四辊压延机的主传动直流调速系统设计

1、运动控制课程设计与综合实验报告 姓 名： 学 号： 班 级： 2015年1月19日第一章 四辊压延机主传动直流调速系统设计要求四辊压延机主传动直流调速系统的设计压延机生产线主要是生产飞机轮胎生产线，四辊压延机是飞机轮胎生产家最关键的生产设备。（一）生产工艺流程及控制要求1、生产工艺流程：帘布放布机接头硫化机前三辊电机贮布架前四辊电机干燥辊 四辊延压主机（主机1和主机2）后四辊电机 2台卷取机仓库图1 压延机的生产工艺流程2、控制要求：（1）在压延前，必须给干燥辊加热6080（使帘布烘干水分），给主辊加热至70左右（不至于橡胶冷却硬化）。（2）所有的直流电机可单动也可联动，并均要求电枢可逆。（3

2、）联动时，前四主机和后四主机不允许单动，而前三机可单独停（便于帘布的硫化接头，因有贮布架，也不影响后面的正常工作），卷取机也可单独停（便于2台卷取机换卷）。（4）两台延压主机必须同时起、停或加减速，且控制要求和技术指标完全相同。（5）前张力区的张力（最大为1000kg)通过前四电机来控制，后张力区的张力（1500kg）由后四电机来控制。（6）在给定压延张力情况下，其压延速度由操作人员通过改变主机速度来达到。例如压延速度升高，使前张力升高，通过控制器使前四电机升速，使前张力维持不变；同理后张力降低，使后四电机升速，使后张力维持不变。从而在联动时，使主机前、后电机的速度达到协调。（二）设计要求：四

3、辊压延机主传动机1和2的电机参数相同，要求相同，只设计其中一台即可。稳态无静差，空载起动至额定转速时的转速超调量，且起动时尽量避免电流的过大冲击。（三）主机1和2的直流电动机参数：,电枢电路总电阻，允许电流过载倍数。第二章 调速方案选择2.1 直流调速的一般原理理想化直流电动机，直流电动机转速方程可表示为：。式中转速（r/min）；输入电压（V）；电枢电流（A）；电枢回路总电阻（）；励磁磁通（Wb）；由电机结构决定的电动势常数；在上式中，是常数，电流是由负载决定的，因此调节电动机的转速可以有三种方法：1） 调节电枢供电电压；2） 减弱励磁磁通；3） 改变电枢回路电阻。调压调速的特点：在保持他励

4、直流电动机的磁通为额定值的情况下，电枢回路不串入电阻，将输入电压降低为不同值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向为急速以下，属于恒转矩调速方法。只要输入的电压是连续可调的，即可实现电机的无级调速。弱磁调速的特点：保持输入电压不变，改变励磁线圈的励磁电流，从而调节电机的励磁能力，进而实现调速。这种方法属于基速以上调速，调节范围小，是一种近似恒功率调速方法。而且可以实现无级调速。串电阻调速的特点：在保持输入电压的气隙磁通不变的前提下，通过在电枢回路串入电阻，使电机的机械特性变软，从而改变电机的转速。这种方法属于基速以下调速，虽然这种方法简单，容易实现，成本低，但只能有级

5、调速，而且功率损耗大，低速运行时转速稳定性差。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但是调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。2.2 主电路的方案论证调压调速的实现目前主要有两种方法：一种是采用晶闸管可控整流装置调速，另一种是采用PWM调压调速控制方法。1、 采用晶闸管可控整流装置调速 通过移相电路的移相，改变晶闸管的触发角，从而改变整流器的平均输出电压，进而实现调速的目的。电路如下所示：图2 晶闸管可控整流装置调速电路

6、图电路的特点：采用晶闸管整流，由于SRC可承受的阻断电压和导通电流都相对较大，所以其传输的能量很大，而且目前技术成熟，可靠性高。文中要设计的对象电机系统的容量是125kW，采用晶闸管整流装置可以很好的满足容量的要求。其次，由于触发电路简单，而且有现成的集成触发芯片，设计起来相对简单。但是由于该系统是可逆系统，所以存在正反组问题，需要考虑逻辑控制问题。2、 采用PWM调压调速的方法 PWM技术是当前很流行，应用十分广的一种技术。利用面积等效原理，将不同的波形调制成与正弦波等效的一系列脉幅相等，脉宽不等的脉冲作为控制信号去控制开光器件的导通与关断，从而得到想要的输出。图3 PWM调压调速电路图上图

7、就是PWM可逆电路，正反组分别对电机供电，实现电动机的正反转运行。首先通过二极管整流，将交流电转变为直流电，再通过H桥式电路进行直流斩波，调节输出电压的平均值。由于PWM调制电路及相关的控制电路设计相对复杂，而课程设计的时间有限，故文中采用晶闸管可控整流装置进行调压调速。2.3控制电路方案论证为了得到较好的调速效果，需要采用一些控制策略。下面介绍常用的一些控制策略： 1、开环直流调速系统：开环直流调速系统原理图如下图： 图3 晶闸管电动机调速系统(VM系统)原理图图3中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。这里对晶闸管可

8、控整流器的移相控制是关键。锯齿波同步移相触发电路将在第三章介绍。其整流原理为三相桥式全控整流，基本原理见下图。通过改变触发角从而改变以进行调速。图4 三相桥式全控整流电路开环直流调速系统控制电路简单，有利于在实验室实现，并且能实现一定范围内的无级调速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统是可以满住要求的。然而，开环直流调速系统没有控制结果的反馈，控制精度不高，在需要调速的生产机械对静差率有一定的要求的场合往往不能满住要求。例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大小常有波动，但是为了保证工件的加工精度和加工后的表面洁净度，加工过程中的速度却必须基本稳定，也就是说

9、，静差率不能太大。这时就不能使用开环直流调速系统了。2.4 转速负反馈直流调速系统为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。转速单闭环系统原理图如下图： 图5 转速单闭环系统原理图 图6 转速单闭环系统结构框图可见转速单闭环系统实际上是开环直流调速系统的“闭环化”。转速单闭环系统将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经检测转化与给定信号相比较并经放大后，得到移相控制电压，用作控制整

10、流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。与开换系统相比，转速单闭环直流调速系统性能更为稳定。根据转速单闭环系统原理图作如下分析：转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式式中：放大器的电压放大系数;电力电子变换器的电压放

11、大系数;转速反馈系数；给定电压。设，则可得：闭环系统的转速降：；闭环系统的静差率：；调速范围：；可见经过适当调节、，可以使系统的特性更硬，调速范围更宽。2.5 带电流截止负反馈的直流调速系统直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+K倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。另外，有些生

12、产机械的电动机可能会遇到堵转的情况，例如，由于故障使机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。为了解决反馈闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，引入电流截止负反馈，简称截流反馈，保持电流基本不变，使它不超过允许值。带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构框图如下图所示：图7 带电流截止负反馈的直流调速系统稳态结构框图这种电流负反馈作用只应在起动和堵转时存在，在正常运行时又得取消，让电流自由地随着负载增减。它的静特性分为两段，当时，电流截止负

13、反馈环节不起作用，静特性与只有转速负反馈系统的相同。当后，引入了电流截止负反馈，静特性变为：2.6 双闭环直流调速系统采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如龙门刨床、可逆轧钢机等要求快速起制动，突加负载动态速降小的场合，尽量缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。这时单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为单闭环系统不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。于是产生了通过转速、电流双闭环来控制电流和转矩的双闭环控制直流调速系统。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超

14、过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动电流和转速波形如图8所示：图8 单闭环直流调速系统起动电流和转速波形图起动电流突破以后，受电流负反馈的作用，电流只能再升高一点，经过某一最大值后，就降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示如图9：图

15、9 系统理想起动过程波形这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流转矩)受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级)联接，如图所示。图10 转速、电流双闭环直流调速系统 ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机 TA电流互感器 UPE电力电子变换器把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环;转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系

16、统。以下分别对双闭环调速系统的静态特性、动态特性以及抗扰性能进行分析。为分析静特性我们参考如下的系统稳态结构框图：图11 双闭环调速系统的稳态结构图 转速反馈系数 电流反馈系数在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。转速调节器不饱和：CA段静特性从理想空载状态的=0一直延续到，而一般都是大于额定电流的。这就是静特性的运行段。转速调节器ASR饱和：这时ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环调节系统。其静特性如下图12：图12 单闭环调节系统静特性图为分析动态特性以及抗

17、扰性能参考双闭环直流调速系统的动态结构图如下图： 图13 双闭环直流调速系统的动态结构框图双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：（1）饱和非线性控制：根据ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。（2） 转速超调：由于ASR采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速超调，ASR的输入偏差电压为负值，才能使ASR退出饱和。这样，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。（3） 准时间最优控制：起

18、动过程中的主要阶段是第II阶段的恒流升速，它的特征是电流保持恒定。一般选择为电动机允许的最大电流，以便充分发挥电动机的过载能力，使起动过程尽可能最快。这阶段属于有限制条件的最短时间控制。因此，整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能，主要是负载扰动和抗电网电压扰动的性能。对于负载扰动，由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。对于电网电压扰动，双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回

19、来，抗扰性能大有改善。由于要实现系统的可逆，而一般的可逆系统往往存在环流。由于有环流的可逆系统中通常需要增加平波电抗器，对于大容量的系统，就需要设置的很大的平波电抗器，这就使得系统的体积大为增加，使系统的占用空间很大。为了去掉平波电抗器，往往将系统改变为无环流的可逆系统，同时需要设计逻辑控制单元进行无环流的控制。下图给出了逻辑控制无环流可逆调速系统的原理框图：图14 逻辑控制无环流可逆调速系统的原理框图2.7 方案的确定根据以上的分析，本次课程设计所设计的四辊压延机主传动直流调速系统的最终方案选择为：1、 电机调速采用调压调速；2、 可调电源电路采用晶闸管可控整流电路；3、 控制电路采用转速、

20、电流双闭环的控制策略。第三章 参数的计算首先给出直流电动机变流装置系统结构框图如下： 图15 直流电动机变流装置系统结构框图主机1和2的直流电动机参数：电枢电路总电阻，允许电流过载倍数。1、 变压器副边电压的确定因为，触发角的整定范围在之间，所以由三相全桥整流公式：。当在之间变化时，由，可以算出,所以可以选择。2、 变压器容量的计算由于电动机的额定电流,允许的载电流为。由功率守恒并结合晶闸管及阻抗等的损耗，可以选择变压器的容量。3、 晶闸管参数的计算由于电路中的过载电流为960A，所以有又由整流输出电压，整流变压器的二次侧电压为。根据整流电路可知，晶闸管所承受的最大反向电压是变压器二次侧线电压

21、的峰值，即；晶闸管所承受的最大正向电压是变压器二次侧线电压的峰值的一半，即考虑安全裕量，选择电压裕量为2倍的最大反向承受电压，电流裕量为1.5倍的平均电流。所以工作的晶闸管的额定参数选择为： 取600V； 取550A；4、 整流电路交流侧的平波电抗器计算电动机在运行时需要保证电流连续，取此时的电流为额定电流的5%10%，即那么回路的总阻抗为，故交流侧需要串入的电抗为。5、 主电路保护器件的选择电路中主要的保护器件：快速熔断器FU：，过电流保护；压敏电阻过电压抑制器RV：过电压抑制用RC电路。6、 控制电路的参数计算按照先内环后外环的设计步骤设计：由于要实现无静差的要求，故选用ASR和ACR的结

22、构均为PI调节器。图16双闭环直流调速系统的稳态结构图（分别为转速和电流反馈系数）7、调节器的输出限幅值确定：转速调节器ASR的输出限幅电压决定电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。设转速的最大给定值为,输出的限幅值为，晶闸管触发整流装置放大倍数，则可以计算出：又计算电机时间常数：，而故计算电磁时间常数变流装置采用三相桥式整流电路，平均失控时间。8、电流滤波时间常数及转速滤波时间常数由于电流检测信号和转速检测信号中含有谐波分量，而这些谐波分量会使系统产生振荡。所以需加反馈滤波环节。滤波环节可以抑制反馈信号中的谐波分量，但同时也给反馈信号带来惯性

23、的影响，为了平衡这一惯性的影响，在调节器给定输入端也加入一个同样参数的给定滤波环节。电流滤波时间常数一般取13ms，转速滤波时间常数一般取520ms。对滤波时间常数，若取得过小，则滤不掉信号中的谐波，影响系统的稳定性。但若取得过大，将会使过渡过程增加，降低系统的快速性。文中取，。第四章 调节器的设计由于转速对给定信号的响应时间较电流对给定信号的响应时间长得多，因此在计算电流的动态响应时，可以把电动机的转速看成恒量。而恒量对动态分量是不起作用的，因此，为简化起见，可把反电势略去。将非单位负反馈变换成单位负反馈系统。由于和较小得多，所以可把前两者构成的小惯性环节合并得：1. 电流调节器的设计a)

24、确定系统的类型为使电流无静差，电流调节器应选用PI调节器。其传递函数为而，故电流调节器参数的选取按二阶最佳系统设计，取，则根据要求，稳态无静差：，选择得电流开环增益：ACR比例系数：设取调节器的输入电阻，则 取 取 取验证假定条件：，满足简化条件；，满足简化条件；，满足简化条件；所以ACR控制器的设计理论上满足要求。速度调节器的设计电流环等效闭环传递函数的求取1)转速环结构框图的建立及化简图17 转速环的动态结构图（用等效环节代替电流环）图18转速环的动态结构图（等效成单位负反馈系统和小惯性环节近似处理）图19 转速环的动态结构简化图（校正后成为典型II型系统）电流环简化后可视为转速环中的一个

25、环节，为此需求出它的闭环传递函数。由4-3-3可得，忽略高次项，可以降阶近似成。接入转速环内，电流环等效环节的输入量应该为，因此电流环在转速环中应等效为 。这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节，如图18。这就表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。速度环框图如图19所示，将非单位负反馈变换成单位负反馈系统，并把两个小惯性环节合并。2、速度调节器的设计和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成，再把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个

26、时间常数为的惯性环节，其中，则速度换结构框图可简化为图19。为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，见图19，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。显然，欲校正成典II系统，速度调节器应选用PI调节器。其传递函数为： 式中，表示转速调节器的比例系数；表示转速调节器的超前时间常数。而 这样调速系统的开环传递函数为： 转速调节器参数的选取比较可得： 按三阶最佳系统设计，跟随和抗扰动性能都较好的原则，取，则ASR的超前时间常数为：。可

27、求得转速开环增益： 比较可得ASR的比例系数： (3)检验近似条件转速环截止频率为：1)电流环传递函数简化条件为：，满足简化条件。2)转速环小时间常数近似处理条件为：，满足简化条件。设取调节器的输入电阻，则 取 取 取当时，不能满足设计要求。实际上，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按退饱和的情况重新计算超调量。由设计要求可知：；当系统空载启动时，负载系数；电动机的额定速降故故符合要求。至此，双闭环直流调速系统的理论设计初步完成，但还需实际调试和修正。第五章 双闭环调速系统结构以及各功能模块概述5.1双闭环调速系统结构概述主电路的稳定安全运行直接影响整个系统的性能，为了保证可逆压延机主传动

28、系统具有稳定的正反运行特性，则需要设计可逆的调速系统，采用六个晶闸管构成三相桥式整流电路的反并联装置可以解决电动机的正反转运行和回馈制动的问题。其实现方式如图20所示。 图20 主电路框图对于系统的供电，可将无穷大电网电压经三相变压器变为220V，再通过一系列熔断器等保护措施，输入给桥式整流电路，进而给直流电机和其他装置供电。变压器绕组采用 /Y接法，具体方法见主电路变压器的参数计算。主电路的保护措施尤为重要，设计多重保护电路成为必要。在起动开关电路里面设置自锁回路，在控制电路中发现电流过大，这可使主电路常闭开关KM跳开而保护整个系统，当KM跳开失败后，由于电流过大，一段时间后快速熔断器受热而

29、熔化使电路跳开，从而避免烧坏电机等设备。上框图中起动开关KM部分电路图如图21所示。 图21 起动开关电路图5.2 各功能模块概述图22 电压给定原理图电压给定由两个电位器R1、R2及两个钮子开关S1、S2组成。S1为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由R1、R2来调节，其输出电压范围为0士l5V，S2为输出控制开关，打到“1”侧，允许电压输出，打到“3”侧，则输出为零。按以下步骤拨动S1、S2，可获得以下信号：(1)将S2打到“1”侧，S1打到“正给定”侧，调节R1使给定输出一定的正电压，拨动S2到“3”侧，此时可获得从正电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“1”侧，此时可获得

30、从0V突跳到正电压的阶跃信号。(2)将S2打到“1”侧，S1打到“负给定”侧，调节R2使给定输出一定的负电压，拨动S2到“3”侧，此时可获得从负电压突跳到0V的阶跃信号，再拨动S2到“1”侧，此时可获得从0V突跳到负电压的阶跃信号。(3)将S2打到“1”侧，拨动S1，分别调节RP1和RP2使输出一定的正负电压，当S1从“正给定”侧打到“负给定”侧，得到从正电压到负电压的跳变。当S1从“负给定”侧打到“正给定”侧，得到从负电压到正电压的跳变。元件R1、R2、S1及S2均安装在挂件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。要注意的是不允许长时间将输出端接地，特别是输出电压

31、比较高的时候，可能会将R1、R2损坏。5.2.1速度调节器速度调节器由运算放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成，对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算。其原理如图23所示：图23 速度调节器5.2.2电流调节器电流调节器由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与速度调节器相同，其原理图如图24所示。图24 电流调节器5.2.3 信号反号器图25 信号反号器5.2.4 锯齿波同步移相触发电路图26 锯齿波同步移相触发电路锯齿波同步移相触发电路由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成。由V3、VD1、V

32、D2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R4、V3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。V6、V7构成脉冲形成放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。5.2.5零速封锁器图27 零速封锁器原理图零速封锁器由两个具有“山”型继电器特性的电平

33、检测器，逻辑门及延时环节组成，其原理如图27。零速封锁器的作用是：当给定电压及速度反馈电压均为零时（即调速系统在停车状态），封锁电压调节器的输出，保证电机不会低速爬行或者系统在零速时出现振荡。两个“山”型电平检测器分别对给定和速度反馈信号进行检测，当输入信号为正值时，通过二极管VD1和VD3分别进入运放的反向输入端，而当输入信号为负值时，则通过VD2和VD4进入运放的正相输入端。故当输入信号绝对值大于某值时（0.3V左右）时，运放输出始终为负值，通过二极管VD9和VD10钳位至-0.7V，作为“0” 信号，当输入信号的绝对值小于某一整定值时（0.2V左右），则运放输出正电压，作为“1”信号。因

34、此可得到如图28所示的“山”型继电特性。图28 零速封锁器的“山”型继电特性当电平检测到输入电压大于0.3V时，其输出为低电平“0”，当电平检测到输入电压小于0.2V时，其输出为高电平“1”。两个电平检测器的输出经与门和非门后，V2的基极为低电平，V2导通，零速封锁器输出约为-15V的电压加到电压调节器反馈环节场效应管的栅极，使其关断，从而使电压调节器开放工作，在出现故障时，电平检测器输出低电平“1”，V2基极为低电平，则V2截止，零速封锁器输出0V电压加到电压调节器反馈环节场效应管的栅极，使其导通，使调节器的反馈环节短路，输出为“0”。电容C3和电阻R25起延时作用，当与门输出由低电平跳变到

35、高电平时，该电电位由正电源向C3和R25充电，其电位逐渐升高，从而避免在低速运行或换向过程中引起误封锁。面板上装有S1开关，当开关拨到“封锁”时，零速封锁器处于工作状态；当S1开关拨到“解除”时，零速封锁器处于关闭状态。5.2.6 转矩极性鉴别(DPT)转矩极性鉴别为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化。它是一个由比较器组成的模数转换器，可将控制系统中连续变化的电平信号转换成逻辑运算所需的“0”、“1”电平信号。其原理图如图29所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图H所示，具有继电特性。调节运放同相输入端电位器RPT1可以改变继电特性相对于零点的位置。继电特性的回环宽度为: Uk =

36、 Usr2一Usr1 = K1(Uscm2一Uscm1)式中，K1为正反馈系数，K1越大，则正反馈越强，回环宽度就越小；Usr2和Usr1分别为输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压； Uscm1和Uscm2分别为反向和正向输出电压。逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取0.20.6V，环宽大时能提高系统抗干扰能力，但环太宽时会使系统动作迟钝。图29 转矩极性鉴别原理图 图30 转矩极性鉴别器的输入输出特性5.2.7 零电平检测(DPZ)零电平检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统中进行零电流检测，当输出主电路的电流接近零时，电平检测器检测到电流反馈的电压值

37、也接近零，输出高电平。其原理图和输入输出特性分别如图31和图32所示。图31 零电平检测器原理 图32 零电平检测器输入输出特性5.2.8 逻辑控制(DLC)逻辑控制用于逻辑无环流可逆直流调速系统，其作用是对转矩极性和主回路零电平信号进行逻辑运算，切换加于正桥或反桥晶闸管整流装置上的触发脉冲，以实现系统的无环流运行。其原理图如图33所示。其主要由逻辑判断电路、延时电路、逻辑保护电路、推b电路和功放电路等环节组成。图33 逻辑控制器原理图第六章 逻辑无环流系统的调试6.1系统实验调试概述一、 实验目的：1） 熟悉和掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试方法和步骤；2） 通过实验，分析和研究系统的动、静

38、态特性，并研究调节的参数对动态品质的影响；3） 通过实验，提高自身实际操作技能，培养分析和解决问题的能力。二、 实验内容：（4） 各控制单元调试；（5） 整定电流反馈系数，转速反馈系数，整定电流保护动作值；（6） 测定开环机械特性及高、低时速的静特性；（7） 闭环控制特性的测定；（8） 改变调节器参数，观察、记录电流和速度走动、制动时的动态波形。技术指标：（1） 电流超调量，并记录有关参数对的影响；（2） 转速超调量，并记录有关参数对的影响；（3） 用示波器测定：系统走动、制动、由正转到反转的过渡时间；（4） 稳态转速无静差。三、 实验调节步骤：1 双闭环可逆调速系统调试原则： 先单元，后系统

39、； 先开环，后闭环； 先内环，后外环 先单向（不可逆），后双向（可逆）。2 系统开环调试（1） 系统开环调试整定：定相分析：定相目的是根据各相晶闸管在各自的导电范围，触发器能给出触发脉冲，也就是确定触发器的同步电压与其对应的主回路电压之间的正确相位关系，因此必须根据触发器结构原理，主变压器的接线组别来确定同步变压器的接线组别。（2） =90的整定（3） 制定移相特性（4） 带动电机整定和3 系统的单元调试（1） ASR、ACR和反相器的调零、限幅等（2） 逻辑单元（DLC）的转矩特性和零电流检测的调试4 电流闭环调试（，等相关参数的整定）5 转速闭环调试（，等相关参数的整定）6.2触发器的整定

40、（1） 先将DJK02的触发脉冲指示开关拨至窄脉冲位置，合DJK02中的电源开关，用示波器观察A相、B相、C相的三相锯齿波，分别调节所对应的斜率调节器，使三相锯齿波的斜率一致。（2） 观察DJK02中VT1VT6孔的六个双窄脉冲，使间隔均匀，相位间隔60度。（3） 触发器移相控制特性的整定；如图34所示，系统要求当时，电机应停止不动。因此要调整偏移电阻，使。 图34 触发器移相控制特性测得当时所对应的值，该值将作为整定ACR输出最大正限幅值的依据；测得当时所对应的值，该值将作为整定ACR输出最大负限幅值的依据。6.3系统的开环运行及特性测试（1） 高速特性的测试：逐步增加给定电压，使电动机启动

41、、升速。调节和滑动变阻器的阻值，使电机电流，转速。给定保持不变，做得高速特性如表6-1所示。改变滑动变阻器，使负载电流由1.2A下降，并记录所对应的转速和整流电压，即可测出高速时的开环机械特性。 表6-1 电机高速特性Id1.210.80.6Ud266267269271n(r/min)1617165316961736（2） 低速特性的测试：调节和滑动变阻器的阻值，使电机电流，电机仍然旋转，转速左右。测得低速特性如表6-2所示。 表6-2 电机低速特性Id1.210.80.60.40.2Ud777880828388n(r/min)336379418460505565电机高低速开环特性如图所示：

42、图35 电机高低速开环特性图速度反馈特性的测试：改变，使电动机的转速分别为下列表中所示，读出所对应的反馈电压的大小，作出特性，并检查其反馈的线性度 表6-3 电动机的转速反馈特性n（转/分）1600140012001000800600400200Ufn（V)-6.0-5.3-4.5-3.8-3.0-2.3-1.5-0.8图36 电机转速反馈的线性度6.4系统单元调试1、 电流调节器ACR的调试先切断主电路和励磁电源开关，切断DJK02中的电源开关；合电源总开关DJK04中的电源控制开关，DJK04中的电源控制开关，DJK04中的给定电位器逆时针调至零位，使给定为0V。将ACR接成比例调节器，给

43、定为0V，调节放大器调零电位器RP4，使其输出为0V。给定 为正信号，其输出应为负，调节负限幅电位器RP2，使给定继续增大，其值不变。给定为负信号，其输出应为正，调节负限幅值=3V。当给定继续增大，其值不变。2、 速度调节器ASR的调试调试方法同ACR的调试方法，但输出的正负限幅值为。3、 反相器AR的调试将输出给定单元输出直接输入AR的输入端，用万用表测量输入与输出，特性就满足下式： 4、 逻辑控制单元的调试电平检测器的调试a) 转矩极性鉴别器DPT的调试将输入给定单元输出直接接到DPT的输入端，用万用表或示波器观察其输出。先检测回环宽度（为0.5V左右），调节电位器RP1，使回环宽度对称纵

44、坐标，如特性图。图37 入回环特性图b) 零电平监测器DPZ的调试将输入给定单元输出直接接到DPZ的输入端，用万用表或示波器观察其输出。先检测回环宽度（为0.4V左右）；调节电位器RP3，使回环如图38所示。 图38 DPZ特性逻辑控制器DLC的调试DLC有两个输入端：和，若要求两个输入端同时为“1”态或“0”态，其信号可以直接从输入给定单元输出端获得；若一个为“1”态可从输入给定单元测试其逻辑功能，逻辑功真值表应如表6-4所示。表6-4 逻辑功能真值表输入Um110001Ui100100输出Uz000111Uf111000 5、 系统整体调试1) 合保护电路开关电动机励磁开关控制电源开关合直流高速主电源开关。2) 系统动态波形的观察与性能指标分析。 闭环机械特性的测定：先将系统停下来，将发电机输出接滑动变阻器，调节调动变阻器和速度给定，使，给定不变，调节滑动变阻器使下降，从而测出其高速机械特性。低速机械特性仿照开环系统方法进行。 调节活动变阻器，使左右，观察系统从原始突加正向起动正向运行突给正向停车的转速和电流的波形。3)