【正文】 21 . 2 2 . 3 4 2 2 0 1 . 2 2 . 3 4 1 1 0 2 2 0 1 . 65 5 5 5dNTNK U U UR I ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 53） （ 3）要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降。 故 10CidU RK UR? ??? （ 510） 34 圖 51 放大倍數(shù)可調(diào)的放大器 為避免放大器開環(huán)， ? 不能調(diào)到零，可在電位器接地端墊一個(gè)不可調(diào)的小電阻。 表 51 組成控制電路電源元件名稱與規(guī)格 序號(hào) 代號(hào) 名稱 規(guī)格 數(shù)量 1 B B2 橋堆 2A、 200V 2 2 C C2 電解電容 2200μF、 63V 2 3 C3 電容 2 4 7815 三端集 成穩(wěn)壓器 +15V、 1 5 7915 三端集成穩(wěn)壓器 15V、 1 6 C4 電容 2 7 VD1 、 VD2 二極管 3CP12 2 35 圖 52 15V 直流穩(wěn)壓電源原理圖 6 繼電器 接觸器控制電路設(shè)計(jì) 為使 電路工作更可靠，總電源由自動(dòng)開關(guān)引入，由于變壓器一次側(cè)電流I1=14A，故選用 DZ550 型，三極自動(dòng)斷路器，脫扣器的額定電流為 30A 的三極自動(dòng)斷路器即可滿足要求。 繼電器 接觸器電氣接線原理圖見圖 71。 9 調(diào)試、修改電路參數(shù) 首先檢查接線是否正確，布線是否 合理 逐點(diǎn)檢查焊點(diǎn)質(zhì)量，看是否有漏焊、錯(cuò)焊、虛焊的地方；察看晶體管管腳 、二極管和電解電容等元件的規(guī)格，脈沖變壓器引線等有無弄錯(cuò)；集成塊有無插反；插板、插接件是否插接牢靠，熔絲是否完好。因此，只要同步電壓與 U 相電壓 uU 同相，就可滿足晶閘管 1n 移相范圍的要求。若波形不正常，應(yīng)檢查或更換有關(guān)以及，直到正常為止。若有，再看主電路有無交流電壓，如果有交流電壓，還要看熔斷器是 否熔斷，是否沒有插好或擰緊。 接入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)鏖]環(huán)系統(tǒng)調(diào)試。如果給定電壓還未調(diào)到最大值 Ugnmax，而電動(dòng)機(jī)已經(jīng)到最高轉(zhuǎn)速了，這說明轉(zhuǎn)速反饋強(qiáng)度弱了，這時(shí)應(yīng)增加反饋量來增加反饋強(qiáng)度。將各次測得數(shù)據(jù)填入表內(nèi)并給出機(jī)械特性曲線，然后檢查轉(zhuǎn)速降落是否滿足靜差率和調(diào)速范圍的要求，若不滿足，則應(yīng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整，直到滿足要求為止。 反饋極性接好后，即 可調(diào)整反饋強(qiáng)度。這里 應(yīng)該提醒注意的是，加給定電壓一定要緩慢移動(dòng)電位器，避免主回路過大的沖擊電流而損壞晶閘管和電動(dòng)機(jī)。 在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)缺相波形，則說明有些晶閘管沒有開放。否則應(yīng)檢查線路或更換元件，直到正常為止。 圖 91 相序器檢查圖 檢查同步電壓與主電路電壓的相位關(guān)系 根據(jù) KJ004 工作原理可知，在同步電壓的正負(fù)半周都能形成鋸齒波。 圖 81 電氣柜的外形圖 有關(guān)內(nèi)部各單元布局，主要根據(jù)電器元部件的大小以及方便維修、調(diào)試。 整流裝置應(yīng)有電流和轉(zhuǎn)速指示，因輸出額定 電流為 55A，并考慮快速起動(dòng)，故選用 100A、 59C5A 型直流電流表。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè) 15V 電源，用一個(gè) 、 1W 電位器引出給定電壓。 由于 PseKKK C?? ? ，故 1 1 3 0 . 1 9 31210 .0 1 2 1 5eP sKCK K? ? ?? ? ?? （ 58） 因 PK 較大，故選用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，如圖 51 所示。 調(diào)速 系統(tǒng) 靜態(tài)精度的計(jì)算 （ 1）電動(dòng)機(jī)和測速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢常數(shù)計(jì)算。同步變壓器的連接如圖 42 所示。 圖 41 集成六脈沖觸發(fā)器 由產(chǎn)品目錄中查得 KP50 晶閘管的觸發(fā)電流為 8～ 15mA，觸發(fā)電壓? V。 過電流繼電器的選擇 過電流繼電器位于變壓器二次測，變壓器 次級(jí)電流有效值為 【 3】 2 2 A3 dII?? （ 326） 繼電器吸引線圈電流 jI 可整定為 ?? （ 327） 可選用吸引線圈電流為 60A 的 JL1411ZS 手動(dòng)復(fù)位過電流繼電器。 圖 33 電子過電流保護(hù)裝置原理圖 快速熔斷器的選擇及參數(shù)計(jì)算 快速熔斷器是 目前廣泛采用的保護(hù)措施。 本設(shè)計(jì)采用 壓敏電阻為星型連接， 1mAU 的計(jì)算公式為 b1 m A y1 2 1 1 0 3 1 . 0 51 . 1 1 0 . 8 1 6 1 9 1 V0 . 9 3 0 . 9 5KUU K ?? ? ? ? ? （ 323） yK 為計(jì)算系數(shù)，通常取 ～ ； bK 為電網(wǎng)電壓上升系數(shù)，取 ～ ；U 為壓敏電阻保護(hù)裝置外接端電壓的有效值。為使元件免受換相過電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián) RC 電路。 直流側(cè)也有可能發(fā)生過電壓。過電壓保護(hù)設(shè)置如圖 圖 32 所示。 滿足設(shè)計(jì)要求的平波電抗器 PL 的電感量為 P z D 2 2 7 . 7 7 2 0 . 6 2 1 9 . 4 6 m HTL L L L? ? ? ? ? ? ? ? （ 315） 式中， DL 為電動(dòng)機(jī)電樞回路電感量，已知為 7mH；對(duì)于三相橋式整流電路，整流回路中變壓器為兩相串聯(lián)，因此計(jì)算時(shí)取 2TL 代入。 根據(jù) 式 （ 39）有 3322 0 . 4 6 1 1 01 0 1 0 6 . 9 8 m H2 2 3 0 0 7 % 5 5ammd m dUUULfI? ? ?? ? ? ? ? ??? （ 310） 22 表 31 計(jì)算有關(guān)電感量的計(jì)算系數(shù) 電路名稱 LK df mU 2amUU 單相全控橋 100 22U 三相半波 150 26U 三相全控橋 300 26U 帶平衡電抗器 的雙反星型 300 26U （ 2）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量 L 。 整流器輸出電壓為脈動(dòng)波形，因此由整流電源供電的負(fù)載中電流也是脈動(dòng)的，該電流可以分解成直流分量和各次諧波交流分量。 變壓器二次測電流有效值 2I 與整流 電流平均值 dI （ dNII? ）關(guān)系 【 2】 2 2 ddI I I?? （ 37） 所以 2 0. 81 6 0. 81 6 0. 81 6 55 45dNI I I A A? ? ? ? ? ? 由式（ 36）得 20 21 451 . 0 5 1 . 0 5 1 3 . 73 . 4 5IIAK? ? ? ? ? （ 3）變壓器容量 S 的計(jì)算。 3）直流回路雜散電阻 rU?? ：直流回路中，接線端子、引線、熔斷器、電抗器、及整流元件等均將存在電阻，稱為雜散電阻。 整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算 根據(jù)整流器主電路的類型、電源及負(fù)載要求的直流電壓和電流，可以計(jì)算出 18 整流變壓器的額定參數(shù)：變壓器次級(jí)相電壓 U 相電流 I2 及容量 S2； 變壓器初級(jí) 相 電流 I容量 S1； 變壓器等值容量 ST。其工作原理如下： 圖 22 電流截止負(fù)反饋 當(dāng) d s I R U? ，電流負(fù)反饋信號(hào) iU 起作用，當(dāng) d s I R U? ，電流負(fù)反饋信號(hào)被截止。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來不便。 圖 21 帶截流負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 調(diào)速系統(tǒng) 的工作原理 問題的提出 直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。為避免三次諧波電動(dòng)勢的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用 /Y? 接法。既培養(yǎng)學(xué)生基于所學(xué)知識(shí)分析和綜合典型系統(tǒng)的能力，又使學(xué)生理解典型系統(tǒng)的工程背景、在掌握基礎(chǔ)理論和方法的同時(shí)能夠舉一反三、提高解決實(shí)際自動(dòng)控制系統(tǒng)問題的能力。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。 主要 性 能指標(biāo) （ 1）調(diào)速范圍 D。 PWM 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）主電路線路簡單，需用的功率器件少； （ 2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較??； （ 3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1:10000 左右； （ 4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)； （ 5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高； （ 6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 在干線鐵道電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機(jī)車等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過去用切換電樞回路電阻來控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。 晶閘管 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱 VM 系統(tǒng)，又稱靜止 的 WardLeonard 系統(tǒng)）， 圖 12 VM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖 圖 中 VT 是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 CU 來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 （ 1）直流發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組（ GM 系統(tǒng) ）。 （ 3）變阻調(diào)速。 由式（ 11）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： （ 1）降壓調(diào)速。 眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速以下，保持勵(lì)磁電流不變，可用改變電樞電壓的 方法實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速以上，保持電樞電壓恒定，可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。 關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速系統(tǒng) ， 主電路 ， 保護(hù)電路 ， 觸發(fā)電路 ， 控制電路 ，設(shè)計(jì)。 本研究課題可廣泛應(yīng)用于各類電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械 ,滿足電力拖動(dòng)調(diào)速機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求 ,對(duì) 提高產(chǎn)品質(zhì)量和生成率 ,電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速性能具有重要意義。以直流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為直流調(diào)速系統(tǒng) ，以交流電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象的電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為交流調(diào)速系統(tǒng)。 直流調(diào)速方法及發(fā)展歷史 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 6 ddeU I Rn K ??? ? （ 11） 式中 n— — 轉(zhuǎn)速（ r/min）； dU — — 電樞電壓（ V）； dI — — 電樞電流（ A）； R? —— 電樞回路總電阻（ ? ）； ?—— 勵(lì)磁磁通（ Wb）； eK —— 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)。弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。 直流調(diào)速發(fā)展過程 調(diào)速的關(guān)鍵是獲得可控的直流電源，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近代直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)歷三個(gè)方面的發(fā)展過程。 VM 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 12所示。 （ 3） 直流斬波調(diào)制器（ PWM 系統(tǒng) ）。 采用簡單的單管控制時(shí)，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，脈寬調(diào)制變換器（ PWMPulse Width Modulation）。 頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。 調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。通過設(shè)計(jì)，一方面掌握設(shè)計(jì)方法、技巧，另一方面加強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際及指導(dǎo)解決實(shí)際問題的途徑，以期達(dá)到理論與實(shí)際的統(tǒng)一，從而提高同學(xué)們對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和能力。 電動(dòng)機(jī)的額定電壓為 220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低。 直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。 如圖 22 所示為電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，電流也不過是堵轉(zhuǎn)電流，在式（ 24）中，令 n = 0，得 *p s n c o mdb p s s()lK K U UI R K K R?? ? (25) 一般 p s sK K R R ，因此 *n db sl UUI R?? (26) dblI 應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取 ? ?db 2lNII? (27) 從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)