課程設(shè)計(jì)---850mm六輥可逆冷軋機(jī)開卷機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)題目《850mm六輥可逆冷軋機(jī)開卷機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)》，核心落在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是基于本學(xué)期所學(xué)課程《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》的一次學(xué)以致用的深入拓展。</p><p>　　本文針對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速設(shè)計(jì)。盡管近年來，電力電子變換器中以晶閘管為主的可控器

2、件已經(jīng)逐步被功率開關(guān)器件所替代；伴隨著變換技術(shù)由相位控制轉(zhuǎn)向脈寬調(diào)制（PWM）；交流可調(diào)拖動(dòng)系統(tǒng)正逐步取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)，但是直流拖動(dòng)本身具有理論和實(shí)踐都很成熟的優(yōu)勢(shì)，我國早期的許多生產(chǎn)設(shè)備均采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)淘汰，而且直流電機(jī)原理相對(duì)簡單易懂，因而對(duì)于初學(xué)者而言，直流調(diào)速還是很有實(shí)際意義的。</p><p>　　從生產(chǎn)機(jī)械要求的控制物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為調(diào)速系統(tǒng)、位隨系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多

3、電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型；按照調(diào)速方式大致可分為開環(huán)調(diào)速和閉環(huán)調(diào)速兩大類，開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、維護(hù)簡單，但是其靜特性與動(dòng)態(tài)特性往往不滿足生產(chǎn)和控制要求，而閉環(huán)系統(tǒng)尤其是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜特性和動(dòng)態(tài)特性，采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差以及電流無靜差。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)包括各元器件的參數(shù)配合與選擇、調(diào)速方案的設(shè)計(jì)、整體電路圖的繪制等，同時(shí)考慮到調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用于六卷可逆冷軋機(jī)開卷機(jī)，各

4、參數(shù)與方案都按照實(shí)際工程需要設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)、雙閉環(huán)調(diào)速、邏輯無環(huán)流、DLC、開卷機(jī)、六輥、晶閘管</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　薄板、帶鋼的生產(chǎn)技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)志。冷軋鋼板的生產(chǎn)主要是采用3~6機(jī)架的多輥冷軋機(jī)，特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)

5、量好。連軋機(jī)僅適用于產(chǎn)量大，品種規(guī)格單一的鋼種冷軋生產(chǎn)，而對(duì)于生產(chǎn)量較小、質(zhì)量要求較高、品種規(guī)格復(fù)雜的高合金鋼和合金冷軋帶材，采用連軋機(jī)并不恰當(dāng)，而大多采用多輥可逆軋機(jī)。</p><p>　　帶鋼冷軋機(jī)生產(chǎn)線上除了五機(jī)架連軋機(jī)主體設(shè)備外，還包括頭部的上料設(shè)備、開卷機(jī)以及尾部卷取機(jī)，有的在軋制頭部還有矯直機(jī)、焊接機(jī)以及活套等設(shè)備。這些設(shè)備要要步調(diào)一致，密切配合，以保證連軋機(jī)位置控制、厚度控制、張力控制、速度控制以及

6、板形控制的順利進(jìn)行。五機(jī)架冷連軋機(jī)的出現(xiàn)必須有自動(dòng)控制和以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)。</p><p>　　冷軋機(jī)最初是在二輥、四輥基礎(chǔ)建立起來的，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展需要極薄帶材，原有低輥數(shù)軋機(jī)已經(jīng)不能滿足要求，因?yàn)檐堓伇旧淼膹椥詨罕庵低人柢堉茙Р暮穸冗€要大，而軋輥的彈性壓扁是與輥徑成正比的。當(dāng)軋輥材質(zhì)一定時(shí)，要降低軋輥彈性壓扁就必須減小輥徑，而輥徑的減小又會(huì)出現(xiàn)剛性不夠的矛盾。為此，多輥軋機(jī)出現(xiàn)以提供良好剛性的塔

7、形支撐輥系。多輥軋機(jī)發(fā)展很快，根據(jù)加工工藝要求，有八輥、十二輥、二十輥等。</p><p>　　開卷機(jī)作為連軋?jiān)O(shè)備的首端，需要可逆工作，既需要轉(zhuǎn)速控制又需要張力控制。當(dāng)開卷機(jī)工作于換卷引帶或斷帶時(shí)，系統(tǒng)外環(huán)即速度環(huán)調(diào)機(jī)器投入工作，這是一個(gè)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；當(dāng)帶材咬入后，產(chǎn)生張力，使ASR的反饋小于給定值，處于飽和狀態(tài)，其限幅值就是張力給定值，系統(tǒng)作為一個(gè)恒功率調(diào)劑系統(tǒng)而工作，維持張力恒定。本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)邏

8、輯無環(huán)流調(diào)速。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)和要求</p><p>　　第二章 各功能模塊器件選擇</p><p>　　2.1 開卷電機(jī)的選擇……………………………………………………….……….5</p><p>　　2.2 整流方

9、案的選擇……………………………………………………….……….5</p><p>　　2.3 晶閘管的選擇………………………………………………………….…………6</p><p>　　2.4 交流進(jìn)線電抗器的選擇………………………………………….…………6</p><p>　　2.5 變壓器容量的選擇………………………………………………….…………7<

10、;/p><p>　　2.6 晶閘管的保護(hù)…………………………………………………………….………7</p><p>　　2.7 開卷電機(jī)的過電流保護(hù)，串聯(lián)熔斷器………………………..……9</p><p>　　2.8 晶閘管冷卻風(fēng)機(jī)的選擇……………………………………………….……9</p><p>　　2.9 勵(lì)磁回路…………………

11、………………………………………………………...10</p><p>　　2.10 交流電流互感器TA……………………………………………………………12</p><p>　　2.11 測(cè)速發(fā)電機(jī)………………………………………………………………………..12</p><p>　　2.12 給定電路…………………………………………………………………….……..13

12、</p><p>　　2.13 低壓直流源設(shè)計(jì)（24V）………………………………………..………13</p><p>　　2.14 空氣開關(guān)的選擇…………………………………………………………………13</p><p>　　第三章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 典型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………….

13、..…14</p><p>　　3.2 典型轉(zhuǎn)速、直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………….….14</p><p>　　3.2.1 ACR(電流環(huán)調(diào)節(jié)器)的設(shè)計(jì)…………………………………………..……14</p><p>　　3.2.2 ASR(轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器)的設(shè)計(jì)………………………………………….….…18</p><p>　　

14、第四章 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.1 典型邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)………………………………24</p><p>　　4.2 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC…………………………………………….…….24</p><p>　　4.3 晶閘管集成觸發(fā)器………………………………………………………..……28</p><p&

15、gt;　　第五章 開卷機(jī)張力控制</p><p>　　5.1 開卷機(jī)張力控制系統(tǒng)……………………………………………………….…31</p><p><b>　　第六章 輔助電路</b></p><p>　　6.1 輔助電路結(jié)構(gòu)以及作用………………………………………………...……32</p><p><

16、b>　　第七章 操作電路</b></p><p>　　7.1 操作結(jié)構(gòu)以及作用………………………………………………………………32</p><p>　　總 結(jié) …………………………………………………………………………………………………..…33</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………

17、……………..……34</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)參數(shù)和要求</p><p>　　一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：</p><p>　　（一）、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)選型</p><p><b>　　1、主回路方案確定</b></p><p><b>　　2、控制回路選擇</b><

18、;/p><p>　?。ǘ?、主要電氣設(shè)備的計(jì)算和選擇</p><p>　　1、晶閘管整流元件：電壓定額、電流定額計(jì)算及選擇</p><p>　　2、系統(tǒng)各主要保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：快速熔斷器計(jì)算選擇、阻容保護(hù)電路選擇</p><p><b>　　二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p>　　電流環(huán)超調(diào)量：

19、σi≤5%</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)超調(diào)量：σn≤10%</p><p>　　允許過載倍數(shù)：1.5</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)環(huán)境</b></p><p>　　主要由主電路和控制電路組成，主電路由開關(guān)、交流接觸器、晶閘管整流裝置和保護(hù)器件組成、控制電路主要由運(yùn)算放大器構(gòu)成的控制器組成。</p>

20、<p>　　第二章 各功能模塊器件選擇</p><p>　　2.1 開卷電機(jī)的選擇</p><p>　　850mm六輥可逆開卷電機(jī)：</p><p><b>　　數(shù)量1，DC電機(jī)</b></p><p><b>　　上海南洋Z4系列</b></p><p>　　

21、額定電壓：440V，額定電流：400A，額定功率：168kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速：500/900 rpm</p><p><b>　　絕緣等級(jí)：B級(jí)</b></p><p><b>　　工作制：S1</b></p><p><b>　　過載倍數(shù)：1.5</b></p><p>　　冷卻方

22、式：自帶通風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷</p><p>　　特性：電樞可不加平波電抗器，調(diào)速范圍廣，過載能力強(qiáng)，可弱磁調(diào)速</p><p>　　2.2 整流方案的選擇</p><p>　　采用反并聯(lián)三相全控整流橋。</p><p>　　無環(huán)流工作，任何情況下只允許一組整流器工作，而另一組必須被封鎖，以保證不出現(xiàn)環(huán)流，通常采用如圖2-1所示反并聯(lián)可逆線路。&l

23、t;/p><p>　　圖2-1 反并聯(lián)三相全控整流橋</p><p>　　2.3 晶閘管的選擇</p><p>　　2.3.1 晶閘管額定電壓</p><p>　　查技術(shù)手冊(cè)可得國內(nèi)中小功率標(biāo)準(zhǔn)系列閥側(cè)電壓表</p><p>　　考慮到晶閘管在恢復(fù)阻斷時(shí)所引起的換相過電壓，以及在操作和事故所造成的過電壓的影響，由技術(shù)手

24、冊(cè)，對(duì)于三相橋式整流線路晶閘管可按如下表格選取</p><p>　　由電機(jī)額定參數(shù)：=440V , =400A</p><p>　　查表選擇=1500V，二次相電壓有效值為460/ =266V</p><p>　　2.3.2 晶閘管通態(tài)平均電流 （AV）</p><p>　?。ˋV）≥1.0～2.0 </p><p&

25、gt;　?。弘娏饔?jì)算系數(shù)，查表取 =0.367</p><p>　　：晶閘管并聯(lián)數(shù),取 =3</p><p>　?。壕飨禂?shù)，一般取 =0.8～0.9</p><p>　　：最大整流電流值，取 =λ =1.5x400=600A</p><p>　　代入計(jì)算：（AV）≥2.0 =184A</p><p>　　保

26、證留有裕量，取 （AV）=200A</p><p>　　2.3.4 晶閘管型號(hào)的選擇</p><p>　　綜上，晶閘管型號(hào)選取KP300-15</p><p>　　2.4 交流進(jìn)線電抗器的選擇</p><p>　　由技術(shù)手冊(cè)，單機(jī)容量在500kW以下的中小容量裝置，可用幾臺(tái)組成一組，用公用變流變壓器供電，每臺(tái)晶閘管裝置通過圖2-2所示交流

27、電抗器供電，其主要作用:</p><p>　　1、限制晶閘管導(dǎo)通時(shí)的di/dt以及限制變流裝置發(fā)生故障和短路時(shí)短路電流的上升速率。</p><p>　　2、改善電源電壓波形，消除變流器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)電源系統(tǒng)的公害。</p><p>　　圖2-2 交流進(jìn)線電抗器</p><p>　　交流電抗器的電感量計(jì)算公式為：</p><p&g

28、t;　　L=x = = 0.10 mH，取0.10mH</p><p>　　2.5 變壓器容量的選擇</p><p>　　一次容量（VA） = = =248566 VA</p><p>　　二次容量（VA） = = =248566 VA</p><p>　　等值容量（VA） = (+ )=248566 VA</p

29、><p><b>　　—空載整流電壓</b></p><p>　　、—變壓器一、二次繞組相數(shù)，對(duì)于三相全控橋 ==3</p><p>　　查技術(shù)手冊(cè)，變流變壓器容量取 250 kVA</p><p>　　2.6 晶閘管的保護(hù)</p><p>　　2.6.1 晶閘管換相過壓保護(hù)，并聯(lián)RC阻容電路<

30、;/p><p>　　圖2-3 晶閘管換相過壓保護(hù)</p><p>　　由于載流子的集蓄效應(yīng)，當(dāng)晶閘管在反壓下載流子迅速消失恢復(fù)阻斷時(shí)，電路中感性成分會(huì)使得器件兩端出現(xiàn)換相過電壓。對(duì)于三相橋式整流電路，在中小功率的變流裝置中，由經(jīng)驗(yàn)一般選取C=0.5～1.0μF，R=10～40Ω</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中取C=1.0μF，R=40Ω</p><p

31、>　　2.6.2 晶閘管過電流保護(hù)，整流橋臂添加快速熔斷器</p><p>　　圖2-4整流橋臂串熔斷器過壓保護(hù)</p><p>　　熔體額定電流 ≥ 1.5 =1.5x200=300A,取350A</p><p>　　熔體額定電壓 ≤ = =307V，取300V</p><p>　　選型：RN1-1 / 350 -500

32、 ，為戶內(nèi)式。</p><p>　　額定電壓 1kV、額定電流350A 、斷開容量為500MVA。</p><p>　　2.6.3 整流裝置過電壓保護(hù)，交流側(cè)整流式阻容保護(hù)</p><p>　　圖2-5 整流式阻容過壓保護(hù)電路</p><p>　　三相整流式阻容保護(hù)電路，過壓時(shí)電壓充入C儲(chǔ)能，過壓過去后C通過R2放電耗能。 %--變壓器短

33、路比，對(duì)于10~560kVA的三相變壓器，取5~10，本設(shè)計(jì)取10</p><p>　　%--變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù)，對(duì)于10~560kVA的三相變壓器，取4~10，本設(shè)計(jì)取10</p><p>　　S --變壓器每相平均計(jì)算容量，取1/3=1/3x250=83kVA=83000VA</p><p>　　–變壓器次級(jí)相電壓有效值，取266V</p>&

34、lt;p>　　變壓器次級(jí)Y接時(shí)，C≥6%=6X10X =70.38μF，取75μF</p><p>　　電容耐壓≥1.5 =1.5x266=399V</p><p>　　R1≥3.3 =3.3xx =2.81Ω，R1取3Ω</p><p>　　X＜R2≤X，即45Ω～2.84kΩ，R2取2 kΩ</p><p>　　2.7 開卷電機(jī)的過

35、電流保護(hù)，串聯(lián)熔斷器</p><p>　　圖2-6 開卷電機(jī)串熔斷器過電流保護(hù)</p><p>　　考慮到躲過電機(jī)啟動(dòng)電流，對(duì)于頻繁啟動(dòng)的開卷機(jī)，按經(jīng)驗(yàn)公式?。?lt;/p><p>　　= （1.5～3.5） = (1.5～3.5)X400 = 600～1400A</p><p>　　本次設(shè)計(jì)取=1400A，選型：RN1-1 / 1400 -5

36、00。</p><p>　　2.8晶閘管冷卻風(fēng)機(jī)的選擇</p><p>　　由于大功率晶閘管工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如不及時(shí)散熱將會(huì)燒毀晶閘管，因此冷卻風(fēng)機(jī)的配備是必須的。由于冷卻風(fēng)機(jī)工作要求低，此次設(shè)計(jì)選取Y系列低壓三相異步電機(jī)，容量2kW，調(diào)速范圍750～3000 rpm，工作電壓380V，全封閉自扇冷。</p><p>　　圖2-7 晶閘管散熱冷卻風(fēng)機(jī)<

37、;/p><p>　　2.8.1斷路器QF的選擇</p><p>　　根據(jù)技術(shù)手冊(cè)，選擇一般型DW16，低壓斷路器（空氣開關(guān)）主要用在不頻繁操作的低壓配電線路中做電源開關(guān)使用，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過流、過載、短路、斷相、漏電等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，起到保護(hù)作用。</p><p>　　已知風(fēng)機(jī)容量2kW，工作電壓380V，求得風(fēng)機(jī)工作電流約為5A，由此取斷路器工作電壓 =380V，

38、=10A。</p><p>　　2.8.2接觸器KM的選擇</p><p>　　選擇3TF系列，工作電壓380V，工作電流9~400A，適用于控制交流電機(jī)。</p><p>　　2.8.3熱繼電器FR的選擇</p><p>　　由技術(shù)手冊(cè)，選擇3UA系列熱繼電器與3TF系列接觸器配套使用。</p><p>　　2.8.

39、4熔斷器器FU的選擇</p><p>　　選擇RCIA系列插入式熔斷器，工作電壓380V，工作電流200A內(nèi)。</p><p><b>　　2.9 勵(lì)磁回路</b></p><p>　　2.9.1 弱磁調(diào)速原理（弱磁升速）</p><p>　　在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法中，如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速的方法

40、，通過降低勵(lì)磁電流，以減弱磁通來提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速”。</p><p>　　在基速以下調(diào)壓調(diào)速時(shí)，保持磁通為額定值不變；在基速以上弱磁升速時(shí)，保持電壓為額定值不變。</p><p>　　弱磁升速時(shí)，由于轉(zhuǎn)速升高，使轉(zhuǎn)速反饋電壓也隨著升高Un，因此必須同時(shí)提高轉(zhuǎn)速給定電壓Un*，否則轉(zhuǎn)速不能上升。&l

41、t;/p><p>　　2.9.2 獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖2-8 獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　RP2 —— 給定電位器 AFR—— 勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　VFC—— 勵(lì)磁電流可控整流裝置</p><p><b>　　工作原理：</

42、b></p><p>　　在基速以下調(diào)壓調(diào)速時(shí)， RP2不變保持磁通為額定值，用RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時(shí)，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用。 在基速以上弱磁升速時(shí)， 通過RP2減少勵(lì)磁電流給定電壓，從而減少勵(lì)磁磁通，以提高轉(zhuǎn)速；為保持電樞電壓為額定值不變，同時(shí)需要調(diào)節(jié)RP1 ，以提高電壓。</p><p>　　2.9.3 勵(lì)磁電流可控整流裝置</p><p&g

43、t;<b>　　1.可控整流結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2-10 勵(lì)磁回路可控整流結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用單相橋式全控整流電路給勵(lì)磁回路供電，Ud=0.9 。</p><p>　　2.可控整流結(jié)構(gòu)觸發(fā)電路</p><p>　　晶閘管可控觸發(fā)裝置采用TC787，后面有詳細(xì)介紹，此處不再贅述。</p>

44、<p>　　2.10 交流電流互感器TA</p><p>　　圖2-13 交流互感器TA原理圖</p><p>　　交流電流互感器常用來檢測(cè)三相交流電流幅值，電流互感器是電流源，二次電流按匝數(shù)比輸出。交流電流互感器常接在整流裝置交流進(jìn)線側(cè)，通過測(cè)量進(jìn)線電流來獲得整流后直流的信號(hào)，計(jì)算值為</p><p>　　U =（N1/N2）RP·Id&l

45、t;/p><p>　　N1/N2 — 互感器一、二次繞組匝數(shù)</p><p>　　RP — 檢測(cè)整流橋的負(fù)載電阻</p><p>　　公式中無整流系數(shù)，因?yàn)橹髡鳂蚝蜋z測(cè)整流橋系數(shù)相互抵消。</p><p>　　2.11 測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　圖2-14 測(cè)速發(fā)電機(jī)原理圖</p><p&g

46、t;　　將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)與待測(cè)電動(dòng)機(jī)同軸相連，則發(fā)電機(jī)輸出的是與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的直流電壓，其極性反映轉(zhuǎn)向，用取樣電阻RP即可取得轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)Un。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選取型號(hào)ZYST-A系列測(cè)速發(fā)電機(jī)系永磁式直流發(fā)電機(jī)，，用以測(cè)量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，亦可作速度訊號(hào)的傳送器。本系列測(cè)速發(fā)電機(jī)在負(fù)載電阻為恒定值的情況下，其輸出電壓是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù)，正反方向的輸出特性是對(duì)稱的；安裝方式為機(jī)座底腳式、端蓋凸緣式、機(jī)

47、殼外圓式三種；具有線性誤差小，運(yùn)行安全可靠，體積小，重量輕、噪音低、振動(dòng)小、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。</p><p><b>　　2.12 給定電路</b></p><p>　　圖2-15 給定電路原理圖</p><p>　　由電位器RP1、RP2可調(diào)節(jié)給定Un*輸入的幅值：-12V~+12V，通過選擇開關(guān)S1、S2可以選擇給定值得正負(fù)以及實(shí)現(xiàn)階躍

48、輸入。</p><p>　　2.13 低壓直流源設(shè)計(jì)（24V）</p><p>　　電路中給定環(huán)節(jié)等需要穩(wěn)定的低壓直流電路供電，電壓為±24V，設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　圖2-16 低壓直流源電路原理圖</p><p>　　7815、7915為穩(wěn)壓芯片，1口進(jìn)、2口出、3口接地。</p><p>　　C

49、1~C7為濾波電容。</p><p>　　2.14 斷路器（空氣開關(guān)）的選擇</p><p>　　1.開卷電機(jī)額定電流400A，于是選型：DW17-500，留有裕量，主電路斷路器額定電流500A。</p><p>　　2.風(fēng)機(jī)額定電流5A，于是選型：DW17-10，留有裕量，風(fēng)機(jī)電路斷路器額定電流10A。</p><p>　　第三章 雙閉環(huán)

50、調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 典型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)</p><p>　　TA—電流互感器 UPE—電力電子變換器</p><p>　　3.2 典型轉(zhuǎn)

51、速、直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　先不考慮無環(huán)流，只設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”。 從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><

52、;p>　　3.2.1 ACR(電流環(huán)調(diào)節(jié)器)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬?、總體設(shè)計(jì)步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　?。ǘ㈦娏鳝h(huán)（ACR）的等效化簡過程：</p><p>　　1. 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響 在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)

53、勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即?E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如下圖所示：</p><p>　　圖3-3 忽略反電勢(shì)后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成Ui*，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如下圖：</p><p>　　圖3-4 等效為單位負(fù)反饋后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p>

54、<p>　　3.小慣性環(huán)節(jié)近似處理 最后，由于Ts 和 Toi 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi</p><p>　　圖3-5 電流環(huán)最終簡化框圖</p><p>　　4.ACR校正成典型I型后框圖</p><p>　　

55、圖3-6 ACR校正為I型后框圖</p><p>　?。ㄈ?、參數(shù)設(shè)計(jì)過程：</p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts，三相橋式電路取平均失控時(shí)間，即Ts=0.0017s</p><p>　　電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi</p><p>　　三相橋

56、式電路每個(gè)波頭時(shí)間為3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1～2）Toi=3.3ms，取Toi=2ms=0.002s</p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i=Ts+Toi=0.0037s</p><p><b>　　選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　突出跟隨性，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，又電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性的，為保證

57、穩(wěn)態(tài)電流無靜差，因而采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) τi — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　τi=Tl ， KI=</p><p><b>　　計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　按照西門子“

58、最佳整定”構(gòu)造“二階最佳系統(tǒng)”，同時(shí)參照設(shè)計(jì)要求</p><p>　　電流環(huán)超調(diào)量： σi≤5%</p><p>　　(1)查表可知，取KI·T∑i =0.5</p><p>　　(2)三相橋式整流電路總電感量L=0.693 = 0.693 =4.59 mH</p><p>　　電樞回路總電阻R，取R=Ra+Rad=0.4+0

59、.4x0.1=0.44 Ω</p><p>　　電磁時(shí)間常數(shù)Tl， Tl= = =0.014s</p><p>　　(3)晶閘管裝置放大系數(shù)Ks，取Ks=40</p><p>　　(4)電流反饋系數(shù)β，取=10V,則β= = =0.017V/A</p><p>　　(5)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：τi=Tl=0.03s</p>

60、;<p>　　(6)電流環(huán)開環(huán)增益：</p><p>　　KI = = = 135.1</p><p>　　(7)ACR的比例系數(shù)：</p><p>　　Ki = = = 1.224</p><p>　　(8)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm</p><p>　　機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm= </p>&l

61、t;p>　　Ce = = =0.56 V·min/r</p><p>　　Cm = Ce =5.35 V·min/r</p><p>　　=500，R=0.44Ω</p><p>　　Tm= = = 0.196s</p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件</b></p>&

62、lt;p>　　電流環(huán)截止頻率：ωci=KI=135.1 </p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p>　　= =196.1>ωci，滿足條件</p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：</p><p>　　3 =3 =57.27<ωci,滿足條件</p><

63、;p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p>　　= =180.8>ωci，滿足條件</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器（ACR）的具體實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖3-7 含給定濾波與反饋濾波的PI型ACR調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　取R0=40kΩ</b></p><

64、;p>　　Ri=Ki·R0=1.224x40=48.96 kΩ，取50 kΩ</p><p>　　Ci = = = 0.28μF，取0.3μF</p><p>　　Coi = = = 0.2μF，取0.2μF</p><p>　　按照以上參數(shù)設(shè)計(jì)，電流環(huán)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為σi=4.3%<5%，滿足條件。</p><p

65、><b>　　電流環(huán)上升時(shí)間</b></p><p>　　ACR校正成典型I型系統(tǒng)，查表知=4.7=4.7x3.7=17.39 ms<40ms,滿足條件</p><p>　　3.2.2 ASR(轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬⒖傮w設(shè)計(jì)步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參

66、數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　?。ǘ?、轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）的化簡過程：</p><p>　　1.電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)：</p><p>　　2.忽略高次項(xiàng)，電流環(huán)等效傳遞函數(shù)：</p><p>　　3.接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為Ui*(s)，電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)為&

67、lt;/p><p>　　這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)，這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。</p><p>　　圖3-8 轉(zhuǎn)速環(huán)等效后框圖</p><p>　　4.系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反

68、饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成Un*(s)?，再把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p>　　TΣn = + Ton</p><p>　　圖3-9 系統(tǒng)小慣性處理后框圖</p><p>　　5.ASR校正成典型II型系統(tǒng)后框圖</p><p>　　圖3-1

69、0 ASR校正成典型II型框圖</p><p>　　、具體參數(shù)設(shè)計(jì)過程：</p><p><b>　　1.確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，取KI·T∑i =0.5， =2T∑i=2X0.0037=0.0074s</p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.01s</p&

70、gt;<p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑n = + Ton=0.0074+0.01=0.0174s</p><p>　　2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) </p><p>　　由設(shè)計(jì)要求，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤10%</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作

71、用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求，采用PI調(diào)節(jié)器，其傳函為：</p><p>　　式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) τn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　3.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><

72、p>　　（1）按跟隨性和抗擾性都較好的原則，取中頻寬h=5</p><p>　　（2）則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　τn=hT∑n=5x0.0174=0.087s</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α，取=10V</p><p>　　α= = =0.02 V/A</p><p>　?。?）

73、轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：</p><p>　　= = = 396.4</p><p>　?。?）ASR比例系數(shù)為：</p><p>　　Kn = = =7.31</p><p><b>　　4.校驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：ωcn= KN·τn =34.5 &

74、lt;/p><p>　　（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：</p><p>　　= = 63.7>ωcn，滿足條件</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p>　　= =38.7>ωcn，滿足條件</p><p>　　5.轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）的具體實(shí)現(xiàn)</p>&

75、lt;p>　　圖3-11 含給定濾波與反饋濾波的PI型ASR調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　取R0=40kΩ</b></p><p>　　Rn=Kn·R0=7.31x40=292.4 kΩ，取300 kΩ</p><p>　　Cn = = = 0.29μF,取0.3μF</p><p>　　Co

76、n = = = 1μF，取1μF</p><p><b>　　6.退飽和超調(diào)量</b></p><p>　　查表可知，取h=5時(shí)， = 81.2% </p><p>　　電機(jī)過載倍數(shù)：λ=1.5</p><p>　　負(fù)載系數(shù)：z=/，空載時(shí)z=0</p><p>　　電樞回路總電阻： R=0.

77、44Ω</p><p>　　額定電流：=400A</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：=500 r/min</p><p>　　電樞電阻：Ra=0.4Ω</p><p>　　機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm,取Tm= =0.196s</p><p>　　基準(zhǔn)值 n*==500 r/min</p><p>　　電動(dòng)勢(shì)

78、系數(shù) Ce = = =0.56V·min/r</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 △= = =314 r/min</p><p>　　σn = 2（）（λ-z） </p><p>　　= 2 x 81.2% x(1.5-0)x x </p><p>　　= 13.52% ＞ 10%，不滿足滿足設(shè)計(jì)要求

79、</p><p>　　為減小退飽和超調(diào)，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，用以抑制超調(diào)，獲得更好的動(dòng)態(tài)性能。帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理如下：</p><p>　　圖3-12 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　和普通的相比，在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)并聯(lián)了微分電容（用以對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行微分）和濾波電阻（用以濾去微分后帶來的高頻噪聲），即在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基

80、礎(chǔ)上再疊加一個(gè)帶濾波的轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號(hào)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速微分反饋一起與給定Un*相抵，將比普通雙環(huán)系統(tǒng)更早達(dá)到平衡，開始退飽和，起到抑制超調(diào)的作用。</p><p>　　設(shè) 為微分反饋之路電流，拉氏變換得：</p><p>　　虛地點(diǎn)A的電流平衡方程為：</p><p><b>　　整理后可得：</b></p><p>

81、;　　---- 轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù)， =R0 </p><p>　　---- 轉(zhuǎn)速為微分濾波時(shí)間常數(shù)， =</p><p>　　實(shí)際設(shè)計(jì)中常選定 == = 0.01s。</p><p>　　無超調(diào)時(shí)， |σ=0 ≥ = x0.0174s = 0.0638</p><p>　　= /R0 =0.0638/40 =1.595 pF，取2

82、.0pF</p><p>　　= / =0.01/2.0 =0.005kΩ= 5Ω，取5Ω</p><p>　　此時(shí)退飽和超調(diào)接近0<<10%，滿足滿足設(shè)計(jì)要求</p><p>　　7.轉(zhuǎn)速環(huán)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)間 </p><p>　　查表知，典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)有：</p><p>　

83、　h=5時(shí)， =2.85=2.85x0.0174=0.04959s=50ms<100ms,滿足設(shè)計(jì)要求</p><p>　　第四章 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　4.1 典型邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖4-1 典型邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)框圖</p><p>　　主電路采用兩組晶閘管裝置

84、反并聯(lián)線路，1ACR用來控制正組晶閘管觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR，1ACR給定信號(hào)Ui*經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào)Ui*，為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)指揮正反組自動(dòng)切換。信號(hào) 控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖和開放， 控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖和開放，任何情況下，兩信號(hào)相反，僅有一組晶閘管工作。</p><p>　　4.2 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC<

85、/p><p>　　1. 系統(tǒng)對(duì)無環(huán)流邏輯控制器的要求</p><p>　　(1)由電流給定信號(hào)Ui*的極性（反映轉(zhuǎn)矩極性）和零電流檢測(cè)信號(hào)Uio（過零換組）共同發(fā)出邏輯切換指令。當(dāng)Ui*改變極性，且零電流檢測(cè)器發(fā)出“零電流”信號(hào)時(shí)，允許封鎖原工作組，開放另一組。</p><p>　　(2)發(fā)出切換指令后，須經(jīng)過封鎖延時(shí)時(shí)間才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時(shí)，才能開放另

86、一組脈沖。</p><p>　　(3)無論在何種情況下，兩組晶閘管絕對(duì)不允許同時(shí)加觸發(fā)脈沖，當(dāng)一組工作時(shí)，另一組的觸發(fā)脈沖必須被封鎖住。</p><p>　　2. 無環(huán)流邏輯控制器的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖4-2 環(huán)流邏輯控制器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　DLC由電平檢測(cè)、邏輯判斷、延時(shí)電路和聯(lián)鎖保護(hù)四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。</p>

87、<p>　　輸入為電流給定(轉(zhuǎn)矩極性)信號(hào)Ui* 和零電流檢測(cè)信號(hào)Uio，輸出是正組和反組脈沖的控制信號(hào)Ublf和Ublr。</p><p><b>　?。?）電平檢測(cè)器</b></p><p>　　電平檢測(cè)器的任務(wù)是將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成“1”或“0”兩種狀態(tài)的數(shù)字量，實(shí)際上是一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它由帶正反饋的運(yùn)算放大器組成，具有滿足一定要求的

88、繼電特性。</p><p>　　圖3-3 電平變換電路</p><p>　　無環(huán)流邏輯控制器中應(yīng)設(shè)立“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”和“零電流檢測(cè)”兩個(gè)電平檢測(cè)器，分別將電流給定的極性和電流“是零”或“非零”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的“1”或“0”數(shù)字量，供邏輯判斷使用。</p><p>　　(i)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器</p><p>　　其輸入信號(hào)為速度調(diào)節(jié)器的輸出Ui*，它

89、是左右對(duì)稱的；其輸出為轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)，為給出“1”和“0”的數(shù)字量，輸出應(yīng)是上下不對(duì)稱的，“1”態(tài)表示正向轉(zhuǎn)矩，用正向飽和值+10V表示，“0”態(tài)表示負(fù)向轉(zhuǎn)矩，用負(fù)飽和值一0．6V表示。</p><p>　　圖4-4 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器</p><p>　　圖3-5 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入／輸出特性</p><p>　　(ii)零電流檢測(cè)器</p><

90、p>　　其輸入信號(hào)是電流互感器輸出的零電流信號(hào)Uio，主電路有電流時(shí)約為+0．6V，零電流檢測(cè)器輸出為“0”；主電路電流接近零時(shí)，． 下降到+0．2V左右，輸出為“1”?！?”態(tài)仍用正向飽和值+10V表示， “0”態(tài)用負(fù)向飽和值一0．6V表示。兩個(gè)電平檢測(cè)器輸出飽和值+10V和一0．6V可通過設(shè)置正、負(fù)限幅電路得到</p><p>　　圖4-6 零電流檢測(cè)器</p><p>　　圖

91、4-7 零電流檢測(cè)器的輸入／輸出特性</p><p>　　零電流檢測(cè)器特性回環(huán)偏在縱軸的右側(cè)，可在輸入端增設(shè)偏移電路RT1來實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　(2)邏輯判斷電路</b></p><p>　　邏輯判斷的任務(wù)是根據(jù)兩個(gè)電平檢測(cè)器的輸出信號(hào)，正確地發(fā)出切換信號(hào)，輸出均有“l(fā)”和“0”兩種狀態(tài)，究竟用“1”態(tài)還是“0”態(tài)表示封鎖觸發(fā)

92、脈沖，取決于觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)假定該輸出信號(hào)為“1”態(tài)時(shí)開放脈沖，“0”態(tài)時(shí)封鎖脈沖，歸納各種情況下邏輯判斷電路的輸入輸出狀態(tài)，用與非門實(shí)現(xiàn)，其邏輯代數(shù)式為：</p><p><b>　　原理圖如下所示：</b></p><p>　　圖4-8 邏輯判斷電路結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　?。?）延時(shí)電路</b><

93、/p><p>　　在邏輯判斷電路發(fā)出切換指令之后，必須經(jīng)過封鎖延時(shí)和開放延時(shí)，才能執(zhí)行切換指令，因此，無環(huán)流邏輯控制器中必須設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路。</p><p>　　在與非門的輸人端加接二極管和電容，就可使與非門的輸出由“1”態(tài)變到“0”態(tài)時(shí)獲得延時(shí)。因?yàn)檫@時(shí)當(dāng)輸入由“0”變到“1”時(shí)，必須先使電容充電，待電容端電壓充到開門電平時(shí)，輸出才由“l(fā)”變“0”，電容充電到開門電平的時(shí)間則為延時(shí)的時(shí)間

94、，阻容電路的充電時(shí)間可通過電容調(diào)整。</p><p><b>　?。?）聯(lián)鎖保護(hù)電路</b></p><p>　　在正常工作時(shí)，邏輯判斷與延時(shí)電路的兩個(gè)輸出和總是一個(gè)為“1”態(tài)另一個(gè)為“0”態(tài)。一旦出現(xiàn)故障，兩個(gè)輸出和如果同時(shí)為“1”態(tài)，將造成兩組晶閘管同時(shí)開放而導(dǎo)致電源短路。為了避免出現(xiàn)這種事故，在無環(huán)流邏輯控制器的最后部分設(shè)置了多“l(fā)”保護(hù)電路。</p>

95、;<p>　　其原理如下：正常工作時(shí)，信號(hào)總是一個(gè)為“1”另一個(gè)為“0”，這時(shí)聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)的與非門輸出A點(diǎn)電位始終為“l(fā)”態(tài)，則實(shí)際的脈沖控制信號(hào)直接加到后面電路，總能封鎖一組脈沖。當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)同時(shí)為“1”的故障時(shí)，聯(lián)鎖保護(hù)環(huán)節(jié)中的與非門輸出A點(diǎn)電位立即變?yōu)椤?”態(tài)，將輸出信號(hào)都拉到“0”，使兩組脈沖同時(shí)封鎖，這樣就避免了兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)而造成短路事故。</p><p>　?。?） DLC邏

96、輯電路的硬件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　由于工業(yè)現(xiàn)場的干擾十分嚴(yán)重，為此，采用抗干擾能力強(qiáng)的HTL與非門。HTL與非門是專門為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計(jì)的，具有延遲時(shí)間長、噪聲容限大、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但其功耗也很大。本次設(shè)計(jì)選用陶瓷封裝H004 HTL與非門作為邏輯元件。</p><p>　　4.3 晶閘管集成觸發(fā)器</p><p>　　采用西門子高性能晶閘管三相移相觸發(fā)集成電

97、路TC787。</p><p>　　TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照國外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路，是KJ系列的升級(jí)換代產(chǎn)品。它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和變流裝置。</p><p>　　1．TC787外部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4-9 TC787的引

98、腳排列圖</p><p>　　(1)同步電壓輸入端：</p><p>　　引腳1(Vc)、引腳2(Vb)及引腳18(Va)分別為三相同步輸入電壓連接端，應(yīng)用中分別接經(jīng)輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰值應(yīng)不超過TC787的工作電源電壓VDD。</p><p><b>　　(2)脈沖輸出端：</b></p><p>　　脈

99、沖分配及驅(qū)動(dòng)電路是由6 腳控制脈沖分配的輸出方式。</p><p>　　6 腳接低電平VL，輸出為半控方式，12、11、10、9、8、7 分別輸出A、-C、B、-A、C、-B 的單觸發(fā)脈沖。</p><p>　　6 腳接高電平VH，輸出為全控方式，分別輸出A、-C；-C、B；B、-A；-A、C；C、-B；-B、A 的雙觸發(fā)脈沖。</p><p><b>　

100、　(3)控制端</b></p><p>　?、僖_5(Pi)為輸出脈沖禁止端。高電平有效，封鎖TC787的輸出。 </p><p>　?、谝_14(Cb)、引腳15(Cc)、引腳16(Ca)分別為對(duì)應(yīng)三相同步電壓的鋸齒波電容連接端。該端連接的電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值，應(yīng)用中分別通過一個(gè)相同容量的電容接地。</p><p>　?、垡_6(Pc

101、)為TC787工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787輸出雙脈沖；而當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單脈沖。</p><p>　?、芤_4(Vr)為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787輸出脈沖的移相范圍，應(yīng)用中接給定環(huán)節(jié)輸出，其電壓幅值最大為TC787的工作電源電壓VDD。</p><p>　?、菀_13(Cx)調(diào)制脈沖寬度?？赏ㄟ^改變Cx 電容的值來確定，需要寬則增大C

102、x，窄則減小Cx。1000pF 電容約產(chǎn)生100μS的脈沖寬度。</p><p><b>　　(4)電源端：</b></p><p>　　TC787可單電源工作，亦可雙電源工作。</p><p>　　單電源工作時(shí)引腳3(VSS)接地，而引腳17(VDD)允許施加的電壓為8~18V。</p><p>　　雙電源工作時(shí)，引腳

103、3(VSS)接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為-4~-9V，引腳17(VDD)接正電源，允許施加的電壓為+4~+9V。</p><p>　　2. TC787內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4-10 TC787內(nèi)部邏輯框圖</p><p><b>　?。?）電路組成：</b></p><p>　　由三路相同的部分：同步過零

104、和極性檢測(cè)、鋸齒波形成、鋸齒波比較，經(jīng)過抗干擾鎖定、脈沖形成等電路形成三相觸發(fā)調(diào)制脈沖或方波，由脈沖分配電路實(shí)現(xiàn)全控、半控的工作方式，再由驅(qū)動(dòng)電路完成輸出驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　?。?）電路原理：</b></p><p>　　三相同步電壓經(jīng)過T 型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入電路，同步電壓的零點(diǎn)設(shè)計(jì)為1/2 電源電壓（電</p><p>　　路輸入端同步

105、電壓峰峰值不宜大于電源電壓），通過過零檢測(cè)和極性判別電路檢測(cè)出零點(diǎn)和極性后，在Ca、Cb、Cc 三個(gè)電容上積分形成鋸齒波。由于采用集中式恒流源，相對(duì)誤差極小，鋸齒波有良好的線性。電容的選取應(yīng)相對(duì)誤差小，產(chǎn)生鋸齒波幅度大且不平頂為宜。鋸齒波在比較器中與移相電壓比較取得交相點(diǎn)，移相電壓由4 腳通過電位器或外電路調(diào)節(jié)而取得?？垢蓴_電路具有鎖定功能，在交相點(diǎn)以后鋸齒波或移相電壓的波動(dòng)將不能影響輸出，保證交相唯一并且穩(wěn)定。</p>

106、<p>　　3．主要電參數(shù)和限制</p><p>　　(1)工作電源電壓VDD：8~18V； (2)輸入同步電壓有效值：≤(1/2√2)VDD；</p><p>　　(3)輸入控制信號(hào)電壓范圍：0~VDD； (4)輸出脈沖電流最大值：20mA；</p><p>　　(5)鋸齒波電容取值范圍：0.1~0.15； (6)脈寬電容取值范圍：3300

107、pF~0.01μF；</p><p>　　(7)移相范圍：0~177°； (8)工作溫度范圍：0~+55℃。</p><p><b>　　4．典型應(yīng)用接線圖</b></p><p>　　TC787單電源工作時(shí)的典型接線如下圖所示，圖中電容C1～C3為隔直耦合電容，而C4～C6為濾波電容，它與R1～R3構(gòu)成濾去同步

108、電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)RP1～RP3三個(gè)電位器可實(shí)現(xiàn)移相。</p><p>　　圖4-11 同步電平移位網(wǎng)絡(luò)的單電源使用圖示</p><p><b>　　5．脈沖隔離環(huán)節(jié)</b></p><p>　　通常TC787產(chǎn)生的雙窄脈沖不能直接使用，需要先經(jīng)過脈沖隔離環(huán)節(jié)送入晶閘管控制端。</p><p>　　圖4-12 脈沖隔

109、離電路</p><p>　　第五章 開卷機(jī)張力控制</p><p>　　5.1開卷機(jī)張力控制系統(tǒng)</p><p>　　在各種金屬加工、造紙、塑料、印染等連續(xù)加工生產(chǎn)線中，通常由卷取機(jī)、開卷機(jī)及兩者間的一系列工藝設(shè)備如機(jī)架、張力輥等組成。各部分由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)分布傳動(dòng)，全線被帶材連為一體，形成一定的張力，進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。對(duì)卷取機(jī)、開卷機(jī)、張力輥等的電氣傳動(dòng)需要采用張力調(diào)節(jié)

110、系統(tǒng)。目前普遍采用間接張力控制法。</p><p>　　由F= ,可控制開卷機(jī)功率與加工線的基準(zhǔn)速度成恒定比例，即可維持張力恒定。</p><p>　　恒功率調(diào)節(jié)張力控制方案如下圖所示：</p><p>　　圖5-1 恒功率調(diào)節(jié)張力控制方案</p><p>　　ASR-速度調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器</p><p>

111、;　　APR-功率調(diào)節(jié)器 AM-乘法器</p><p>　　在電流調(diào)節(jié)器ACR前引入功率調(diào)節(jié)器APR，功率反饋信號(hào)用電壓電流乘積得到，功率給定（即張力給定）信號(hào)由線速度檢測(cè)經(jīng)過張力給定電位器送到速度調(diào)節(jié)器ASR中。</p><p>　　當(dāng)開卷機(jī)工作于換卷或引帶時(shí)，系統(tǒng)外環(huán)即速度調(diào)節(jié)器投入工作，這是一個(gè)速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)帶材咬入后，產(chǎn)生張力，使A

112、SR的反饋小于給定值，處于飽和狀態(tài)，其限幅值就是功率（張力）給定值，系統(tǒng)作為一個(gè)恒功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)而工作，維持張力恒定。系統(tǒng)隨線速度或卷徑變化調(diào)節(jié)電樞電壓。</p><p><b>　　第六章 輔助電路</b></p><p>　　6.1 輔助電路結(jié)構(gòu)以及作用</p><p>　　6-1 輔助電路成分</p><p>　　

113、輔助電路主要包含晶閘管散熱風(fēng)機(jī)、潤滑機(jī)構(gòu)以及抱閘停車電機(jī)。</p><p><b>　　第七章 操作電路</b></p><p>　　7.1 操作電路結(jié)構(gòu)以及作用</p><p>　　7-1 操作電路梯形圖</p><p>　　限制僅當(dāng)風(fēng)機(jī)和潤滑機(jī)啟動(dòng)后主電機(jī)方能啟動(dòng)，同時(shí)采用速度繼電器使得在抱閘制動(dòng)結(jié)束時(shí)抱閘電機(jī)能自

114、動(dòng)停車。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這兩星期邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，有了基于本學(xué)期所學(xué)課程《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》的一次學(xué)以致用的深入拓展。</p><p>　　實(shí)踐過程中自主查表，小組合作，共同探討方案，選擇器件，檢驗(yàn)正誤，系統(tǒng)地把所學(xué)習(xí)過的課程《電力電子技術(shù)》、《PLC

115、電氣控制技術(shù)》、《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》等進(jìn)行了融會(huì)貫通，知識(shí)的交錯(cuò)運(yùn)用以實(shí)現(xiàn)實(shí)際功用。</p><p>　　同時(shí)也是第一次系統(tǒng)的查閱技術(shù)手冊(cè)，如《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)》；第一次畫完整的A2電氣大圖，從布局到各器件工作原理都要有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。加強(qiáng)了系統(tǒng)綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，同時(shí)很多知識(shí)也得以深化理解，逐步培養(yǎng)了基本的科學(xué)設(shè)計(jì)素養(yǎng)，為以后的科學(xué)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。</p><p>

116、;　　同時(shí)要感謝老師的詳細(xì)指導(dǎo)以及同學(xué)的交流合作，在大家的共同努力下才得以完整實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)。認(rèn)真地完整這次課設(shè)使我對(duì)工業(yè)電氣的工作過程以及器件的選擇和保護(hù)等等實(shí)用問題都有了深刻體會(huì)，為以后的實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　總之，這是一次受益匪淺的課程設(shè)計(jì)，學(xué)以致用才能真正體會(huì)到知識(shí)的實(shí)際價(jià)值以及享受到探索解惑的樂趣。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b

117、></p><p>　　1 陳伯時(shí) 主編 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》第3版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2003.7</p><p>　　2 漆漢宏 主編 《PLC電氣控制技術(shù)》 第1版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006.12</p><p>　　3 黃俊、王兆安 主編 《電力電子技術(shù)》第4版 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000</p>&