【正文】 將圖 進一步化簡，得圖 。 1) 電流閉環(huán)的等效傳遞函數(shù) 將電流內(nèi)環(huán)寫成閉環(huán)傳遞函數(shù)的形式，然后進行化簡，可得出電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)，電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù) ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ?11 1 1 1dK iigi KL i iisI S W S SRu S W S S T S T S SKK? ?? ??? ????? ? ? ? ? 考慮到上述關(guān)系，電流的閉環(huán)傳函為 ? ?? ?? ?2 2 23 3 2 212 2 2111 1 1d igi i i iIS h T SuS h h hT S m T S m h T Sh h h? ?? ? ?????? ? ? ? ???? ? ??? 對上式 進行簡化。 電流閉環(huán)參數(shù)計算就是要算出電流調(diào)節(jié)器的 PI 參數(shù) iK 和 i? 的數(shù)值。整個系統(tǒng)是以電流閉環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度閉環(huán)為外環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其動態(tài)方框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)動態(tài)方框圖 圖中 gdu 、 giu 分別為速度給定和電流給定； 11?STon SSK nnn ?? )1( ? SZSK iii )1( ?? 1?STKS S 1/1 ??STRL 1??STRmeC1?STon?1?SToi?goufHu+ _ _ + + _ I + n E 中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 34 頁 共 45 頁 fnu、fiu分別為速度反饋和電流反饋； nK 、 iK 分別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)； n? 、 i? 分別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)； SK 、 ST 分別為 SCR 的放大倍數(shù)和時間常數(shù)； R? 、 LT 為電動機電樞回路總電阻和電磁時間常數(shù)； MT 為機電時間常數(shù)； dI 、 du 分別為整流電壓和整流電流； ? 、 ? 分別為電流反饋和速度反饋系數(shù)； eC 、 E 分別為電動機的電勢常數(shù)和電動機反電勢； 0i? 、 0n? 分別為電流和速度反饋的濾波時間常數(shù)； Ku 、 2fI 分別為移相電壓和負載電流。在多數(shù)情況下，負載電流達不到電 機額定電流，因此，實際靜態(tài)速降還要小一些。 龍門刨床工藝要求靜差率 ? ，如果采用比例調(diào)節(jié)器，則在低速刨制時，難以滿足靜差率的要求。因而本系統(tǒng)的電流閉環(huán)也按典型 II 型系統(tǒng)校正。按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)抗干擾能力強，動態(tài)速度降小而且恢復時間短，而按典型 I 型設(shè)計的系統(tǒng)這方面的指標不如 II 型系統(tǒng)。 主回路中電動機勵磁回路原理圖 圖 中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 31 頁 共 45 頁 6 系統(tǒng)靜、動特性的分析及參數(shù)調(diào)整 一個合格的控制系統(tǒng)，必須滿足以下三項基本要求： 1） 工作應該是穩(wěn)定的，而且具有 一定的穩(wěn)定程度； 2） 穩(wěn)態(tài)工作精度應符合要求 3） 動態(tài)性能指標應在允許的限度以內(nèi)。當主回路過流時，電流檢測裝置輸出大于 14 伏，穩(wěn)壓管被擊穿， BG1 導通， BG2 截止， BG3 導通，發(fā)射 極輸出高電壓 +15 伏，同時封鎖正反組觸發(fā)器的脈沖。（本設(shè)計未用）；另一方面，從控制電 路入手，當主電路過流時，是 SCR 觸發(fā)脈沖拉到逆變區(qū)從而實現(xiàn)對 SCR元件的過流保護。由于串入了 10K 電阻，因而 gdu 很小，相應的電動機速度 為喂料機速度，便于操作人員進行調(diào)整或喂料。改變電位計 W 的滑動端的位置可以改變電壓 gdu ，因而改變了電動機的轉(zhuǎn)速。然后進行高低速選擇，高速時按高速按鈕 GA。它由選擇開 關(guān)、繼電器、按鈕和電阻等組成。 測速發(fā)電機和主拖動電機直接并聯(lián)，安裝要求不偏心，以防止產(chǎn)生振動。當正常工作時，兩個輸入信號總是一個 “1”，一個 “0”，或非門輸出總是 “0”，它不影響脈沖封鎖信號的正常輸出，當兩個輸入信號都為 “0”，它輸出一個 “1”同時加到兩個觸發(fā)器上，將正反組整流裝置的觸發(fā)脈沖全部封鎖，使系統(tǒng)停止工作，起到可靠的保護作用。 和 uF 39。當輸入由 “0”變?yōu)?“1”時，電容 C 經(jīng) R1 充電，經(jīng)過一定延時后， BG1 導通， BG2截止，即輸出由 0 延時變 “1”，相應的整流橋延時封鎖。 在各種情況下，邏輯判斷電路的輸出 ——輸入信號的開關(guān)狀態(tài)可歸納如下： 輸入信號： 1 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器： 2 u 0 時， M=+和 =1 3 ugi 0 時， M=和 M? =0 4 零電流檢測器： 有電流時 I? =0 無電流時 I? =1 輸出信號 封鎖正組脈沖， Z? =0 開放正組脈沖， Z? =1 封鎖反組脈沖， =0 開放反組脈沖， =1 以上邏輯判斷狀態(tài)的改變，用來控制集成觸發(fā)組件的輸出，另作為控制回路的選擇信號。調(diào)整回環(huán)的寬度可通過改變射耦觸發(fā)器的集電極電阻來 8R 實現(xiàn)。電平檢測器的任務就是將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，也就是轉(zhuǎn)化成 “0”態(tài)（將輸入信號轉(zhuǎn)換成近似 0 伏輸出）或 “1”態(tài)（將輸入信號轉(zhuǎn)換成近似 +15 伏輸出）。 中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 24 頁 共 45 頁 無環(huán)流系統(tǒng)對 邏輯裝置的要求： 1) 任何情況下正反兩組 SCR 整流橋絕對不允許同時有觸發(fā)脈沖，一組工作時另一組觸發(fā)脈沖必須封死。 在無環(huán)流邏輯控制系統(tǒng)中，反并聯(lián)的兩組整流橋需要根據(jù)所要求的電樞電流極性來選擇，其中一組整流橋投入運行，而另一組整流橋觸發(fā)脈沖被封鎖，兩組整流橋的切換是在電動機轉(zhuǎn)矩極性需要反向時，由邏輯裝置控制進行的。其內(nèi)部原理圖見圖 。他能實現(xiàn)一個周期內(nèi)六個雙脈沖（間隔為 60 度），一般用于晶閘管三相全控橋變流器的觸發(fā)。 觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)及工作原理 觸發(fā)器接受電流調(diào)節(jié)器 LT 的輸入信號 UK ，并根據(jù)它的極性、大小的變化來改變觸發(fā)脈沖的相位，達到改變整流電壓的目的。 中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 20 頁 共 45 頁 集成觸發(fā)電路 SCR 整流裝置對觸發(fā)器的要求： 1） 觸發(fā)脈沖要與 SCR 元件的交流電源電壓同步。在啟制動過程中，速度調(diào)節(jié)器 ST 的輸出為最大限幅值，通過電流閉環(huán)維持電樞電流為最大允許值直到速度升到給定速度，使過渡過程最快。靜止時，由靜止檢測器來的鎖零信號使電流 調(diào)節(jié)器鎖零，防止零漂。 電流閉環(huán)工作原理 電流閉環(huán)是以電流調(diào)節(jié)器為核心的恒流控制系統(tǒng)。由于 8FC2 的輸入阻抗 ≥150 千歐，故選擇調(diào)節(jié)器的輸入電阻 20oRK? ，圖中 1D 、 2D 為輸入保護二極管。如圖 所示。 保護措施：緩沖電路的作 用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、 du /dt 或者過電流和 di /dt ，減小器件開關(guān)損耗。 保護措施：在晶閘管兩端并聯(lián) RC 吸收回路，如圖 所示。他對浪涌電壓反應快，體積小，是一種理想的保護元件。這種保護電路稱為阻熔吸收電路，如圖 所示 [13]。 中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 15 頁 共 45 頁 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作等外部原因。由于快速熔斷器保護分斷后一般僅有一個元件退出運行，整流橋仍能在缺一波頭的情況下運行，因此，比以前采用的空氣斷路器保護更有實用價值。由于此種保護方式會限制發(fā)電機的出力，很少采用。當可控硅整流裝置失去控制作用，其電流達到 NI 時，且多電流時間大于 ～ 1mS 時，自動開關(guān)自動斷開交流電源 [12]。在上述情況工作的三相異步電動機應加入過電流保護環(huán)節(jié)，才能保證電動機的運行安全 [11]。其計算過程如下： 電動機電樞電感計算： 3310 ( )222021 102 2 430 255NDDN N NuL K m HPnImH??? ? ?? ? ?? 式中 DK 系數(shù)，無補償繞組電機 DK =10。 c) 觸發(fā)導通 在控制極 G 上加入正向電壓時 ,如圖 所示，因 J3 正偏， P2 區(qū)的空穴時入 N2 區(qū)，N2 區(qū)的電子進入 P2 區(qū)，形成觸發(fā)電流 IGT。 圖 陽極加反向電壓 正向特性 ： 當控制極開路，陽極上加上正向電壓時（如圖 所示）， J J3 結(jié)正偏，但 J2 結(jié)反偏，這與普通 PN 結(jié)的反向特性相似，也只能流過很小電流，這叫正向阻斷狀態(tài)，當電 壓增加，圖 的特性發(fā)生了彎曲，如特性 OA 段所示，彎曲處的是 UBO叫：正向轉(zhuǎn)折電壓。由于 BG1 和 BG2 所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極 G 的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的 [8]。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號， BG2便有基流 ib2流過，經(jīng) BG2放大，其集電極電流 ic2=β2ib2。 取 D? =； P? =； ? =； %kU =5； maxdedII =2； 2? =30176。這個電勢有時將超過正常值的 50%，對變壓器絕緣不利。 整流變 壓器的計算 整流變壓器的作用是給可控硅整流裝置提供所需電源電壓，如圖 所示，同時將整流裝置和交流電源隔離，增加安全性。所以本設(shè)計確定采用三相橋式反并聯(lián)可逆整流電路，如圖 所示。這種整流電路用的可控硅數(shù)量為三相半波電路的兩倍，控制柜也比三相半波電路多。 圖 三相半波整流電路及電壓輸出波形 三相橋式整流電路 三相橋式整流電路如圖 所示。 三相半波整流電路用的可控硅數(shù)量比三相橋式整流電路少，可控硅控制柜少，投資比三相橋式少。 單相可控硅整流電路 單相橋式半控整流電路如圖 所示。該系統(tǒng)能以非?？斓捻憫俣群头浅８叩木确€(wěn)定運行于給定值，而幾乎與負載及電網(wǎng)的變化無關(guān) [4]。 通過以上的介紹可知開環(huán)控制的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、成本低廉，但其靜差中北大學 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 4 頁 共 45 頁 率和調(diào)速范圍有限；單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)無靜差，但其動態(tài)性能不好；雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以應用于快速起、制動和正反向運行的系統(tǒng)，應用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以使系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能。 3) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 采用 PI 調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)無靜差。但是生產(chǎn)實踐中有許多生產(chǎn)機械常常對靜差率 和調(diào)速范圍有一定的要求，而且擾動也是多樣和隨機的，所以并不能實現(xiàn)穩(wěn)定的調(diào)速，因此開環(huán)系統(tǒng)的應用受到一定的限制。因為它便于實現(xiàn)電氣無極調(diào)速和對調(diào)速精度的要求 [3]。 2） 減少投資，提高效益。 龍門刨床對電氣傳動系統(tǒng)的要求 1) 由于反復多道次刨制，要求傳動系統(tǒng)可逆運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)無級調(diào)速（ ~4m/min 2) 刨制過程要保持刨制速度恒定，在加減速過程中要求加減速恒定，能實現(xiàn)快速反向。 本設(shè)計中龍門刨床的的驅(qū)動系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng) 應用了可逆無環(huán)流的速度、電流雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)，在滿足控制要求的同時，克服了其他的直流控制系統(tǒng)體積大、重量重，而且不經(jīng)濟的缺點 [1]。 直流電動機具有良好的起動，制動性能，具有良好的調(diào)速性能和良好的控制性能，正因為這個優(yōu)點使直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在需要調(diào)速的高性能電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛應用。該系統(tǒng)的特點是動態(tài)響應快、工作可靠、操作簡單、精度高。 關(guān)鍵 詞 龍門刨床，直流調(diào)速系統(tǒng)，控制電路，邏輯無環(huán)流 The Design Of Longmen Matchine Drive System Abstract This paper introduces the dc motor as the core of double housing planer drive system design, system adopts the logic without circulation current and speed double closed loop reversible dc speed regulating system, applying reverse parallel silicon controlled rectifier device for electric power supply system, the increase of the main circuit and control circuit of overcurrent and overvoltage protection, eliminating the load, the power grid and other interference information eventually achieve good control effect, every link in the transmission are analyzed in theory, and the dynamic parameters are calculated, and gives the hardware structure a