只適用于對調(diào)速范圍要求不大的生產(chǎn)機械。 2．3龍門刨的動力源的選擇電機分為交流電機和直流電機兩大類。而且停車要迅速，越位不能超過允許值。VJB。因此，實際切削力與切削速度的關(guān)系如圖(23)中的曲線2所示。如(23)中的曲線1所示。（4）、作臺往返循環(huán)中的速度圖：工作臺的速度圖如圖(22)示。A系列龍門刨為20，高速90m/min,?？蛰d返回時要求提高生產(chǎn)率采用高速。2. 2龍門刨床的工藝特點及其對自動控制系統(tǒng)的要求自動控制系統(tǒng)一定要滿足生產(chǎn)機械的工藝要求。龍門刨床的運動可分為主運動、進給運動與輔助運動。側(cè)刀架可上下移動并橫向進給，它又分為左側(cè)刀架和右側(cè)刀架。龍門刨的結(jié)構(gòu)示意圖如圖21所示。 起動、制動過程要快。 1．4本設(shè)計的基本要求： 可遞性：電機正轉(zhuǎn)時進行切削，反轉(zhuǎn)時空載返回。但是，從整體上來講，無論在經(jīng)濟性能和技術(shù)性能上，KZ—D系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機—電動機系統(tǒng)，至于可控硅整流裝置的缺點，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，已不斷采取新的措施去克服，因此，KZ—D系統(tǒng)將在實際生產(chǎn)中越來越被廣泛地采用。系統(tǒng)由可控硅整流裝置、濾波電抗器和直流電動機組成。采用直流電動機拖動稱為直流拖動，采用交流電動機拖動的稱為交流拖動。本文根據(jù)調(diào)壓調(diào)速和自動控制的理論基礎(chǔ)，設(shè)計出了一套，適用于龍門刨的調(diào)速系統(tǒng)。其思想是改變直流電動機的電樞電流來進行調(diào)速，以能達到直流電機的控制效果。按照電動機的種類不同，電力拖動分為直流拖動和交流拖動兩類。 1．2可控硅—電動機系統(tǒng)1．2．1系統(tǒng)的組成以可控硅整流裝置作可調(diào)電源的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)叫做可控硅—電動機系統(tǒng)，簡稱KZ—D系統(tǒng)。優(yōu)點：調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑，可獲得無級調(diào)速；設(shè)備的體積、重量小，投資少；運行時噪聲小、能耗小、效率高；控制方便；容易安裝及維護；缺點：主要表現(xiàn)在：（1）、目前可控硅的制造容量不大；（2）、采用可控硅整流裝置也會帶來一些不利：如電動機損耗增加，低速時功率因數(shù)低，可能會產(chǎn)生所謂的“電力公害”等。同時也要熟悉和掌握龍門刨床的工藝特點及其對自動控制系統(tǒng)的要求，主拖動電機的容量的選擇，主供電方式的選擇，確定控制系統(tǒng)的組成與工作原理，進行主回路的設(shè)計，并對系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性進行正確計算。 靜差度：S≤ 恒轉(zhuǎn)矩負載：采用調(diào)壓調(diào)速。常用它來加工大型機械零件，如導(dǎo)軌、立柱、箱體和機床的床身等部件。刨刀裝在垂直刀架4或側(cè)刀架3上。7為龍門頂。故選用龍門刨的型號為B2010A。對于每一個具體情況，有一最佳切削速度。所以，龍門刨要求調(diào)速范圍廣。因此。當(dāng)?shù)毒叩膹姸纫欢〞r，切削量與切削速度成反比。B2010A的VJB=25m/min。在計算速度以下，切削力一定，功率與速度成正比；達到計算速度時，實際切削功率最大，其值為Pmax=Fmax（6）、快速性：為了提高生產(chǎn)率，要求工作臺正反向的起動與制動過程要快。在下列情況下，工作臺應(yīng)該立即停止：如工作臺越位超過允許值、油泵停止工作、橫梁在移動、電動機過載等。同步電機轉(zhuǎn)速恒定，不可能實現(xiàn)無級調(diào)速，在起動，制動比較頻繁轉(zhuǎn)矩要求較大，且有調(diào)速要求的生產(chǎn)機械，廣泛使用異步電機。因此，本設(shè)計的電機選用直流電機，它符合龍門刨的工藝特點及其要求。即電動機電樞電路中串聯(lián)電阻時特性的斜率增加，在一定負載轉(zhuǎn)矩下，電動機的轉(zhuǎn)速降增加，因而實際轉(zhuǎn)速降低了。采用調(diào)節(jié)勵磁進行調(diào)速時，在高速下由于電樞電流去磁作用增大，使轉(zhuǎn)速特性變的不穩(wěn)定，換相性能也會下降。2．5主拖動電動機供電方式的選擇實現(xiàn)變電壓調(diào)速，首先要有可調(diào)的直流電源。雖然開環(huán)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級調(diào)速，但其機械特性比較軟，穩(wěn)速能力差。但開環(huán)系統(tǒng)如果要滿足以上靜差率的要求，它的調(diào)速范圍就很小了。因此只能引入被控制量的負反饋，將開環(huán)系統(tǒng)改為閉環(huán)系統(tǒng)。 對于這類生產(chǎn)機械的拖動系統(tǒng)而言，只有穩(wěn)速階段才可用于有效生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)該盡量縮短一個工作周期內(nèi)的起動時間與制動時間，因此電動機必須以最大的起動電流起、制動。綜合上面的討論我們知道單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足不了本設(shè)計的要求?？煽毓枞嘁葡嗾{(diào)壓調(diào)速裝置KCRS3是采用專用集成電路的觸發(fā)器；用于交直流調(diào)壓和交直流電動機調(diào)速。KCR－S3設(shè)有反饋電壓線性整流，電壓－電流PI調(diào)節(jié)。外環(huán)實現(xiàn)電壓自動調(diào)節(jié)，主要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定度。 　　KCR－S3功能齊全，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，價格合理。3o）。保護動作時間10mS 并保持到關(guān)機。若整流橋的輸出電壓比電動機的反電動勢高，則由處于整流狀態(tài)的整流器提供功率，電動機處于電動狀態(tài)，相反，若該電壓調(diào)整得比電動機的反電勢低，則電動機向處于逆變的整流管提供功率，電動機進行再生制動。（3）、反并聯(lián)的兩組變流器，由于所接的是同一臺變壓器的二次繞組，故相互有影響，特別是在作為有環(huán)流線路運行時影響更大，可靠性較差，因此這種方案一般都是在無環(huán)流可逆系統(tǒng)中使用?？煽毓枵麟娐穬啥溯敵鲭妷菏且幻}動電壓，其中除了直流分量以外，還含有交流分量。 系統(tǒng)的機械特性當(dāng)主電路的電流較小時，其電流波形是不連續(xù)的，系統(tǒng)的機械特性變的很陡。這時，電動機的磁場應(yīng)保持恒定，電動機勵磁繞組采用不可控整流電路（即二極管整流電路）供電。在調(diào)壓調(diào)速時，應(yīng)將電動機的勵磁電壓調(diào)在額定值上，只有在基速以上才將勵磁電壓調(diào)小。但是，從整體上講，無論在經(jīng)濟性能和技術(shù)性能上，KZD系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機電動機系統(tǒng)，而且隨著可控硅技術(shù)的發(fā)展，其缺點將不斷被克服。在晶閘管交流回路中，通常采用的過電壓保護形式如下圖(32)。⑷靜電感應(yīng)過電壓保護回路。在直流回路中，為了抑制主回路電感儲能的釋放而產(chǎn)生直流側(cè)過電壓，通常用阻容回路或壓敏電阻抑制。3．3．4電動機電樞電感的計算直流電動機電樞電感 (38)式中，P為電動機的極對數(shù)，已知P=2，=220V，=1000r/min，=305A，無補償繞組的電機系數(shù)=8—12，在此我們選=10，代入上式可得=。通常選用臂接熔斷器，其額定電壓和額定電流按以下方法選?。簯?yīng)大于電器正常工作時的電壓有效值，再留有適當(dāng)?shù)脑Ａ考础菔街?，——變流變壓器二次電壓有效值?yīng)按有負載圖計算出一個工作周期內(nèi)負載電流有效值選取,即≥ ——電流計算系數(shù)，對于三相橋，——負載電流的有效值3．3．7 主拖動電動機的容量因為龍門刨工作臺的最大拉力=78480N，最大拉力時的最高切削速度=25m/min，傳動機構(gòu)效率=。系統(tǒng)正確工作時，為負，ASR輸出為正，其中一路送到邏輯裝置的轉(zhuǎn)矩極性鑒別器，切換邏輯裝置AL電路，使模擬開關(guān)觸點和閉合，另一路經(jīng)輸入到電流調(diào)節(jié)器ACR，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負，正向組脈沖前移小于，電動機正轉(zhuǎn)。斷開，觸點。在切換時間中，電流換向死時占主要成分。此時，若切除工作組的觸發(fā)脈沖，則會引起換流失敗。因此，在零電流檢測器動作后，必須經(jīng)過一段延時才能關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管，圖（b）所示，這段時間稱為關(guān)斷時間，它有電源頻率、電壓、回路電感、控制角等因素決定，但要隨控制角的變化而變化。使開始切換到關(guān)斷所需的時間延長，這是不利的。 3）要有對電流調(diào)節(jié)器“拉”的信號在待工作組剛剛開始開放時，為避免此時因整流電壓和電動機反電動勢相加而造成很大的電流沖擊，應(yīng)使待工作組投入工作時處于逆變狀態(tài)。邏輯裝置主要由四個部分組成：電平檢測（包括轉(zhuǎn)矩極性與零電流檢測）、邏輯判斷、延時電路、邏輯保護。速度調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)矩（即電流）極性鑒別信號。所以零電流檢測器發(fā)出“零電流信號”是邏輯切換的充分條件。故可用具有繼電器特性的電平檢測器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電流檢測。當(dāng)一定時，1表示大，即小，說明正反饋強。同理至少加+，才能使輸出從+10V翻轉(zhuǎn)到10V。但是回環(huán)寬度太寬，則動作遲鈍，容易產(chǎn)生振蕩與超調(diào)。輸出+10V表示“1”，“0”信號。它的輸入信號是電流互感器輸出零電流信號。為了突出“電流是零”，所以規(guī)定零電流時=“1”，有電流時=“0”。當(dāng)封鎖信號為正時，或為“1”，發(fā)出脈沖開啟信號，在各種運行情況下邏輯判斷電路的狀態(tài)如下：輸入信號：轉(zhuǎn)矩極性鑒別：=+，則=―，=“1”；=―，則=+，=“0”零電流檢測：有電流時，則=“0”；無電流時，則=“1”封鎖信號：封鎖正組脈沖：=“0” 封鎖反組脈沖：=“0”開放正組脈沖：=“1” 開發(fā)反組脈沖：=“1”根據(jù)可逆系統(tǒng)正、反向運行和起動、制動的具體情況，對邏輯判斷電路的要求列在表上。110001100100111000000111根據(jù)真值表可列出邏輯判斷電路的邏輯 表42 邏輯判斷的真值表表達式： (46) (47) 上述邏輯表達式可簡化為：