【正文】 在本文完稿之際，對(duì)書(shū)末所附參考文獻(xiàn)的作者也致以衷心的感謝。在對(duì)系統(tǒng)的方案、總體結(jié)構(gòu)選擇、系統(tǒng)工作原理、具體各部分電路的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真等內(nèi)容進(jìn)行了具體研究，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循工程設(shè)計(jì)方法原則，按照工程設(shè)計(jì)方法的基本思路，首先使問(wèn)題簡(jiǎn)化，突出主要矛盾，即滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度的要求，然后進(jìn)一步滿足其它動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，把各個(gè)問(wèn)題充分解決。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。 圖 61 雙閉環(huán)仿真模型 仿真結(jié)果如圖 62 所示，啟動(dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR 的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 速度給定濾波器的傳遞函數(shù)為 11ST 1)S(G gL ngL n ???? 式中 fnng L n ????? ?T 秒 給定濾波器的電容為 271020 31gL ngn ????? （微法） 取 gnC 為 33 微法。 根據(jù)前面的計(jì)算，進(jìn)一步確定速度環(huán)的框圖如下： 圖 58 速度環(huán)的框圖 速度環(huán)的框圖如 圖 58 所示。 按三階工程最佳來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)的方法與前面所述相同，這里略述。應(yīng)該使它工作在磁化曲線的飽和段，或者使用穩(wěn)壓電源向激磁繞組供電。電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)為 366141)( ????? SSTKSG fII 圖 56 電流調(diào)節(jié)器原理圖 速度閉環(huán)的設(shè)計(jì) 速度檢測(cè)裝置 速度反饋是利用速度檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)的，最常用的速度檢測(cè)裝 置 [8]是測(cè)速發(fā)電機(jī)。 調(diào)節(jié)器的積分電容為 32 ???? RTC i （微法） 2C 取為 微法。 為了提高抗干擾能力，對(duì)于電流環(huán)，可以按三階工程最佳（典型Ⅱ型）時(shí)的預(yù)期開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)參數(shù)，但必須要求大慣性環(huán)節(jié)能夠近似成一個(gè)積分環(huán)節(jié)才行。串級(jí)調(diào)速電流環(huán)的典型框圖如圖 53 所示。由于一般插件不允許承受過(guò)高的溫度，因此，可把負(fù)載電阻的瓦數(shù)取為計(jì)算值的 4 倍以上。由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，所以交流電流互感器的應(yīng)用很廣。對(duì)于大中容量的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，最常用的電流檢測(cè)裝置 [1]有交流電流互感器、直流電流互感器和霍爾效應(yīng)電流變換器等。 因此， 2432730)2( ????? LTN UEK ?。 所以電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?? ? SSISI SNSG dcdI 1)( ??? （ 52） 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) ? ?SGN 為： ? ? 100 24310 ???? SST KSG NN (53) 式中 0T —— 晶閘管的平均失控時(shí)間，其值取 ； NK —— 觸發(fā)逆變器的發(fā)達(dá)系數(shù)（因?yàn)椴捎貌嫦嗫刂频姆绞?，?NK 的值在兩個(gè)工作區(qū)域是不同的）。圖 49 為叉相方式 [1]的工作示意圖。即可獲得與主電路二次側(cè)相電壓同相的三個(gè)電壓 U 、 V W2。觸發(fā)電路應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致。即三相同步變壓器只能接成 Y/Y和 △ /Y兩類(lèi)。 一般來(lái)說(shuō)，因同步電壓較小，通常從降壓的同步變壓器取得。 加在晶閘管上的電源主電壓，在整流裝置中，是主電流交流側(cè)的電壓。 對(duì)于其它的 5 個(gè)晶閘管，也存在同樣的關(guān)系，即同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓180176。對(duì)應(yīng)于 VT l 陽(yáng)極電壓 U2的 30176。于是 ? ＝ 90176。時(shí) 為逆變工作。 三相橋整流器大量用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)， 使Ud=0 的觸發(fā)角 ? 為 90176。 線性度不好，舍去不用，使用中間的 180176。 的范圍為 21 ~ tt ?? 。 觸發(fā)電路定相 [1]的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。 為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個(gè)同步變壓器，將其一次側(cè) 接人為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。 圖 46 KJ004 原理圖 圖 47 觸發(fā)電路原理 其中， KJ041內(nèi)部實(shí)際是由 12個(gè)二極管構(gòu)成的 6個(gè)或門(mén)，其作用是將 6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為 6 路雙脈沖輸出?？煞譃橥健忼X波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選集脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。在本設(shè)計(jì)中選用集成六脈沖觸發(fā)器實(shí)用電路。圖 45是帶瞬時(shí)停電保護(hù)裝置的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) [1]，使用它可以避免出現(xiàn)瞬時(shí)停電所造成的三不良后果。用一個(gè) ,1W 電位器引出給頂電壓。此電路的輸入端為二極管 21 DD、 所組成的邏輯或門(mén)。 調(diào)整 GY，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率 S 超過(guò) ? ?. m a xm a x ?SS 。 圖 41 直流電壓變換器（ YB）原理圖 直流電壓變換器由上、下兩部分組成，下部分的電路即為一個(gè)高頻方波電壓發(fā)生器，其輸出電壓的頻率約為 4000 赫，該方波電壓信號(hào)通過(guò)變壓器 1B 的次級(jí)繞組加到上面部分的電路上，作為調(diào)制和解調(diào)電源。 除了考慮以上的情況以外，應(yīng)還有過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)裝置，下面將設(shè)計(jì)。 其 R， C 的計(jì)算如下： ? ?uFUSiC 220%6 ??? （ 41） ? ????? %%022iuSUR k （ 42） 式中 S —— 變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為 VA； 2U —— 變壓器二次側(cè)相電壓有效值，單位為 V； %0i —— 變壓器勵(lì)磁電流百分值， 10~2021kVA的變壓器，其值取為 4~10； %ku —— 變壓器的短路電壓百分值， 10~2021kVA變壓器，其值為 5~10。另外，異步電動(dòng)機(jī)的激磁電流 通常是定子額定電流的 30%~70%，這說(shuō)明電機(jī)中存有很大的磁場(chǎng)能量。 考慮到起動(dòng)電流比額定電流大一些，為保證正常起動(dòng)查表 113a，選取 RSL2021快速熔斷器，熔體額定電流 2021 安。 晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)流事故，一般是由于顛覆、缺相運(yùn)行、負(fù)載增加造成過(guò)載等原因引起的，特別是發(fā)生顛覆時(shí)，回路內(nèi)將產(chǎn)生很大的短路電流。每臺(tái)電抗器的電阻為 ? ? )( ??? ????????? ?????? SdDWSlrd（歐） 三臺(tái)電抗器的總電阻為 ???? dd rR (歐 ) （ 2）電抗器的總電抗為 ???dL （毫亨） 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置、調(diào)節(jié)裝置和過(guò)流過(guò)壓保護(hù)裝置。如果電抗器的電感足夠大，則此時(shí)可以限制電流上升率，使 dtdi 不致過(guò)大，從而保證直流回路的快速開(kāi)關(guān)在短路電流值允許范圍以內(nèi)時(shí)及時(shí)地?cái)嚅_(kāi)電路。 （ 3）轉(zhuǎn)子回路的直流電路中電流 dI 實(shí)際上帶有交流成分的脈動(dòng)直流，其脈動(dòng)的程度與線路形式、 ? 角以及電抗器 dL 有 關(guān)，該脈動(dòng)成分將增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗。如果電抗器的電抗不是足夠大，那么在正常工作狀態(tài)下電流就可能不連續(xù)了。 則 767236223 ?????R R MV (伏 ) 。 轉(zhuǎn)子整流器用的硅整流二極管，是在低頻率、大電流下工作，所承受的電壓與調(diào)速范圍有關(guān)。此時(shí)，若選用每個(gè)元件的額定平均電流為 FI ，則每個(gè)橋臂上并聯(lián)的支路數(shù) Pn 為 FJLdiIP IK IKKn m ax? （ 317） 式中 IK —— 電流儲(chǔ)備系數(shù)，其值可取為 2~3； iK —— 三相橋式線路系數(shù)，取 ； JLK —— 均流系數(shù)，其值可取 ； maxdI —— 轉(zhuǎn)子回路的最大直流電流，其值 應(yīng)取與系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電流值。 BE =362（伏） 則 ????? RMR R M VV （伏） 在大型晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，常需要幾個(gè)晶閘管串聯(lián)，此時(shí)，若所選晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓為 RRMV ，則三相橋式有源逆變器中每個(gè)橋臂上串聯(lián)元件的數(shù)目 sn ，可根據(jù)下式求出 RRMJYBUWs VK EKKn 2? （ 312） 式中 WK —— 考慮網(wǎng)壓升高而引入的系數(shù)，其值可取為 ； JYK —— 均壓系數(shù)，一般取為 ； UK —— 電壓儲(chǔ)備系數(shù)，取為 2~3； BE2 —— 逆變變壓器二次線電壓的峰值。 因此，逆變變壓器的容量可根據(jù)下式確定 3103 ??? BBB IEP （千伏安） （ 310） 根據(jù)已知條件可得： 7861012553623103 33 ??????? ??BBB IEP （千伏安） 根據(jù)以上計(jì)算，選用兩臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的三相電力變壓器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 型號(hào)： SJ1000千伏安； 電 壓： ； 電流： ； 接線方式：△ /Y11。 將式 32代入 31，得 DEDdE a x ???????? ?? （ 33） 三相橋式逆變器的最大逆變電 壓為 m in2m in c o ?? BEE ? （ 34） 式中 min? —— 最小逆變角 令 maxmax ?EEd ? ，則可由式 為 m in22 cos11?DBEDE ?????? ?? （ 35） 若用 BE 和 DE 分別表示變壓器二次側(cè)最大線電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定（開(kāi)路）線電壓，則式 35也可寫(xiě)成如下形式 mincos11?DBEDE ?????? ?? （ 36） 由式 36 可知，逆變變壓器二次電勢(shì)除與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電勢(shì)有關(guān)外，還與調(diào)速范圍 D 和逆變角 min? 有關(guān)。這樣，在三角形繞組中便有三次諧波電流，從而使每相繞組中的電壓是正弦的 。不含三次諧波的激磁電流將產(chǎn)生具有平頂波形的磁通，該磁通在變壓器的繞組中產(chǎn)生具有尖頂波形的電壓，從而使電壓為非正弦的。因此，一般需要配置逆變變壓器。 （４）通過(guò)將兩逆變器的不同脈沖移相方式進(jìn)行組合，可以改善串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的功率因素，減少電網(wǎng)電壓波形的畸變，提高運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性等。因此，選用兩臺(tái)副邊額定線電壓為 400 伏的普通電力變壓器。其中主電路包括整流、逆變、逆變變壓器和元器件的保護(hù)等；控制電路包括調(diào)節(jié)器、觸發(fā)電路、保護(hù)電路等。圖 21所示的是本系統(tǒng)所采用方案的示意框圖。因此，在閱讀的過(guò)程中，希望各位能夠提出寶貴的意見(jiàn)，作進(jìn)一步的改進(jìn)。主電路的計(jì)算主要包括有源逆變器的計(jì)算與元件的選擇和轉(zhuǎn)子整流器的計(jì)算與元件的選擇。 2）控制部分。 交流調(diào)速系統(tǒng) [4]種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有： 1）降壓調(diào)速； 2）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 3）繞線轉(zhuǎn)子異 步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；4）繞線異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速； 5）變極對(duì)數(shù)調(diào)速； 6）變頻調(diào)速。交流調(diào)速系統(tǒng)的方案雖然早已有多種發(fā)明并得到世紀(jì)應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)向匹敵。加熱然后的實(shí)心圓鋼坯料被穿孔機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)著的軋輥咬入后，借助于導(dǎo)板和頂頭的作用使坯料穿孔變形。s emphases, upper selection of the regulator, having select simulation proportionalintergral controller in the current regulator and speed controller， which are able to better realize perforation roll automatic speed regulation function and satisfy required technical criteria .The system proceed MATLAB simulation, whose result basic satisfy system’s requirement, in the event of the system in a position to application to practical on line , would improve production benefit . Keyword： cascade speed control \ intercourse speed regulation \ double closed loop \ perforation roll \ simulation proportionalintergral controller. 目 錄 第一章