【正文】 R0—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) τn=RnCn—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)Ton=—轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)α—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 轉(zhuǎn)速變送器SB的傳遞函數(shù)Un(s)/n(s)=a（v/rpm） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，由上述各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖215 鋸齒波觸發(fā)器(GT) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在對(duì)調(diào)節(jié)器具體設(shè)計(jì)之前，為了從整體理解整個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，這里先給出了各調(diào)節(jié)器和變送器的傳遞函數(shù)。這在第三章會(huì)有詳盡的闡述。以下各圖電子組件型號(hào)和參數(shù)的取值是根據(jù)后續(xù)計(jì)算及工程范例所得。F/630V, RB = 30Ω/10W 過(guò)電流保護(hù)每個(gè)橋臂串個(gè)快速融斷器額定電流：Irn ≥ πKITIdmax /2KInp = *** = （A）取 Irn = 20A額定電壓: Urn ≥ KVTUUb/ = （V）取 Urn = 400V實(shí)際選用 RSO20A/400V 6只 平波電抗器的參數(shù)計(jì)算 限制電流脈動(dòng)的電感量LmL = (Udm/UL)*103*U2 / 2πfbSiId = *103*135/ 2π*300*(510)%*= — 使電流連續(xù)的電感量LlLl = KLUL/Idmax = *135/ = LD=KDUD*103/2PnID =(812)220000/4*1500*=LB = 實(shí)際選定PBK1型(50mH/20A)平波電抗器一臺(tái)。F)取 C = 4181。（1） 次級(jí)線電壓： U線 = = 234（V）（2） 次級(jí)相電流： I2 = = （A）（3） 初級(jí)線電壓： U1線 = U1相 =380（V）（4） 初級(jí)相電流： I1相 = (U2相/U1相)*I2 = （A）（5） 變壓器的變比： K = U1相 /U2相 = 變壓器的容量S(視在功率) (1) 初級(jí)容量(損耗為5%)S1 = 3 U1Ф I1Ф(1+5%)= (KVA) (2) 次級(jí)容量 S2 = 3U2ФI2 = (KVA) (3) 變壓器容量 S = ( S1+ S2)/2 = (KVA) 取 S = 5(KVA) 晶閘管組件的計(jì)算與選擇 SCR的額定電流IT = ()KF Id / = (A)取IT =20(A) SCR的額定電壓:UKED = (23)ULMAX = (V)取UKED =1000(V)式中 ULMAX = (V)——次級(jí)線電壓最大值所以可選 KP2010 SCR 6只檢驗(yàn) 電壓裕量: KV = (URED+100)/U2 = 2 符合要求 主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù) 過(guò)電壓保護(hù)（1） 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù):用壓敏二極管抑制事故過(guò)電壓壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓：U1MA≥**UB =**234 =(V)通流容量: IPM≥110KFU2L/U1MA*=110**234*247。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。工程近似條件 ωc≤1/3Ts (27) 調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)在理解了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型和工作原理之后，可以計(jì)算出各個(gè)組成部分的選用型號(hào)及取值。假設(shè)平均整流電壓是在自然換相點(diǎn)變化的，則從Vct發(fā)生變化到Vd0發(fā)生變化之間的時(shí)間Ts便是失控時(shí)間。假設(shè)在t1時(shí)刻某一對(duì)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，控制角為а1；如果控制電壓Vct在t2時(shí)刻發(fā)生變化，但由于晶閘管已經(jīng)導(dǎo)通，Vct的改變對(duì)它已不起作用，平均整流電壓Vdo1并不會(huì)立即產(chǎn)生反應(yīng)，必須等到t3時(shí)刻該組件關(guān)斷以后，觸發(fā)脈沖才有可能控制另外一 對(duì)晶閘管。前者是控制輸入量，后者是擾動(dòng)輸入量。整理后得式中 IdL=TL/Cm—負(fù)載額定電流.在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉式變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù) (23)電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)為 (24)由以上傳遞函數(shù)，可以得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖26所示：圖26 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入量。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常[7]。 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用，可以歸納為1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Um*變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；2）對(duì)付在變化起抗擾作用；3）其輸出限幅決定允許的最大電流。按照PI調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓△Un為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這個(gè)階段屬于電流受限制的條件下的最短時(shí)間控制，或稱(chēng)時(shí)間最優(yōu)控制。 2）準(zhǔn)時(shí)間控制：?jiǎn)?dòng)過(guò)程中主要階段實(shí)第II階段，即恒流升速階段。系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個(gè)特點(diǎn)： 1）飽和非線性控制：隨著ASR的飽和和不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩個(gè)狀態(tài)。到Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)距Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n達(dá)到峰值。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，ASR的輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓及ACR的給定電壓Ui*立即從限幅值下來(lái)，主電流Id也因此下降。第III階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從電流升到最大值Idm開(kāi)始，到轉(zhuǎn)速升到給定值n*為止，屬于恒流升速階段，是啟動(dòng)過(guò)程中的主要階段。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。由于機(jī)械慣性作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓△Un=Un*Un數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值Uim*，強(qiáng)迫電流Id迅速上升。圖24 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 從圖24知,整個(gè)起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段：第I階段是電流上升階段。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速一定有超調(diào)。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)過(guò)程中的飽和與不飽和狀況，可將起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段，即電流上升階段；恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓是Unmax，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Uimax，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。問(wèn)題是希望在啟動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,希望只有轉(zhuǎn)速反饋,不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用,而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過(guò)程。對(duì)于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖22a所示。在電機(jī)最大電流受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程中的電流和轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，解決了第一個(gè)矛盾。 跟隨性能指標(biāo) 在給定信號(hào)R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計(jì)思路。因此，最好應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出該環(huán)節(jié)的輸入—輸出特性，即. 設(shè)計(jì)時(shí)，希望整個(gè)調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線性范圍內(nèi)，并有一定的余量，調(diào)節(jié)放大系數(shù)KS可由工作范圍內(nèi)的特性斜率決定經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得KS=40. UdUctΔUdΔUct調(diào)速工作范圍 圖21 晶閘管觸發(fā)與整流的輸入—輸出特性和KS的測(cè)定 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。應(yīng)用公式：可得計(jì)算值： Rn=, RP= RD=所以有 RΣ=Rn+RP+RD= 測(cè)定電樞回路的總電感LL= LP+ LD+ LB式中 LP—平波電抗器電感 LD—電動(dòng)機(jī)電樞電感 LB—變壓器漏感先測(cè) LS=LP+LD, 利用以下公式: Z=RS +j XS =U d /IdXS=(Z2 X2)1/2LS=XS /2πf=XS/314再來(lái)測(cè)定變壓器的漏感LB根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: L/B = KB*( UK% /100)*(U2 /Id ),在三相橋中 LB = 2*L/B因此 L=LS + LB計(jì)算得L=.綜上，有 TL= L/RΣ = (ms) 測(cè)定電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm 測(cè)定電動(dòng)機(jī)的Ce 在給定電壓下選穩(wěn)態(tài)時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量所需數(shù)據(jù)，因穩(wěn)態(tài)時(shí) 而 故 取平均值后代入計(jì)算可得V/rpm 測(cè)定電動(dòng)機(jī)的飛輪力矩GD2使電動(dòng)機(jī)在空載下自由停車(chē) (這時(shí)MD=0, Mfz=M0),其中M0為電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩.由 MDMfz=GD2dn/375dt得 GD2=375M0 / (dn /dt) ≈375M0 /(?n /?t)(1)測(cè)n=f(M0)利用空載損耗 P0=UDIdRDI2，得M0. 測(cè)定n=f(M0)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)紙上做出n=f(M0)曲線(2)測(cè)dn/dt測(cè)定dn/dt數(shù)據(jù), 在示波器上畫(huà)