1、運(yùn)動控制課程設(shè)計(jì)四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院名稱信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級自動化1202班姓名黎毅剛指導(dǎo)老師劉芳目錄前言1第一章 四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述21.1 設(shè)計(jì)目的21.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3 課題設(shè)計(jì)要求21.3.1生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能21.3.2設(shè)計(jì)要求41.3.3直流電動機(jī)參數(shù)4第二章 主電路和控制電路的設(shè)計(jì)42.1 調(diào)速方法的設(shè)計(jì)42.1.1調(diào)壓調(diào)速42.1.2 調(diào)磁調(diào)速52.1.3 調(diào)阻調(diào)速52.2 系統(tǒng)主電路方案的設(shè)計(jì)62.2.1勵磁反接可逆電路62.2.2 電樞反接可逆電路72.3 系統(tǒng)控制電路方案的設(shè)計(jì)82.3.1 單閉環(huán)調(diào)速還是多閉環(huán)調(diào)速的選擇82.3.2 系

2、統(tǒng)控制方法的選擇9第三章 系統(tǒng)各單元概述123.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述123.2速度調(diào)節(jié)器133.3電流調(diào)節(jié)器143.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路153.5電流反饋與過流保護(hù)163.6轉(zhuǎn)速變換173.7零速封鎖器183.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)203.9零電平檢測(DPZ)213.10邏輯控制(DLC)21第四章 主電路的主要設(shè)備及其參數(shù)224.1晶閘管的參數(shù)計(jì)算234.2平波電抗器的選擇234.3 整流變壓器的選擇23第五章 電流環(huán)和電壓環(huán)的設(shè)計(jì)245.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備245.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)255.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)27第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)30前言直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動自動控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)

3、。在20世紀(jì)60年代，現(xiàn)代電力電子和控制理論、計(jì)算機(jī)的結(jié)合促使電力傳動控制技術(shù)迅猛發(fā)展。晶閘管-直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為現(xiàn)代工業(yè)提供了高效、高品質(zhì)的動力。盡管目前交流調(diào)速技術(shù)日趨成熟，以及交流電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性使得交流調(diào)速受到廣泛用戶的歡迎；但是直流調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場。四輥可逆冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用，屬于冷軋機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。四輥可逆冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。它提高了生產(chǎn)效率，減少了能耗，為社會帶來極大的效益。所以設(shè)計(jì)合理、高效的四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)是非常有必要的，也是工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)所迫切要求的。晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M 系統(tǒng)）已經(jīng)成為

4、直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。在許多大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產(chǎn)行業(yè)中，為獲得良好的控制性能，大量使用直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，尤其是直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，它具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，動態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。因此本次課程設(shè)計(jì)選擇用邏輯無環(huán)流控制的可逆晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度以滿足生產(chǎn)工藝要求。本文結(jié)構(gòu)組織如下：第一章為課程設(shè)計(jì)的要求，第二章為主電路和控制電路的設(shè)計(jì)方案及其論證，第三章為組成該系統(tǒng)各單元的分析說明，第四章為主電路的主要設(shè)備的設(shè)計(jì)，第五章為電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)，第六章作為本次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)。由于時(shí)間倉促及水平有限，設(shè)計(jì)中不妥或疏漏之處在所難免，懇請各位老師和同學(xué)批評指正。 第一章 四輥冷軋

5、機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述1.1 設(shè)計(jì)目的運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景，運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動控制系統(tǒng)的知識和理論分析和解決運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究，查閱文獻(xiàn)及正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設(shè)計(jì)方案的能力，設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力，實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)工藝要求，論證、分析、設(shè)計(jì)主電路和控制電路方案，繪出該系統(tǒng)的原理圖。（2）設(shè)計(jì)組成該系統(tǒng)的各單元，分析說明。（3）選擇主電路的主

6、要設(shè)備，計(jì)算其參數(shù)（含整流變壓器的容量S，電抗器的電感量L，晶閘管的電流、電壓定額，快熔的容量等），并說明保護(hù)元件的作用（必須有電流和電壓保護(hù)）。（4）設(shè)計(jì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)（或張力環(huán)），確定ASR和ACR（或張力調(diào)節(jié)器ZL）的結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。（5）結(jié)合實(shí)驗(yàn)，論述該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。1.3 課題設(shè)計(jì)要求 1.3.1生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能四輥冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用。為提高生產(chǎn)效率，要求往返均要軋制，其軋機(jī)工藝參數(shù)如下：工作輥的最大和最小直徑：156/136毫米；支持輥的最大和最小直徑：500/470毫米；輥身長：400毫米；軋制時(shí)軋件對軋輥的最大壓力：60噸；壓下時(shí)軋件對軋輥的最大壓

7、力：120噸；軋制速度：0.510米/秒； 基速：7米/秒；帶材寬度：<300毫米；帶材坯料厚度：<1毫米；帶卷內(nèi)徑（卷筒直徑）：500毫米；軋制成成品：8道次以上；傳動比：i=1；四輥可逆冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用，屬于冷軋機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。其工作原理如圖1所示。四輥冷軋機(jī)由機(jī)架上、下支持輥和上、下工作輥組成。上支持輥安裝在機(jī)架的工作窗口的上方，下支持輥安裝在機(jī)架的工作窗口的下方，上、下工作輥安裝在工作窗口的中部，并且共同位于上、下支持輥之間。其中，上工作輥分別與上支持輥和下工作輥輥面接觸，而下工作輥與下支持輥輥面接觸。該冷軋機(jī)的特點(diǎn)是：在機(jī)架上并且在對應(yīng)于上、下工作輥的

8、長度方向的進(jìn)帶口一側(cè)設(shè)有一對彼此保持前后對應(yīng)關(guān)系的第一、第二帶材張力調(diào)整機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是：由于在機(jī)架上和對應(yīng)于上、下工作輥的進(jìn)帶口一側(cè)設(shè)置了第一、第二帶材張力調(diào)整機(jī)構(gòu)，從而能使帶材在保持所需的張力下進(jìn)入上、下工作輥進(jìn)行軋制，保證軋制出的帶材具有整體勻致的效果。為了提高生產(chǎn)效率，要求軋機(jī)能夠往返軋制金屬材料。故冷軋機(jī)左右兩邊的兩臺卷取機(jī)在從左往右正向軋制過程中，左邊卷取機(jī)作開卷機(jī)用，電動機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)；右邊卷取機(jī)作卷取機(jī)用，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)。如果逆向軋制，右邊卷取機(jī)作開卷機(jī)，電動機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)；左邊卷取機(jī)作卷取機(jī)用，電動機(jī)工作于電動狀態(tài)。因此，兩臺電動機(jī)的參數(shù)完全一樣。四輥冷軋機(jī)的兩臺直流電

9、動機(jī)既需要正轉(zhuǎn)，也需要反轉(zhuǎn)；而且常常還需要快速的起動和制動。所以其直流調(diào)速系統(tǒng)必須能夠四象限運(yùn)行，即設(shè)計(jì)成可逆調(diào)速系統(tǒng)。下附軋機(jī)原理簡圖： 帶材 V負(fù) V正 作開卷機(jī) 作卷取機(jī)軋機(jī)（軋輥）作開卷機(jī)用 作卷取機(jī)用圖1 輥機(jī)原理簡圖1.3.2設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量5%；空載啟動至額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量%10%，能實(shí)現(xiàn)快速制動。1.3.3直流電動機(jī)參數(shù)=120Kw，=230v，=780A，=1000r /min, =0.05，電樞回路總電阻R=0.12，電流過載倍數(shù)=2.25，=87.5第二章 主電路和控制電路的設(shè)計(jì)直流電動機(jī)具有良好的起、制動性能，宜于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正

10、反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速系統(tǒng)方案的論證主要包括三部分：調(diào)速方法的確定；主電路的確定；控制電路的確定。2.1 調(diào)速方法的設(shè)計(jì)由直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 可知有三種方法調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U；（2）減弱勵磁磁通 F；（3）改變電樞回路電阻 R。2.1.1調(diào)壓調(diào)速圖2-1 調(diào)壓調(diào)速特性曲線 圖2-2 調(diào)磁調(diào)速特性曲線工作條件： 保持勵磁 F = FN；保持電阻 R = Ra ;調(diào)節(jié)過程： 改變電壓 UN ® U¯ ®n ¯， n0 ¯ ;調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移，機(jī)械特性較硬。將電樞兩端的電壓（電源

11、電壓）降低為不同的值時(shí)，可以獲得與電動機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，而且低速運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性基本保持不變，所以 得到的調(diào)速范圍可以達(dá)到很寬，而且能實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。但對于可調(diào)的直流電源成本投資相對其他方法較高。 2.1.2 調(diào)磁調(diào)速 工作條件：保持電壓 U =UN ；保持電阻 R = R a ；調(diào)節(jié)過程：減小勵磁 FN ® F ¯ ® n ­， n0 ­ ;調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。其特性如圖2-2所示。保持電源電壓為恒定額定值，通過調(diào)

12、節(jié)電動機(jī)的勵磁回路的勵磁能力，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法屬于基速以上的恒功率調(diào)速方法。在電流較小的勵磁回路內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此控制方便，功率損耗小，用于調(diào)節(jié)勵磁的電阻器功率小，控制方便且容易實(shí)現(xiàn)，而且更重要是可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，但由于電動機(jī)的換向能力有限以及機(jī)械強(qiáng)度的限制，速度不能調(diào)節(jié)太高，從而電動機(jī)的調(diào)速范圍也就受到限制。2.1.3 調(diào)阻調(diào)速 圖2-3 調(diào)阻調(diào)速特性曲線圖 工作條件： 保持勵磁 F = FN ；保持電壓 U =UN ；調(diào)節(jié)過程：增加電阻 Ra ® R ­ ®n ¯，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。其特性如圖2-3所示。在保

13、持電源電壓和氣隙磁通為額定值，在電樞中串不同阻值的電阻時(shí)，可以得到不同的人為機(jī)械特性曲線，由于機(jī)械特性的軟硬度，即斜率不同，在同一負(fù)載下改變不同的電樞電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到調(diào)速的目的，屬于基速以下的調(diào)速方法。這種方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但外串電阻只能是分段調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，而且電阻在一定程度上消耗能量，功率損耗大，低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，只能適應(yīng)對調(diào)速要求不高的中小功率電動機(jī)。通過以上分析，我們知道弱磁調(diào)速方法難以實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行，以及可逆運(yùn)行。只能在基速以上運(yùn)行，且電動機(jī)的換向能力以及機(jī)械強(qiáng)度的限制，速度不能調(diào)得太高，這就限制了它的調(diào)速范圍。串電阻調(diào)速只能是分段調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無

14、級調(diào)速，而且電阻在一定程度上消耗能量，功率損耗大，低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生張力不平穩(wěn)，難以控制，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。而本系統(tǒng)要求電動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)快速起、制動，且要可逆運(yùn)行和無靜差。所以以上兩種調(diào)速方案都不可行。調(diào)壓調(diào)速的方法可以獲得與電動機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，而且低速運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性基本保持不變，所以得到的調(diào)速范圍可以達(dá)到很寬，而且實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。這種方法完全可以滿足四輥冷軋機(jī)的生產(chǎn)工藝要求。所以本系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速方案確定為調(diào)壓調(diào)速。2.2 系統(tǒng)主電路方案的設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)要求可知：系統(tǒng)的直流電動機(jī)需

15、要可逆運(yùn)行。即要求電動機(jī)能夠產(chǎn)生正向和反向轉(zhuǎn)矩。由電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式Te = CmF Id 可知：有兩種方法可改變轉(zhuǎn)矩方向，一是改變電動機(jī)勵磁F 的方向（即勵磁可逆），二是改變電樞電流的方向（即電樞可逆）。 2.2.1勵磁反接可逆電路我們可以采用接觸器開關(guān)或晶閘管開關(guān)切換方式，也可采用兩組晶閘管反并聯(lián)供電方式來改變勵磁方向進(jìn)而使電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向。晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路如圖2-4所示。電動機(jī)電樞用一組晶閘管裝置供電，勵磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。雖然采用勵磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少，可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，但是由于電動機(jī)勵磁繞組的電感大，勵磁反向的過程較慢，改變轉(zhuǎn)向時(shí)間長，

16、這將很難滿足四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)快速性的要求。也就很難使得生產(chǎn)出來的產(chǎn)品達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求。所以我們不能選擇勵磁反接這一控制方案。圖2-4 晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路2.2.2 電樞反接可逆電路電樞反接可逆線路的形式有多種，主要有以下3種方式：（1）接觸器開關(guān)切換的可逆線路（2）晶閘管開關(guān)切換的可逆線路（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路接觸器開關(guān)切換的可逆線路如圖2-5所示。KMF閉合，直流電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KMR閉合，直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)僅需四個接觸器，簡單、經(jīng)濟(jì)。但系統(tǒng)是有觸點(diǎn)切換，開關(guān)壽命短；需自由停車后才能反向，時(shí)間長；而且系統(tǒng)的容量較小。不能夠滿足本系統(tǒng)快速起停、正反轉(zhuǎn)、大容量的要求，

17、所以該方案不適用于本系統(tǒng)。圖2-5 接觸器開關(guān)切換的可逆線路圖2-6 晶閘管開關(guān)切換的可逆線路圖2-7 兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路晶閘管開關(guān)切換的可逆線路如圖2-6所示。VT1、VT4導(dǎo)通，電動機(jī)正轉(zhuǎn)； VT2、VT3導(dǎo)通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。該方案只能適用于中、小功率的系統(tǒng)，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。我們最好還是選擇兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路。其線路圖如圖2-7所示。電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機(jī)的起、制動和升、降速。但是，不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對控制電路提出了嚴(yán)格

18、的要求。它在快速性和容量上都可滿足系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，可適用于各種可逆系統(tǒng)。所以系統(tǒng)主電路最終設(shè)計(jì)成兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路。兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路如圖2-7所示。2.3 系統(tǒng)控制電路方案的設(shè)計(jì) 我們要確定可逆直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路的方案，就要先確定其控制電路為單閉環(huán)還是多閉環(huán)。其次再確定控制電路的具體控制方法。2.3.1 單閉環(huán)調(diào)速還是多閉環(huán)調(diào)速的選擇采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋加電流截止負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨

19、心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值Idcr以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。由圖2-8-a可知：起動電流達(dá)到最大值Idm后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。不能滿足快速性的要求，所以這種方案不可取。圖2-8 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形由圖2-8-b可知：理想的快速起動過程，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。為了在起動過程中能夠得到這個最大的恒定電流，得設(shè)計(jì)一個電流負(fù)反饋。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速

20、和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行串級控制。所以系統(tǒng)控制電路的結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)。2.3.2 系統(tǒng)控制方法的選擇 通過以上分析，系統(tǒng)已基本上確定為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的晶閘管-電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。然而采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，如下圖中所示（Ic 為環(huán)流、Id 為負(fù)載電流）。這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑圖2-9 兩組晶閘管反并聯(lián)

21、的可逆V-M系統(tǒng)制或消除。這對控制方法提出了更高的要求。這里我主要論證兩套在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的控制方案：a = b 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)和無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)。（一） a = b 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)采用a = b 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理框圖如圖2-10所示，圖中主電路是三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，控制電路為典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。ASR和ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅值，以限制最大起制動電流和最小控制角amin 和最小逆變角 bmin 。a = b 配合控制已經(jīng)消除了直流平均環(huán)流，但由于上下兩橋整流與逆變的瞬時(shí)電壓不一樣，所以主電路還存

22、在脈動的環(huán)流。這一環(huán)流對系統(tǒng)及有好處也有壞處。它使電動機(jī)的正轉(zhuǎn)制動和反轉(zhuǎn)起動的過程完全銜接起來，沒有間斷或死區(qū)，這是有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于要求快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)；但需要向系統(tǒng)添加環(huán)流電抗器，而且晶閘管等器件都要負(fù)擔(dān)負(fù)載電流和環(huán)流。對于大容量的系統(tǒng)來說，這些缺點(diǎn)就會比較明顯。而四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的容量比較大，所以將a = b 配合控制的這種控制方法應(yīng)用于本系統(tǒng)不太合適。我們的選擇其它的控制方法。圖2-10 a = b 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng) （二） 無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng) 通過上一小節(jié)的分析可知：有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個環(huán)流電抗器終究是個累

23、贅。因此，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時(shí)，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。按照實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流控制的可逆系統(tǒng)又分為兩大類：錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)和邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。 在錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是ar +a f = 300°，甚至是ar +a f = 360°，也就是說，初始相位整定在ar = a f = 150°或180°。這樣，當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時(shí)，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會產(chǎn)

24、生瞬時(shí)脈動環(huán)流了。鑒于目前錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)較少，本系統(tǒng)不予以考慮。我們主要來探討邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)工作原理：當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖2-11所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置

25、GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；1ACR的給定信號經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動切換，其輸出信號 Ublf 用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr 用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。圖2-11 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖在邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，采用了兩個電流調(diào)節(jié)器和兩套觸發(fā)裝置分別控制正、反組晶閘管。實(shí)際上任何時(shí)刻都只有一組晶閘管在工作，另一組由于脈沖被封鎖而處于阻斷狀態(tài)，這

26、時(shí)它的電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置都是等待狀態(tài)。采用模擬控制時(shí)，可以利用電子模擬開關(guān)選擇一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置工作，另一套裝置就可以節(jié)省下來了。這樣的系統(tǒng)稱作輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)，其原理圖如圖2-12所示。圖中：SAF，SAR分別是正、反組電子模擬開關(guān)。其它的和圖2-11的一樣。系統(tǒng)節(jié)省了一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置。而且實(shí)際系統(tǒng)都是邏輯選觸系統(tǒng)，所以系統(tǒng)的控制方法選為邏輯選觸無環(huán)流控制。本章主要講述系統(tǒng)方案的論證。我們先確定系統(tǒng)為調(diào)壓調(diào)速，然后經(jīng)論證系統(tǒng)圖 2-12 邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)的原理框圖主電路確定為兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆電路，最后我們論證控制電路的方案。在控制電路的方案論證中，我們先確

27、定系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)，然后根據(jù)自己所學(xué)知識和工程實(shí)際應(yīng)用確定控制電路的控制方法為邏輯選觸無環(huán)流控制。通過以上的分析和論證，系統(tǒng)的方案確定為邏輯選觸無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)。原理框圖如圖2-12所示。第三章 系統(tǒng)各單元概述3.1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(yùn)行直接影響整個系統(tǒng)的性能，為了保證可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運(yùn)行特性，則需要設(shè)計(jì)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(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動的問題。其實(shí)現(xiàn)方式如圖3-1所示。 圖3-1 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)?20V，再通過一系列熔斷器

28、等保護(hù)措施，輸入給橋式整流電路，進(jìn)而給直流電機(jī)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(jì)算。主電路的保護(hù)措施尤為重要，設(shè)計(jì)多重保護(hù)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(hù)整個系統(tǒng)，當(dāng)KM跳開失敗后，由于電流過大，一段時(shí)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(jī)等設(shè)備。上框圖中起動開關(guān)KM部分電路圖如圖3-2所示。 圖3-2 起動開關(guān)電路圖3.2速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器由運(yùn)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(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運(yùn)算。其

29、原理如圖3-3所示：圖3-3 速度調(diào)節(jié)器在圖中“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運(yùn)放輸入限幅，保護(hù)運(yùn)放的作用。二極管VD3、VD4和電位器RP1、RP2組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C1、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)。R7、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(shí)間。RP3為調(diào)零電位器。3.3電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器由運(yùn)算放大器、限幅電路、互補(bǔ)輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)及反饋?zhàn)杩咕W(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3-4所示。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

30、推信號，當(dāng)主電路輸出過流時(shí)，電流反饋與過流保護(hù)的“3”端輸出一個推信號（高電平）信號，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運(yùn)放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓下降，使角向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(hù)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(shí)，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、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(shí)驗(yàn)中“4、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(shí)就需要通過“5、7”端的電壓輸入來控制。在同一時(shí)刻，只有一路信號輸入起作用，另一路信號接地不起作用。圖3-3-1電流調(diào)節(jié)器圖3-4 電流調(diào)節(jié)器

31、3.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路圖3-5 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V3、VD1、VD2、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(shí)刻及鋸齒波的寬度。由V1、V2等元件組成的恒流源電路，當(dāng)V3截止時(shí)，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電容C2通過R4、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?？刂齐妷篣ct、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)，RP2、RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。V6、V7構(gòu)成

32、脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強(qiáng)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。圖3-6電流反饋與過流保護(hù)原理圖3.5電流反饋與過流保護(hù)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(shí)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(jìn)行接線，只要將DJK04掛件的十芯電源線與插座相連接，那么TA1、TA2、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(hù)即處于工作狀態(tài)。(1)電流反饋與過流保護(hù)的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端

33、，反映負(fù)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RP1、RP2、及R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中:R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在其中點(diǎn)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(shí)候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7截止。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時(shí)候，“1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接接近0.6V左右時(shí)，VD7導(dǎo)通，使輸出始終保持在0.6V左右。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(jìn)行調(diào)節(jié)。RP2的滑動觸頭與過流保護(hù)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(shí)，由于電容C

34、2的存在，V3先與V2導(dǎo)通，V3的集電極低電位，V4截止，同時(shí)通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)。(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(bào)警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實(shí)驗(yàn)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(bào)警值。(4)過流的同時(shí)，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S

35、B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、R4、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(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，V3導(dǎo)通、V4截止，電路才恢復(fù)正常。3.6轉(zhuǎn)速變換轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，它將反映轉(zhuǎn)速變化并與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。圖3-7 速度變換圖使用時(shí)，將電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 圖3-8 電壓給定原理圖電壓給定由兩個電位器RP1、RP2及兩個鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極性切換開關(guān)，輸出

36、的正、負(fù)電壓的大小分別由RP1、RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為0士l5V，S2為輸出控制開關(guān)，打到“運(yùn)行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。按以下步驟撥動S1、S2，可獲得以下信號：(1)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“正給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP1使給定輸出一定的正電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。(2)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“負(fù)給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負(fù)電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從負(fù)電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到負(fù)電

37、壓的階躍信號。(3)將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，撥動S1，分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負(fù)電壓，當(dāng)S1從“正給定”側(cè)打到“負(fù)給定”側(cè)，得到從正電壓到負(fù)電壓的跳變。當(dāng)S1從“負(fù)給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負(fù)電壓到正電壓的跳變。元件RP1、RP2、S1及S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長時(shí)間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時(shí)候，可能會將RP1、RP2損壞。3.7零速封鎖器零速封鎖器的原理圖如下：圖3-9 零速封鎖器原理圖零速封鎖器由兩個具有“山”型繼電器特性的電平檢測器，邏輯門及延時(shí)環(huán)節(jié)組成，其原理如圖3-9。零速封鎖器的

38、作用是：當(dāng)給定電壓及速度反饋電壓均為零時(shí)（即調(diào)速系統(tǒng)在停車狀態(tài)），封鎖電壓調(diào)節(jié)器的輸出，保證電機(jī)不會低速爬行或者系統(tǒng)在零速時(shí)出現(xiàn)振蕩。兩個“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進(jìn)行檢測，當(dāng)輸入信號為正值時(shí)，通過二極管VD1和VD3分別進(jìn)入運(yùn)放的反向輸入端，而當(dāng)輸入信號為負(fù)值時(shí)，則通過VD2和VD4進(jìn)入運(yùn)放的正相輸入端。故當(dāng)輸入信號絕對值大于某值時(shí)（0.3V左右）時(shí)，運(yùn)放輸出始終為負(fù)值，通過二極管VD9和VD10鉗位至-0.7V，作為“0” 信號，當(dāng)輸入信號的絕對值小于某一整定值時(shí)（0.2V左右），則運(yùn)放輸出正電壓，作為“1”信號。因此可得到如圖3-10所示的“山”型繼電特性。圖3-10 零

39、速封鎖器的“山”型繼電特性當(dāng)電平檢測到輸入電壓大于0.3V時(shí)，其輸出為低電平“0”，當(dāng)電平檢測到輸入電壓小于0.2V時(shí)，其輸出為高電平“1”。兩個電平檢測器的輸出經(jīng)與門和非門后，V2的基極為低電平，V2導(dǎo)通，零速封鎖器輸出約為-15V的電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其關(guān)斷，從而使電壓調(diào)節(jié)器開放工作，在出現(xiàn)故障時(shí)，電平檢測器輸出低電平“1”，V2基極為低電平，則V2截止，零速封鎖器輸出0V電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其導(dǎo)通，使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路，輸出為“0”。電容C3和電阻R25起延時(shí)作用，當(dāng)與門輸出由低電平跳變到高電平時(shí)，該電電位由正電源向C3和R25充電，其電

40、位逐漸升高，從而避免在低速運(yùn)行或換向過程中引起誤封鎖。面板上裝有S1開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥到“封鎖”時(shí)，零速封鎖器處于工作狀態(tài)；當(dāng)S1開關(guān)撥到“解除”時(shí)，零速封鎖器處于關(guān)閉狀態(tài)。3.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算所需的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖3-11所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖3-12所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點(diǎn)的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為: Uk = Usr2一Usr1 = K1(Uscm2一Us

41、cm1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強(qiáng)，回環(huán)寬度就越??；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓； Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.20.6V，環(huán)寬大時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時(shí)會使系統(tǒng)動作遲鈍。圖3-11 轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖 圖3-12轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性3.9零電平檢測(DPZ)零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時(shí)，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別

42、如圖3-13和圖3-14所示。圖3-13 零電平檢測器原理 圖3-14 零電平檢測器輸入輸出特性3.10邏輯控制(DLC)邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖3-15所示。其主要由邏輯判斷電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)電路、推b電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。圖3-15 邏輯控制器原理圖 (1)邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI 是

43、否從“0”變“1”決定)。即當(dāng)UM變號后，零電平檢測到主電路電流過零(UI =“1”)時(shí)，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)保證在任何時(shí)刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。(2)延時(shí)環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF 后，經(jīng)關(guān)斷等待時(shí)間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時(shí)間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路，延時(shí)電路中的VD1、VD2、C1、C2起t1的延時(shí)作用，VD3、VD4、C3、C4起t2的延時(shí)作用。(3)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時(shí)，UZ、UF的輸出同時(shí)為

44、“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時(shí)開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、UF全為“1”狀態(tài)時(shí)，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點(diǎn)電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr 都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時(shí)封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。(4)推環(huán)節(jié)在正、反橋切換時(shí)，邏輯控制器中的G8輸出“1”狀態(tài)信號，將此信號送入調(diào)節(jié)器的輸入端作為脈沖后移推信號，從而可避免切換時(shí)電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級。第四章 主電路的主要設(shè)備及其參數(shù)四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)

45、實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和快速起、制動。其主要設(shè)備為12個完全一樣的晶閘管、一個平波電抗器、一臺直流電動機(jī)和一臺整流變壓器組成。如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)主電路圖邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)的原理框圖4.1晶閘管的參數(shù)計(jì)算直流電動機(jī)的電流過載倍數(shù) =2.25，所以電動機(jī)的過載電流為：Imax =IN =2.25 ´ 780=1755A電動機(jī)過載運(yùn)行時(shí)的二次側(cè)電流大小為:I2 =Imax =0.816 ´ 1755 =1433A晶閘管的通態(tài)平均電流為：IVT(AV) = (1.52)IVT /1.57= (1.52)I2 /1.57=968.11290.8A 考慮安全裕量，晶閘管的額定電

46、流取 IVT(N) =1200A。由電機(jī)參數(shù)可知：整流輸出最大電壓 U2l =UN=230V,U2 =132.8 V。晶閘管承受的平均有效電壓為：U2m =U2 = U2l =325.3v晶閘管承受的最大正向和反向電壓為：UFM = URM =(23) U2m =650.6975.9V考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：UVT(N) =900V (取為900V)所以晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：IVT(N) = 1200A UVT(N) =900V4.2平波電抗器的選擇為使直流電動機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性較硬，需保證電動機(jī)運(yùn)行到最小電流時(shí)電樞電流仍能連續(xù)。此時(shí)的電流取為額定電流的5 %10%。這里取為5

47、%，則： Idmin= 5% IN = 39A 。電樞回路總電抗為： 電樞需要串入的電樞電抗器大小可以選為。 4.3 整流變壓器的選擇由已知電動機(jī)參數(shù)確定變壓器參數(shù)。已知，得又已知，可得 因此，變壓器的容量為 所以取綜上，變壓器參數(shù)為380V/230V，容量為。第五章 電流環(huán)和電壓環(huán)的設(shè)計(jì)四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，所以兩個調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)； b 電流反饋系數(shù)；ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；ACR電流調(diào)節(jié)器；為晶閘管觸發(fā)整流裝置的電壓放大系數(shù)；為電樞回路總電阻；為電動機(jī)的電動勢系數(shù)；為電樞電流。其中兩個調(diào)節(jié)器的輸出

48、都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓，也就限制了電動機(jī)的最大起動電流。5.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí)的取轉(zhuǎn)速給定為，ASR輸出的限幅值為，ACR輸出的限幅值為。晶閘管放大系數(shù)為。圖5-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1系統(tǒng)固有參數(shù)計(jì)算電動機(jī)的電動勢常量為電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常量為機(jī)電時(shí)間常數(shù)為 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)為2預(yù)先設(shè)定反饋參數(shù)調(diào)節(jié)器輸入回路電阻電流反饋系數(shù)為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為5.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)1)整流裝置之后時(shí)間常數(shù)：三相橋式電路的平均失控時(shí)間為

49、。2)電流濾波時(shí)間常數(shù)：三相橋式電路每個波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有，因此取。3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和：按小時(shí)間常數(shù)近似處理。取2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求i5%，并保障穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型I系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI電流調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為，式中為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；為電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。檢查對電源電壓的抗擾性能： 參照典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。3計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。電流環(huán)開環(huán)增益：要求，取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。（2）忽略反電動勢