【正文】 UBI d 2 01Tw 4 0w kK 1S ( T L 1 S + 1 ) (a)動態(tài)結構圖 （ b）開環(huán)對數(shù)頻率特性 圖 53 校正成 I 型系統(tǒng)的電流環(huán) 結構圖中 KⅠ 為： KⅠ = RKK iSCRi ??? / （ 51） 由于要求超調量小，取阻尼比 ? =，此時，超調量 %? =。一般 sT 與 oiT 比 cT 小得多，作為小時間常數(shù)處理，取 oisi TTT ??? ，則電流環(huán)可以簡化為圖 52（ b）。 (a) + _ + _ + _ 11OiTS? ? ?1tiiK s??? 1SCRsKTS? 1 1RLTS? cRTS1oiTS??AIkU0dUgnU 31 (b) 圖 52 電流調節(jié)器閉環(huán)動態(tài)結構圖及其化簡 結構圖中， SCRK 與 sT 為整流裝置的放大系數(shù)與時間常數(shù)。由于電流檢測信號含有交流分量，須加濾波，同時為了補償反饋通道中這一慣性作用，在給定的通道中也加入一個時間常數(shù)相同的慣性環(huán)節(jié)，稱為“給定濾波環(huán)節(jié) ”。 5 調速系統(tǒng)的計算 雙環(huán)系統(tǒng)的一般設計方法是：從內環(huán)開始，逐步擴大到外環(huán)，一環(huán)一環(huán)地進行設計。加入多 “1”保護環(huán)節(jié)后就可避免上述事故。若出現(xiàn)故障 39。 U 39。 7TF 的輸出才是真正封鎖正組脈沖的信號。另外不要 4YF 的輸出 FU 直接控制反沖組脈沖，而是經過 FU 延時電容 2C的與非門 5TF 和反相門 6YF ，令 1239。例如從正組換到反組時，應在 MU 從 “1”變到 “0”， IU 由 “0”變?yōu)?“1”之后，延時 1t （關斷等待）使 ZU 從 “1”變 “0”，再延時 2t （觸發(fā)等待）使 FU 從 “0”變 “1”。當接電容與二極管的輸入端的信號由 “1”變 “0”時，二極管導通，與非門的輸出照常翻轉，無延時作用。因此，邏輯裝置中要設置延時電路。 ?邏輯判斷電路 其作用是根據(jù)轉矩極性鑒別信號 MU 與零電流檢測信號 IU 發(fā)出封鎖正組信號 ZU 和封鎖反組的信號 FU 。主電路電流接近零時，零電流信號 fiU 下降至 +。當 giU =“－ ”時；希望電動機產生正的轉矩 +M，此時鑒別器的輸出為 “1”，即正飽和值 +10V；當 giU =“+”時，要求電動機產生負的轉矩－ M，此時鑒別器輸出為 “0”，為 了得到 “0”信號，由 2R 、 3V 組成負限幅電路，其輸出限幅值為 。轉矩極性鑒別器的原理圖與輸入 —輸出特性如圖 47?；丨h(huán)寬度大，可以避免誤動作，提高了抗干擾能力。設放大器原來處于負相飽和狀態(tài)，即VUscm 10?? ， 則反饋電壓 fU ： scf UKU 1? =（ 1/100） 10= (43) 為了使放大器的輸出從 10V 翻轉到 +10V，輸入 SRU 必須加負電壓，至少為 ，使U? =0，放大器的輸出才能翻轉。 24 U g cU g iU g cU g iU g cU g c n lU g iU g i 2U g i 1U g c n 2 （ a） （ b） （ c） 圖 46 帶正反饋運算放大器的輸入 輸出特性 其中（ a）圖中 VIKK 1：放大狀態(tài)；（ b）圖中 11 ?VKK ， ??BK ：繼電狀態(tài)；（ c）圖中 VIKK 1：繼電器出現(xiàn)回環(huán)。 ?電平檢測器 轉矩極性鑒別與零電流檢測只須用 “0”、 “1”兩種狀態(tài)來表示。只有當實際工作電流衰減至零時，才允許封鎖原來正在運行的那組，而開放另一組。 2） 邏輯切換裝置只有滿足邏輯切換條件時，才能進行邏輯切換。 4. 3 邏輯裝置的組成與分析 系統(tǒng)的工作狀態(tài)取決于邏輯裝置。因此，邏輯裝置從向工作組發(fā)出封鎖脈沖信號，直到向待工作組給出解除脈沖封鎖的信號之間要有一段延時，稱為觸發(fā)等待時間，一般取 5~6ms 。因此，為了可靠地關斷，最好對應最大控制 22 角來整定等待時 間（一般為 3~5ms ），此外，在給出轉矩反向指令時，應將觸發(fā)脈沖移到最大控制角 max? （即 min? ），以能迅速實現(xiàn)關斷。即使在電流連續(xù)的情況下，只要電流的瞬時脈動電流值低于檢測電平，零電流檢測器就會按脈動周期而動作。 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)在兩組變流器工作狀態(tài)發(fā)生切換時應保證不發(fā)生換相失敗，兩組變流器在任何時刻都不能同時工作。 5）經一段延時， K21， K22觸點接通，反向組有觸發(fā)脈沖，同時速度調節(jié)器輸出通過反號器送到電流調節(jié)器，使反向組變流器工作在逆變狀態(tài)，電動機進行再生制動。 變 流器的切換是在電動機轉矩的極性需要反向時進行，其切換順序如下： 1)改變給定電壓 iU 使極性為正，或由于負荷力矩變化引起電動機轉矩的變化，使 ASR 輸出變負，并通過電流調節(jié)器使工作組工作在逆變狀態(tài)。 G TI dT GMVIA C RU c tU iUi*A S RU n *+U nT A 圖 42 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)結構框圖 4. 2 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)。 ACR 輸出限幅值為 Udm,，它限制了晶閘管整流輸出電壓 Udm的最大值。起動時，讓轉速外環(huán)飽和不起作用，電流內環(huán)起主要作用，調節(jié)起動電流保持最大值，使轉速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉速負反饋起主要作用，使轉速隨轉速給定電壓的變化而變化，電流內環(huán)跟隨轉速外環(huán)調節(jié)電動機的電樞電流以平衡負載電流。 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，右圖 41所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實現(xiàn)。為此，在電機最大電流（轉矩） 受限的條件下，希望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（轉矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又讓電流立即降低下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行。則直流電動機的最大負載功率為： cDVFP ?ma xma x ?? =（ 7848025/60） /= 考慮到工作行程中可能產生過載，允許過載倍數(shù)為 倍，則電動機的實際功率為： DDD KPP ?39。 熔斷器相接時，可防止晶閘管損壞或直流側故障而引起的短路損害。 ?從維持輸出電流連續(xù)的角度來設計電抗器的電感值 min21LdIUK ??? (37) 若使電流連續(xù)的最小負載電流 mindI =，對于三相橋式電路的臨界電感計算系數(shù)1K =，所以： min21LdIUK ??? =（ 141） /= 若使電流連續(xù)的最小負載電流為 10A，則 L=，取 L=20mH。 主電路的參數(shù)計算 ： 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 。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[8]。 但是，從整體上講，無論在經濟性能和技術性能上， KZD 系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機 電動機系統(tǒng)，而且隨著技術的發(fā)展，其缺點將不斷被克服。這時電動機的勵磁應可調，電動機的勵磁繞組單獨用一套整流裝置供電。 3)系 統(tǒng)的調速 KZD 系統(tǒng)也可以實現(xiàn)基速以下和基速以上的調速 [7]： ?在基速 en 以下采用調壓調速。除此以外，濾波電抗器還可以起到使主電路電流波形連續(xù)的作用。整流裝置由整流電路、觸發(fā)電路及移相控制單元組成 [6]。 2）由于有兩個環(huán)流回路，至少需要兩臺空心電抗器，故電抗器的設計，除了能限制環(huán)流外，要能在正常工作時滿足電機允許的最小電流連續(xù)程度和波紋的要求，并且在故障時能限制電流上升率，使直流快速斷路器能在快速熔斷器熔斷以前先跳閘。 11 它是將兩組整流器反向并聯(lián)，交流側接在同一臺變壓器二次繞組上，可以向電動機提供兩個方向的電流，在一組整流器處于整流狀態(tài)時，另一組處于逆變狀態(tài)，并使兩組整流器輸出電壓相等。保護動作時間 10mS 并保持到關機。觸發(fā)脈沖調制頻率達 10KHZ，最大觸發(fā)電流達 500 mA，可以觸發(fā)任何功率的電動機。裝置還有軟啟動、電流截止、缺相保護等功能，并為霍爾傳感器提供了電源端口 [4]。 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換為相應導通角的功率足夠大的觸發(fā)脈沖，使電路可靠地工作。 對于多閉環(huán)調速系統(tǒng)，由于它主要是控制系統(tǒng)的超速，只有在要求調速運行非常平穩(wěn)的系統(tǒng)中才采用，同時由于結構復雜 ，技術性強，且投資高，不符合本設計的要求。如果采用單閉環(huán)調速控制系統(tǒng)，那么起、制動電流可達到額定電流的 35 倍，如果不限制起、制動電流，無疑會縮短電機壽命，且當龍門刨被卡住時，導致電機堵轉會燒壞電機，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、堵轉電流。 閉環(huán)系統(tǒng)又分為單閉環(huán)調速控制系統(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)調速系統(tǒng)不滿足龍門刨的調速要求。如果 生產機械對穩(wěn)速性能沒有什么要求，開環(huán)系統(tǒng)可滿足一定范圍內平滑調速的要求。龍門刨主拖動電動機的供電方式有兩種： 9 1）采用整流裝置 ； 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)脈沖調壓調速，即采用直流發(fā)電機供電。因此采用改變磁通來調速的范圍也是有限的，同時這種調速方式只適合于帶恒功率負載，實現(xiàn)恒功率調速。0 (23) 其中 ： mK = 2?TeCCR ； 其特性曲線是一簇以 U為參數(shù)的平行直線，由此可知，在整個調速范圍內均有較大的硬度，在允 許的轉速變化率范圍內可以獲得較低的穩(wěn)定轉速，故此方法的調速范圍很寬，一般可達到 1020，如采用各種反饋或穩(wěn)速控制系統(tǒng)，調速范圍可達幾百到幾千。 1）改變電樞回路電阻調速 當電樞電路串聯(lián)附加電阻 R 時，其特性方程式變?yōu)椋? TCC RRCUn Tee 20????? (22) 式中： R0—電動 機電樞電阻 R—電樞電路外串附加電阻 即電動機電樞電路中串聯(lián)電阻時特性的斜率增加，在一定負載轉矩下，電動機的轉速降增加，因而實際轉速降低了。而且停車要迅速，越位不能超過允許值。V JB。因此，實際切削力與切削速度的關系如圖 23 中曲線所示。 圖 22 工作臺的速度圖 當?shù)毒叩膹姸纫欢〞r，切削量與切削速度成反比。因此， B 系列的龍門刨靜差度的要求為 。所以，龍門刨要求調速范圍廣。對于每一個具體情況，有一最佳切削速度。 由圖 21可見，工作臺換向時加、減速平滑且時間短，能很好地消除因換向時速度突變產生的機械沖擊，大大提高工作效率 [2]。 5） 空載起 動到額定轉速超調量 δn≦ 10%。 本課題的主要任務 本課題對龍門刨床的控制調速系統(tǒng)進行全面改造，對龍門刨床主電機設計了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，以取代原來的控制系統(tǒng)，消除其諸多弊端，使刨床經濟有效運行。龍門刨床主要分為機械和電氣控制兩大組成部分，機械部分相對比較穩(wěn)定，使龍門刨床運行在最優(yōu)狀態(tài)主要取決于電氣控制系統(tǒng)控制方式。但是換向的時間愈短，起、制動電流就愈大，這樣又容易損壞電機，而且換向時速度突變使刨床產生較大的機械沖擊，這對工作臺主拖動直流電機和傳動機構都有很大的影響，導致傳動部件的快速磨損，降低刨削加工質量。切出工件之前減速的目的是為了防止工件邊緣的崩裂。龍門刨床工作臺速度運行圖如圖 12 所示 [1]。其生產工藝的特點是工作臺與工件頻繁的進行往復 運動。 龍門刨床的工藝特點 龍門刨床是制造大型機械設備不可缺少的工作母機。因可控硅電壓與電流過載能力小，在過壓、過流、電壓和電流上升率太大的情況下容易損壞，且受溫度影響，特性易變化，觸發(fā)部分用的半導體元件其特性受溫度影響也易發(fā)生變化，受外界干擾，易產生誤動作。利用這種直流機組傳動克服了古老刨床機械結構復雜、難以調速的毛病，系統(tǒng)可靠性相對較高一些，調速范圍較寬。刀架的快速移動，以及返回行程時的抬刀運動等。工作臺前進時為工作行程，即切削行程，此時帶動工作 臺的電動機有負載；工作臺后退時，即返回行程，刀具抬起，主電動機空載運行 。 ..15 元件參數(shù)的選擇： ..........