【文章內(nèi)容簡介】 這時 ASR輸出達到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 其靜特性如 下 圖 255： 圖 255 單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 靜特性 圖 運控課程設(shè)計報告 14 為分析動態(tài)特性以及抗擾性能參考 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 如下圖： 圖 256 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu) 框 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點： （ 1）飽和非線性控制：根據(jù) ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng) ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。 （ 2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于 ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 △ Un 為負值，才能使 ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。 （ 3） 準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：起動過程中的主要階段是第 II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選 擇為電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。 對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能，主要是負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。對于負載擾動，由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。在設(shè)計 ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。對于電網(wǎng)電壓擾動，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到 轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。 四輥壓延機開卷機直流調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)速方案的選擇 直流電動機調(diào)速方法 根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)速方程： eU IRn K?? ? (21) 式中 n — 轉(zhuǎn)速（ r/min）； U — 電樞電壓（ V）； I — 電樞電流（ A）； R — 電樞回路總電阻（ ? ）； 運控課程設(shè)計報告 15 ? — 勵磁磁通（ Wb）； eK — 由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。 由式 (21)可以看出，電動機有三種調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法： (1)、調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； (2)、減 弱勵磁磁通 ?； (3)、改變電樞回路電阻 R。 三種調(diào)速方法的性能比較 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方案比較常用的有開環(huán)控制、轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控制和雙閉環(huán)控制。 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)原理圖如圖 261 所示。 圖 261 開環(huán)控制直 流調(diào)速系統(tǒng) 如圖 21 所示是開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動機的轉(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，可以找到一些用途。 但是， 龍門刨床 常常對靜差率有一定的要求。由于毛坯表面粗糙不平，加工時負載大小有波動，但是，為了保證工件的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過程中的速度必須是基本穩(wěn)定，也就是說靜差率不能太大。又如熱連軋機，各運控課程設(shè)計報告 16 機架軋輥分別由單獨的電機拖動，鋼材在幾個架內(nèi)連續(xù)軋制，要求各機架出口速度保持嚴(yán)格比例關(guān)系，使被軋金屬的每秒 流量相等，才不致造成鋼材起拱或拉斷。在這些情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。 調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。 圖 262 轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式： **( 1 / ) ( 1 ) ( 1 )p s n d p s n de p s e e eK K U I R K K U RIn C K K C C K C K??? ? ?? ? ? (22) 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測精度 ? 給定精度 ——由于給定決定系統(tǒng)輸出，輸出精度自然取決于給定精度。 如果產(chǎn)生給定電壓的電源發(fā)生波動，反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應(yīng)有的電壓波動。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。 ? 檢測精度 ——反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的，因此檢測精度決定了系統(tǒng)輸出精度。 運控課程設(shè)計報告 17 比較一下開環(huán)系統(tǒng)的機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 (1)、閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多； (2)、如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的 靜差率要小得多； (3)、當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍； (4)、要取得上述三項優(yōu)勢， K 要足夠大，因此閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。 閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。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 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖 23 所示。 圖 263 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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 在圖 263 中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)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(jié)構(gòu)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)。 運控課程設(shè)計報告 18 第三章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各功能模塊概述 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 概述 主電路的穩(wěn)定安全運行直接影響整個系統(tǒng)的性能，為了保證可逆冷軋機的卷取機系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運行特性，則需要設(shè)計可逆的調(diào)速系統(tǒng)，采用六個晶閘管構(gòu)成三相橋式整流電路的反并聯(lián)裝置可以解決電動機的正反轉(zhuǎn)運行和回饋制動的問題。其實現(xiàn)方式如圖 311 所示。 圖 311 主電路框圖 對于系統(tǒng)的供電，可將無窮大電網(wǎng)電壓經(jīng)三相變壓器變?yōu)?220V，再通過一系列熔斷器等保護措施，輸入給橋式整流電路，進而給直流電機和其他裝置供電。變壓器繞組采用 △ /Y 接法 ，具體方法見主電路變壓器的參數(shù)計算。主電路的保護措施尤為重要，設(shè)計多重保護電路成為必要。 在 起動開關(guān)電路里面設(shè)置自鎖回路和，在控制電路中發(fā)現(xiàn)電流過大，這可使主電路常閉開關(guān) KM 跳開而保護整個系統(tǒng)，當(dāng) KM 跳開失敗后，由于電流過大，一段時間后快速熔斷器受熱而熔化使電路跳開，從而避免燒壞電機等設(shè)備。上框圖中起動開關(guān) KM 部分電路圖如圖 312 所示。 運控課程設(shè)計報告 19 圖 312 起動開關(guān)電路圖 各功能模塊概述 速度調(diào)節(jié)器 速度調(diào)節(jié)器 由運算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成，對給定和反饋兩個輸入量進行加法、減法、比例、積分和微分等運算。其原理如圖 321所示 ： 。 圖 321速度調(diào)節(jié)器 在圖中“ 3”端為信號輸入端，二極管 VD1和 VD2起運放輸入限幅，保護運放的作用。二極管 VD VD4和電位器 RP RP2組成正負限幅可調(diào)的限幅電路。由 C R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。 R C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。改變 R7的阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，改變 C5的電容值改變了系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 RP3為調(diào)零電位器。 電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器由運算放大器、限幅電路、互補輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)及反饋阻抗網(wǎng)絡(luò)等環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與速度調(diào)節(jié)器相同，其原理圖如圖 322所示。 運控課程設(shè)計報告 20 圖 322 電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了幾個輸入端，其中“ 3”端接推β信號，當(dāng)主電路輸出過流時，電流反饋與過流保護的“ 3”端輸出一個推 β 信號（高電平）信號，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓下降，使α角向 180度方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護主電路?！? 7”端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端，當(dāng)有高電平輸入時，擊穿穩(wěn)壓管，三極管 V V5導(dǎo)通，將相應(yīng)的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實驗中“ 6”端同為輸入端，其輸入的值正 好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個值正好抵消為零，這時就需要通過“ 7”端的電壓輸入來控制。在同一時刻，只有一路信號輸入起作用，另一路信號接地不起作用。 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 運控課程設(shè)計報告 21 圖 323 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路 鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。由 V VD VD C1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓 UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時刻及鋸齒波的寬度。由 V V2等元件組成的恒流源電路，當(dāng) V3截止時，恒流源對 C2 充電形成鋸齒波； 當(dāng) V3 導(dǎo)通時，電容 C2 通過 R V3 放電。調(diào)節(jié)電位器 RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率?？刂齐妷?Uct、偏移電壓 Ub 和鋸齒波電壓在 V5基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)， RP RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓 Uct和偏移電壓 Ub的大小。 V V7構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)， C5為強觸發(fā)電容改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。 電流反饋與過流保護 運控課程設(shè)計報告 22 圖 324 電流反饋與過流保護原理圖 本單元有兩個功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當(dāng)主電源輸出電流超過某一設(shè)定值時發(fā)出過流信 號切斷電源 TA1,TA2,TA3 為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個園孔均為觀測孔，不需再外部進行接線，只要將 DJK04掛件的十芯電源線與插座相連接，那么 TA TA TA3就與屏內(nèi)的電流互感器輸出端相連，當(dāng)打開掛件電源開關(guān)，過流保護即處于工作狀態(tài)。 (1)電流反饋與過流保護的輸入端 TA TA TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負載電流大小的電壓信號經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至 RP RP及 R R VD7組成的 3條支路上，其中 : ① R2與 VD7并聯(lián)后 再與 R1串聯(lián)，在其中點取零電流檢測信號從 1腳輸出，供零電平檢測用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時候，“ 1”端的輸出由 R R2分壓所得， VD7截止。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時候，“ 1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接接近 ， VD7導(dǎo)通，使輸出始終保持在 。 ②將 RP1的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“ 2”端輸出，電流反饋系數(shù)由 RP1進行調(diào)節(jié)。 ③ RP2的滑動觸頭與過流保護電路相連，調(diào)節(jié) RP2可調(diào)節(jié)過流動作電流的大小。 (2)當(dāng)電路開始工作時，由于電容 C2的存在， V3先與 V2導(dǎo)通， V3的集 電極低電位， V4截止，同時通過 R VD8將 V2基極電位拉低，保證 V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)。 運控課程設(shè)計報告 23 (3)當(dāng)主電路電流超過某一數(shù)值后， RP2上取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓管 V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管 V2導(dǎo)通，從而 V3截止， V4導(dǎo)通使繼電器 K動作，控制屏內(nèi)的主繼電器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實驗裝置已過流跳閘。調(diào)節(jié) RP2的抽頭的位置，可得到不同的電流報警值。 (4)過流的同時， V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個高電平信號從“ 3”端輸出，作為推 β 信號供電流調(diào)節(jié)器使用。 (5)SB為解除過流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過流故障己經(jīng)排除，則須按下 SB以解除記憶，才能恢復(fù)正常工作。當(dāng)過流動作后，電源通過 SB、 R VD8及 C2維持 V2導(dǎo)通， V3截止、 V4導(dǎo)通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當(dāng)按下 SB后， V2基極失電進入截止?fàn)顟B(tài)， V3導(dǎo)通、 V4截止，電路才恢復(fù)正常。 轉(zhuǎn)速變換 轉(zhuǎn)速變換用于有