【優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)】龍門刨床的可控硅調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)

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1、龍門刨床的可控硅調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 摘 要 調(diào)壓調(diào)速是現(xiàn)代飛速發(fā)展的電力電子技術(shù)和控制理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其思想是改變直流電動機(jī)的電樞電流來進(jìn)行調(diào)速，以能達(dá)到直流電機(jī)的控制效果。 本文根據(jù)調(diào)壓調(diào)速和自動控制的理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出了一套，適用于龍門刨的調(diào)速系統(tǒng)。之中對調(diào)速系統(tǒng)的控制電路，邏輯環(huán)節(jié)都作了比較詳細(xì)的介紹，同時也提供了調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能的分析，最后還給出了基本的系統(tǒng)調(diào)試方法。 關(guān)鍵字： 調(diào)壓調(diào)速 直流電動機(jī) 龍門刨床 靜態(tài)特性 動態(tài)性能 Abstract Is it transfer speed modern electric and e

2、lectronic technology of development at full speed and control theoretical foundation develop to keep to transfer. Its thought is that armature electric current which changes the direct current motor adjusts the speed , by reaching the control result of the direct current machine. This text foundati

3、on suits well and presses and transfers the speed and automatically controlled theoretical foundation, design one, it is systematic to be suitable for the speed of adjusting planed in Longmen. In exchange jobs speed systematic control circuit ,that link make comparisons detailed introduction of , is

4、 it transfer speed systematic quiet , dynamic analysis of performance to offer too at the same time , provide basic system debug the method also finally. Key word: Adjust and press the speed of adjusting Direct current motor Longmen planing Static characteristic Dynamic performance

5、 目 錄 一、 緒論 1．1 電氣傳動技術(shù)的發(fā)展………………………………………………………1 1．2 可控硅—電動機(jī)系統(tǒng)………………………………………………………1 1．3 本課題研究的目的和主要內(nèi)容……………………………………………2 1．4 本設(shè)計(jì)的基本要求…………………………………………………………2 二、 龍門刨床調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 2．1 總述…………………………………………………………………………3 2．2 龍門刨床的工藝特點(diǎn)及其對自動控制系統(tǒng)的要求………………………3 2．3 龍門刨的動力源選擇…………………………………………

6、……………5 2．4 選擇調(diào)壓調(diào)速的原因………………………………………………………5 2．5 主拖動電動機(jī)供電方式的選擇……………………………………………7 2．6 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇原因………………………………………………7 2．7 觸發(fā)電路的選擇……………………………………………………………8 2．8 調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的主回路選擇…………………………………………9 2．9 可控硅—電動機(jī)直流調(diào)速的介紹…………………………………………10 三、 調(diào)速系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 3．1 主回路的電氣原理圖………………………………………………………12 3．2 主電路的過電壓和過電流保

7、護(hù)……………………………………………12 3．3 主電路的參數(shù)計(jì)算…………………………………………………………13 四、 調(diào)速系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) 4．1 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)……………………………………………………………17 4．2 邏輯裝置的組成與分析……………………………………………………20 五、 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)計(jì)算 5．1 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖…………………………………………………………30 5．2 系統(tǒng)的靜特性………………………………………………………………32 六、 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)計(jì)算 6．1 電流環(huán)中電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)………………………………………………33 6．2 速度

8、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)…………………………………………………………35 七、系統(tǒng)的調(diào)試 7．1 系統(tǒng)的安裝與檢查 …………………………………………………………38 7．2 系統(tǒng)的調(diào)試 …………………………………………………………………38 7．3 小結(jié) …………………………………………………………………………42 八、總結(jié)……………………………………………………………………………43 九、主要元器件的明細(xì)表…………………………………………………………44 十、參考資料………………………………………………………………………45 十一、致謝……………………………………………………………………

9、……46 1. 緒論 1．1電氣傳動技術(shù)的發(fā)展 電氣傳動技術(shù)以電動機(jī)為控制對象，以微電子裝置為控制核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成電氣傳動控制系統(tǒng)，以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速或位置的目的。 按照電動機(jī)的種類不同，電力拖動分為直流拖動和交流拖動兩類。采用直流電動機(jī)拖動稱為直流拖動，采用交流電動機(jī)拖動的稱為交流拖動。交流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠、單機(jī)容量大等優(yōu)點(diǎn)，但直流電動機(jī)則具有較好的起動性能和調(diào)速性能，因此，直流拖動在對起動、制動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等有較高要求的場合應(yīng)用都很廣泛。盡管直流電動機(jī)也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維修方便、安

10、裝受到一定的限制等缺點(diǎn)，但隨著現(xiàn)代調(diào)速控制理論和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流拖動在現(xiàn)在的電氣自動化中也占據(jù)了很重要的地位。 1．2可控硅—電動機(jī)系統(tǒng) 1．2．1系統(tǒng)的組成 以可控硅整流裝置作可調(diào)電源的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)叫做可控硅—電動機(jī)系統(tǒng)，簡稱KZ—D系統(tǒng)。 系統(tǒng)由可控硅整流裝置、濾波電抗器和直流電動機(jī)組成。可控硅裝置又由可控硅整流電路、觸發(fā)電路及移相控制單元組成。 1．2．2系統(tǒng)的評價 目前，可控硅調(diào)壓調(diào)速已經(jīng)成為了直流電動機(jī)最主要的調(diào)速方式，而且隨著新的控制理論和電力電子技術(shù)的等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，在很多領(lǐng)域都還得到了廣泛的應(yīng)用。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑，可獲得無級調(diào)速

11、；設(shè)備的體積、重量小，投資少；運(yùn)行時噪聲小、能耗小、效率高；控制方便；容易安裝及維護(hù)； 缺點(diǎn)：主要表現(xiàn)在： （1）、目前可控硅的制造容量不大； （2）、采用可控硅整流裝置也會帶來一些不利：如電動機(jī)損耗增加，低速時功率因數(shù)低，可能會產(chǎn)生所謂的“電力公害”等。 但是，從整體上來講，無論在經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能上，KZ—D系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機(jī)—電動機(jī)系統(tǒng)，至于可控硅整流裝置的缺點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，已不斷采取新的措施去克服，因此，KZ—D系統(tǒng)將在實(shí)際生產(chǎn)中越來越被廣泛地采用。 1．3本課題研究的目的和主要內(nèi)容 龍門刨床是一種要求調(diào)速范圍很廣的設(shè)備，但如何有效、經(jīng)濟(jì)的控制其速度的調(diào)整，就

12、成為了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要達(dá)到的目的。因此本設(shè)計(jì)課題主要涉及的是研究如何正確合理地選擇普通電壓電器來控制龍門刨床電機(jī)的準(zhǔn)確運(yùn)行。同時也要熟悉和掌握龍門刨床的工藝特點(diǎn)及其對自動控制系統(tǒng)的要求，主拖動電機(jī)的容量的選擇，主供電方式的選擇，確定控制系統(tǒng)的組成與工作原理，進(jìn)行主回路的設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特性進(jìn)行正確計(jì)算。 1．4本設(shè)計(jì)的基本要求： 1、 可遞性：電機(jī)正轉(zhuǎn)時進(jìn)行切削，反轉(zhuǎn)時空載返回。 2、 調(diào)速范圍：高速90m/min，低速4.5m/min。 3、 靜差度：S≤0.1 4、 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：采用調(diào)壓調(diào)速。 5、 起動、制動過程要快。 6、 實(shí)行聯(lián)鎖保護(hù)。 2.龍門刨

13、床調(diào)速系統(tǒng)的方案選擇 2．1總述 龍門刨是機(jī)械制造業(yè)中的主要工作機(jī)床。常用它來加工大型機(jī)械零件，如導(dǎo)軌、立柱、箱體和機(jī)床的床身等部件。龍門刨的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。 工作臺1放在床身2上，工作臺由直流電動機(jī)拖動可在床身上作往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)工作臺帶動工件運(yùn)動時，刨刀8對工件進(jìn)行刨削加工。刨刀裝在垂直刀架4或側(cè)刀架3上。側(cè)刀架可上下移動并橫向進(jìn)給，它又分為左側(cè)刀架和右側(cè)刀架。垂直刀架裝在橫梁5上，它可作橫向移動和垂直進(jìn)給，它又分為左垂直刀架與右垂直刀架。橫梁可沿著立柱6作上下移動。7為龍門頂。 龍門刨床的運(yùn)動可分為主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動與輔助運(yùn)動。主運(yùn)動是指工作臺的往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動

14、是指刀架的進(jìn)給，輔助運(yùn)動是為了調(diào)整刀具而設(shè)（如橫梁的夾緊與放松、橫梁的上升與下降、刀架的快速移動與抬刀等）。 本系統(tǒng)所控制的龍門刨要求最大刨削寬度為1000mm。故選用龍門刨的型號為B2010A。 2. 2龍門刨床的工藝特點(diǎn)及其對自動控制系統(tǒng)的要求 自動控制系統(tǒng)一定要滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。龍門刨床的工藝特點(diǎn)及其對自動控制系統(tǒng)的要求如下： （1）、可逆性：龍門刨的工作臺在加工過程中作反復(fù)運(yùn)動，在工作行程（工作臺前進(jìn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)） 時進(jìn)行刨削加工，返回行程（工作臺后退，電機(jī)反轉(zhuǎn)）時空載返回原地。 （2）、調(diào)速范圍：龍門刨的切削速度決定于下列三個因素：第一，切削條件（吃刀深度、走刀量）；

15、第二，刀具（刀具的幾何形狀、刀具的材料）；第三，工件材料。對于每一個具體情況，有一最佳切削速度?？蛰d返回時要求提高生產(chǎn)率采用高速。為了調(diào)整與磨削要求低速。因此，工作臺在不同情況下工作時，應(yīng)有不同速度。所以，龍門刨要求調(diào)速范圍廣。A系列龍門刨為20，高速90m/min,低速4.5m/min。 （3）、靜差度：由于工件表面不平和材料的不均勻而使切削力發(fā)生波動。如果拖動工作臺的電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載波動而波動很大，將降低生產(chǎn)能力，還會影響加工精度和表面光潔度。因此，A系列的龍門刨靜差度的要求為0.1。 （4）、作臺往返循環(huán)中的速度圖：工作臺的速度圖如圖(2-2)示。 在工作行程中，為避免刀具切入工件

16、時的沖擊而使工件崩裂，或損壞刀具，要求切入速度低；在切削結(jié)束時，為避免刀具將工件剝落，要求切出速度低；在返回行程中，為了提高生產(chǎn)率采用高速返回；由于返回速度高，工作臺的慣性大，為了減小停車時的超程（又稱越位），要求返回行程結(jié)束前先減速，然后停車。 （5）、工作臺的負(fù)載性質(zhì)：金屬切削機(jī)床的切削速度、切削量與刀具的強(qiáng)度有一定的關(guān)系。當(dāng)?shù)毒叩膹?qiáng)度一定時，切削量與切削速度成反比。如(2-3)中的曲線1所示。但是，機(jī)床工作時所允許的切削力是有限制的，不能超過機(jī)床所允許的最大切削力Fmax。對最大切削力時的速度稱為計(jì)算速度VJB。B2010A的VJB=25m/min。因此，實(shí)際切削力與切削速度的關(guān)系如圖

17、(2-3)中的曲線2所示。 龍門刨的實(shí)際切削功率P=FV。在計(jì)算速度以下，切削力一定，功率與速度成正比；達(dá)到計(jì)算速度時，實(shí)際切削功率最大，其值為Pmax=FmaxVJB。因此計(jì)算速度以下是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用調(diào)壓調(diào)速比較合理；在計(jì)算速度以上為恒功率負(fù)載。其實(shí)際功率與速度的關(guān)系如圖中曲線3所示。 （6）、快速性：為了提高生產(chǎn)率，要求工作臺正反向的起動與制動過程要快。而且停車要迅速，越位不能超過允許值。B2010A小于300mm。 （7）、要有一定的聯(lián)鎖保護(hù)：為了保證龍門刨正常而可靠地工作，需要一定的聯(lián)鎖保護(hù)。在下列情況下，工作臺應(yīng)該立即停止：如工作臺越位超過允許值、油泵停止工作、橫梁在移動、電

18、動機(jī)過載等。 2．3龍門刨的動力源的選擇 電機(jī)分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩大類。在選擇龍門刨的動力源上就有兩種方案：交流電機(jī)和直流電機(jī)。 交流電機(jī)種類繁多，大體分為異步電機(jī)和同步電機(jī)。同步電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，不可能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，在起動，制動比較頻繁轉(zhuǎn)矩要求較大，且有調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，廣泛使用異步電機(jī)。但由于異步電機(jī)的調(diào)速范圍不大，故只適用于對調(diào)速范圍要求不大的生產(chǎn)機(jī)械。 直流電機(jī)調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的位置控制，應(yīng)用于在拖動系統(tǒng)中過渡過程有特殊要求的較大的功率生產(chǎn)機(jī)械。如高精度數(shù)控機(jī)床，龍門刨床等。因此，本設(shè)計(jì)的電機(jī)選用直流電機(jī)，它符合龍門刨的工藝特點(diǎn)及其要求。 2．4選擇調(diào)壓

19、調(diào)速的理由 直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程為： (2-1) 式中：U—加在電樞回路上的電壓 R—電動機(jī)電樞電路總電阻 —電動機(jī)磁通 —電動勢常數(shù) —轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 此公式也是直流電動機(jī)的調(diào)速公式，改變加在電動機(jī)電樞回路的電阻R，外加電壓U以及磁通中的任何一個參數(shù)，就可以改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 （1）、改變電樞回路電阻調(diào)速 當(dāng)電樞電路串聯(lián)附加電阻R時，其特性方程式變?yōu)椋? (2-2)

20、 式中：—電動機(jī)電樞電阻 —電樞電路外串附加電阻。 即電動機(jī)電樞電路中串聯(lián)電阻時特性的斜率增加，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降增加，因而實(shí)際轉(zhuǎn)速降低了。用電樞回路串聯(lián)電阻的方法調(diào)速，因其機(jī)械特性變軟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速受負(fù)載影響大，輕載時達(dá)不到調(diào)速的目的，重載時還會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且在串聯(lián)電阻上流過的是電樞電流，長期運(yùn)行時損耗也大，經(jīng)濟(jì)性差，因此在使用上有一定的局限性， （2）、改變電樞電壓調(diào)速 當(dāng)改變電樞電壓U時，理想空載轉(zhuǎn)速也將改變，而機(jī)械特性的斜率不變，此時機(jī)械特性方程為： (2-3) 其中=； 其特性曲線是一簇以U為參數(shù)的平行直線，由此

21、可知，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均有較大的硬度，在允許的轉(zhuǎn)速變化率范圍內(nèi)可以獲得較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，故此方法的調(diào)速范圍很寬，一般可達(dá)到10—20，如采用各種反饋或穩(wěn)速控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)幾百到幾千。 改變電樞電壓調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，并在空載或負(fù)載轉(zhuǎn)矩時也能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，通過電壓正反向變化，使電動機(jī)能平滑的起動和工作在四個象限，能實(shí)現(xiàn)回饋制動，而且控制功率較小，效率較低，配上各種調(diào)節(jié)器可組成性能指標(biāo)較高的調(diào)速系統(tǒng)，因此在工業(yè)中得到廣泛使用。 （3）、改變磁通調(diào)速 在電動機(jī)勵磁回路中，改變其串聯(lián)電阻的大小，或采用專門的勵磁調(diào)節(jié)器來控制勵磁電壓，都可以改變勵磁電流和磁通。采用調(diào)節(jié)勵磁進(jìn)行調(diào)速時，在高速

22、下由于電樞電流去磁作用增大，使轉(zhuǎn)速特性變的不穩(wěn)定，換相性能也會下降。因此采用改變磁通來調(diào)速的范圍也是有限的，同時這種調(diào)速方式只適合于帶恒功率負(fù)載，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。 綜合上面各方面原因，本人覺得選擇第三種調(diào)速方法比較合適，即調(diào)壓調(diào)速。但龍門刨調(diào)速范圍為20，若采用調(diào)壓調(diào)速，則直流電動機(jī)的功率要比負(fù)載實(shí)際功率大90/25=3.6倍，顯然不合理，故可采用機(jī)電聯(lián)合調(diào)速，既采用二級齒輪變速，配合調(diào)壓調(diào)速：（4.5—45）m/min采用調(diào)壓調(diào)速，（45—90）m/min采用齒輪變速。 2．5主拖動電動機(jī)供電方式的選擇 實(shí)現(xiàn)變電壓調(diào)速，首先要有可調(diào)的直流電源。龍門刨主拖動電動機(jī)的供電方式有兩種：（1）

23、采用可控硅整流裝置，（2）采用直流斬波器，在具有恒定直流供電電源的地方，實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速，既采用直流發(fā)電機(jī)供電。但由于直流發(fā)電機(jī)需要原動機(jī)拖動，能量要多次轉(zhuǎn)換，故效率低，體積大，占地面積多，噪聲大且初始投資大，因此在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用可控硅整流裝置的供電方案。 2．6雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的選擇 控制系統(tǒng)可分為兩種：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。雖然開環(huán)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級調(diào)速，但其機(jī)械特性比較軟，穩(wěn)速能力差。如果生產(chǎn)機(jī)械對穩(wěn)速性能沒有什么要求，開環(huán)系統(tǒng)可滿足一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速的要求。但是，許多生產(chǎn)機(jī)械除需要無級調(diào)速外，常還有對靜差率的要求。例如本設(shè)計(jì)中的龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，在加工時負(fù)載大

24、小有波動，為了保證工件的加工精度，加工過程中速度應(yīng)該比較基本穩(wěn)定，不能有較大的變化，因此它對拖動的要求是在滿足靜差率≤5%條件下，調(diào)速范圍D=20—40。但開環(huán)系統(tǒng)如果要滿足以上靜差率的要求，它的調(diào)速范圍就很小了。顯然開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不滿足龍門刨的調(diào)速要求。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，只有設(shè)法減小靜態(tài)速降Δnnom，但開環(huán)系統(tǒng)主回路的總電阻R和電機(jī)參數(shù)Ce是實(shí)際存在的，在額定電流Inom時靜態(tài)速降Δn=InomR/Ce是無法減小的。因此只能引入被控制量的負(fù)反饋，將開環(huán)系統(tǒng)改為閉環(huán)系統(tǒng)。 閉環(huán)系統(tǒng)又分為單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng)，對于本設(shè)計(jì)到底選用哪種閉環(huán)系統(tǒng)呢，下面我們就此來進(jìn)行討論。

25、 龍門刨在生產(chǎn)實(shí)際中處于經(jīng)常起動、制動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。在工作行程中其工作臺作往復(fù)運(yùn)動，為了避免刀具切入工件時的沖擊而使工件崩裂，或損壞刀具，要求切入速度低；在切削結(jié)束時，為了避免刀具將工件剝落，要求切出速度低；在返回行程中，為了提高生產(chǎn)率采用高速返回；由于返回速度高，工作臺的慣性大，為了減小停車時的超程，要求返回行程結(jié)束前先減速，然后停車。 對于這類生產(chǎn)機(jī)械的拖動系統(tǒng)而言，只有穩(wěn)速階段才可用于有效生產(chǎn)，為了提高生產(chǎn)率，應(yīng)該盡量縮短一個工作周期內(nèi)的起動時間與制動時間，因此電動機(jī)必須以最大的起動電流起、制動。如果采用單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，那么起、制動電流可達(dá)到額定電流的3—5倍，如果不限制

26、起、制動電流，無疑會縮短電機(jī)壽命，且當(dāng)龍門刨被卡住時，導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)會燒壞電機(jī)，為了防止這類情況的出現(xiàn)，必須加電流截止負(fù)反饋以限制最大起動電流、制動電流、堵轉(zhuǎn)電流。但是加上電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能限制電機(jī)的最大的電流，并不能達(dá)到令人滿意的快速起動和制動性能，只是因?yàn)殡娏饕恢倍际亲兓模_(dá)到最大值后，由于負(fù)反饋的作用加強(qiáng)和電機(jī)轉(zhuǎn)子中的電勢增加，電流又被降下來 ，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，從而延長了起、制動時間。同時單閉環(huán)系統(tǒng)在動態(tài)響應(yīng)、起制動性能和抗擾調(diào)節(jié)能力上也比不上雙閉環(huán)系統(tǒng)。綜合上面的討論我們知道單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足不了本設(shè)計(jì)的要求。 對于多閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于它主要是控制系統(tǒng)的超

27、速，只有在要求調(diào)速運(yùn)行非常平穩(wěn)的系統(tǒng)中才采用，同時由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)性強(qiáng)，且投資高，不符合本設(shè)計(jì)的要求。 從上面各種分析來看，本設(shè)計(jì)應(yīng)選用雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。 2．7觸發(fā)電路的選擇 在觸發(fā)電路的選擇上，我采用了KCR—S3通用調(diào)壓調(diào)速裝置。 可控硅三相移相調(diào)壓調(diào)速裝置KCR-S3是采用專用集成電路的觸發(fā)器；用于交直流調(diào)壓和交直流電動機(jī)調(diào)速。該裝置將控制電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)導(dǎo)通角的功率足夠大的觸發(fā)脈沖，使可控硅電路可靠地工作。每一相輸出脈沖能可靠地驅(qū)動一只大功率可控硅。觸發(fā)脈沖為高頻調(diào)制的脈沖列式雙脈沖，能保證可控硅觸發(fā)可靠，換流準(zhǔn)確。KCR－S3設(shè)有反饋電壓線性整流，電壓－電流PI調(diào)節(jié)。裝置

28、對輸出電壓、輸出電流采樣后，作為反饋信號，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。閉環(huán)分內(nèi)環(huán)和外環(huán)。內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)電流自動調(diào)節(jié)，主要保證調(diào)節(jié)精度。外環(huán)實(shí)現(xiàn)電壓自動調(diào)節(jié)，主要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定度。這樣，系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度都得以兼顧。裝置還有軟啟動、電流截止、缺相保護(hù)等功能，并為霍爾傳感器提供了電源端口。 　　KCR－S3廣泛用于三相全控半控整流、六相半波整流、六雙反星整流、交流調(diào)壓、有源逆變、穩(wěn)壓源、穩(wěn)流源、蓄電池行業(yè)、水處理行業(yè)、傳動系統(tǒng)中電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等可控硅控制設(shè)備中。 　　KCR－S3功能齊全，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，價格合理。只要在裝置相應(yīng)端口上接入三相380V電源，毋需再接同步信號、直流電源和控制電壓。觸

29、發(fā)脈沖調(diào)制頻率達(dá)10KHZ，最大觸發(fā)電流達(dá)500 mA，可以觸發(fā)任何功率的可控硅。各相觸發(fā)脈沖間具有良好的均衡性（不均衡度不大于3o）。軟啟動時間5秒左右。KCR－S3具有電流保護(hù)和缺相保護(hù)功能。一旦發(fā)生過流（150℅額定電流）或電源缺相，立即封鎖觸發(fā)脈沖，可控硅截止， 輸出報(bào)警信號。保護(hù)動作時間10mS 并保持到關(guān)機(jī)。KCR－S3穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度為1%。 　　KCR－S3接線端口JK1有20位，用戶可以根據(jù)需要選用不同的端口，使用十分靈活方便 2．8調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)主回路的選擇 采用兩套晶閘管橋式整流裝置供電的可逆系統(tǒng)，即三相橋式反并聯(lián)連接。 它是將兩組整流器反向并聯(lián)，交流側(cè)接在同一

30、臺變壓器二次繞組上，可以向電動機(jī)提供兩個方向的電流，在一組整流器處于整流狀態(tài)時，另一組處于逆變狀態(tài)，并使兩組整流器輸出電壓相等。若整流橋的輸出電壓比電動機(jī)的反電動勢高，則由處于整流狀態(tài)的整流器提供功率，電動機(jī)處于電動狀態(tài)，相反，若該電壓調(diào)整得比電動機(jī)的反電勢低，則電動機(jī)向處于逆變的整流管提供功率，電動機(jī)進(jìn)行再生制動。盡管整流組的電壓和逆變組的電壓平均值相等，但瞬時值卻不一樣，因而在電路中出現(xiàn)了差值電壓，形成了一個環(huán)流回路。 這種線路的特點(diǎn)是： （1）、由于正反兩組整流橋都用同一臺變壓器供電，所以變壓器利用率最高，為理想直流輸出的1.05倍。 （2）、由于有兩個環(huán)流回路，至少需要兩臺空心電

31、抗器，故電抗器的設(shè)計(jì)，除了能限制環(huán)流外，要能在正常工作時滿足電機(jī)允許的最小電流連續(xù)程度和波紋的要求，并且在故障時能限制電流上升率，使直流快速斷路器能在快速熔斷器熔斷以前先跳閘。 （3）、反并聯(lián)的兩組變流器，由于所接的是同一臺變壓器的二次繞組，故相互有影響，特別是在作為有環(huán)流線路運(yùn)行時影響更大，可靠性較差，因此這種方案一般都是在無環(huán)流可逆系統(tǒng)中使用。 2．9可控硅—電動機(jī)直流調(diào)速的介紹： 1、系統(tǒng)的組成 以可控硅整流裝置作可調(diào)電源的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)叫可控硅-電動機(jī)系統(tǒng)，簡稱KZ-D系統(tǒng)。 系統(tǒng)由可控硅整流裝置、濾波電抗器和直流電動機(jī)組成?？煽毓枵餮b置由可控硅整流電路、觸發(fā)電

32、路及移相控制單元組成。 可控硅整流電路兩端輸出電壓是一脈動電壓，其中除了直流分量以外，還含有交流分量。交流電壓分量加在直流電動機(jī)電樞上是不會產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩的，但卻增加了電樞內(nèi)的損耗，因而是不利的。為了減少電流分量，在主電路中串入濾波電抗器，以濾除主電路電壓和電流中的交流分量。除此以外，濾波電抗器還可以起到使主電路電流波形連續(xù)的作用。 2、系統(tǒng)的機(jī)械特性 當(dāng)主電路的電流較小時，其電流波形是不連續(xù)的，系統(tǒng)的機(jī)械特性變的很陡。但實(shí)際上，在KZ-D系統(tǒng)中，主電路往往串有濾波電抗器，它可以使電流波形連續(xù)，這時可以忽略特性很陡所造成的非線性問題，則KZ-D系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式可寫為：

33、 （2-4） 式中為整流電壓；為可控硅整流裝置的等效內(nèi)阻；、分別為電動機(jī)的電樞電阻及磁通。 由于可控硅整流裝置的等效內(nèi)阻要比發(fā)電機(jī)-電動機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)阻要大，因此KZ-D系統(tǒng)機(jī)械特性的斜率比發(fā)電機(jī)-電動機(jī)系統(tǒng)的要大一些，即特性要軟一些。 3、系統(tǒng)的調(diào)速 KZ-D系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)基速以下和基速以上的調(diào)速： （1） 在基速以下采用調(diào)壓調(diào)速。這時，電動機(jī)的磁場應(yīng)保持恒定，電動機(jī)勵磁繞組采用不可控整流電路（即二極管整流電路）供電。由于整流電壓是控制角的函數(shù)，因此只需改變觸發(fā)電路的控制電壓，使觸發(fā)脈沖移相，就可以改變控制角及，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。

34、 （2） 基速以上采用弱磁調(diào)速。這時電動機(jī)的勵磁應(yīng)可調(diào)，電動機(jī)的勵磁繞組單獨(dú)用一套可控硅整流裝置供電。在調(diào)壓調(diào)速時，應(yīng)將電動機(jī)的勵磁電壓調(diào)在額定值上，只有在基速以上才將勵磁電壓調(diào)小。以實(shí)現(xiàn)弱磁調(diào)速。 4、系統(tǒng)的評價 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大；調(diào)速平滑，可獲得無級調(diào)速；設(shè)備的體積、重量小，投資少；運(yùn)行時噪音小、能耗小，效率高；控制方便；容易安裝及維護(hù)。 缺點(diǎn)：采用可控硅整流裝置會帶來以下不利： 1）、整流電流中的交流分量使電動機(jī)的損耗增加，換向條件惡化，從而給電動機(jī)的運(yùn)行帶來不利； 2）、低速時控制角大，從電源端來看，電流落后電壓很多，因而功率因素很低； 3）、由于電壓

35、和電流中含有高次諧波，高次諧波反映到交流電網(wǎng)中去，會使電網(wǎng)電壓波形發(fā)生變化（不是純正弦波），造成所謂“電力公害”，在電網(wǎng)容量相對較小的系統(tǒng)中，這種影響尤為嚴(yán)重。 但是，從整體上講，無論在經(jīng)濟(jì)性能和技術(shù)性能上，KZ-D系統(tǒng)都優(yōu)越于發(fā)電機(jī)-電動機(jī)系統(tǒng)，而且隨著可控硅技術(shù)的發(fā)展，其缺點(diǎn)將不斷被克服。因此，KZ-D系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中越來越廣泛應(yīng)用。 3．調(diào)速系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 3．1主回路的電氣原理圖 圖如下 (3-1)所示： 選擇主回路型式：采用三相橋式反并聯(lián)。 3．2主電路的過電壓和過電流保護(hù) 過電流保護(hù)可根據(jù)需要選取以下幾種： ① 在交流進(jìn)線回路，串接電抗器

36、或采用漏抗較大的變壓器，以限制由于晶閘管擊穿造成交流側(cè)短路時產(chǎn)生的故障電流 ② 在交流側(cè)設(shè)置過電流檢測裝置，當(dāng)出現(xiàn)過電流時，將觸發(fā)脈沖移到最小逆變角外，以抑制過載電流 ③ 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器起限制電流作用 ④ 直流側(cè)設(shè)置直流快速開關(guān) 過電壓主要產(chǎn)生在晶閘管變流回路中，變流變壓器的通斷、感性負(fù)載的開斷、晶閘管的換相、以及快速熔斷器、快速熔斷器的斷開過程中。在晶閘管交流回路中，通常采用的過電壓保護(hù)形式如下圖(3-2)。 上圖中接于變流裝置交流側(cè)的保護(hù)回路有： ⑴ 交流側(cè)阻容式保護(hù)回路。⑵整流保護(hù)回路。⑶交流側(cè)壓敏電阻保護(hù)回路。 ⑷靜電感應(yīng)過電壓保護(hù)回路。⑸換相過電壓阻容保護(hù)

37、回路 第⑴⑵⑶項(xiàng)主要用于抑制斷開交流器交流進(jìn)線電壓時所產(chǎn)生的階躍尖峰過電壓。⑷用于抑制由于變壓器寄生電容的存在而在變壓器接通的瞬間所產(chǎn)生的過電壓。第⑸項(xiàng)接在晶閘管陽極與陰極之間，用以抑制器件換相、晶閘管恢復(fù)阻斷時，由于變壓器漏抗而引起的換相過壓降。 在直流回路中，為了抑制主回路電感儲能的釋放而產(chǎn)生直流側(cè)過電壓，通常用阻容回路或壓敏電阻抑制。 3．3主電路的參數(shù)計(jì)算： 3．3．1確定變壓器T的參數(shù)，變壓器為了消除三次諧波而采用Δ/Y接法。 （1）、變壓器副方的參數(shù)計(jì)算： 相電壓： (3-1) 已知三相橋式Ud=220V，A=2.34

38、，代入上式得U2Φ=1.5220/2.34≈141V 相電流： (3-2) 已知三相橋式的Id=305A，K12=0.816，代入上式得I2=0.816305≈249A （2）變壓器的變比 (3-3) 已知：U1=380V，U2=141V，代入上式得K=380/141=2.695倍。 （3）變壓器的原方參數(shù)相電壓：U1Φ=380V，相電流： =249/2.695≈92.4A （4）變壓器的視在功率：、 副方視在功率 =3141249=105.33KVA 原方視

39、在功率 =338092.4=105.34KVA 平均視在功率 =（105.33+105.34）/2=105.335KVA 所以我們在這取S=105KVA 3．3．2可控硅元件參數(shù)的選擇： 額定電壓： UTn=（2—3）UTM (3-4) UTM=U2Φ=141≈345.4V，故UTn=2.5 UTM=863.5V 額定電流： IT（AV）=（1.5—2）k Id (3-5) 在這我們已知k=0.367，Id=305A，把其代入上式得IT（AV）=20.367305≈224A 所以晶閘管的型號

40、規(guī)格選為KP300 3．3．3平波電感器的參數(shù)計(jì)算： （1）、從限制輸出電流脈動的角度來設(shè)計(jì)電抗器電感值 (3-6) 查表可得對于三相橋式電路：=0.42，電流脈動系數(shù)= ，又交流基波幅值= I2= 249≈351A，=305A，所以==351/305=1.15，把上面各參數(shù)代入上式得L=0.169mH （2）、從維持輸出電流連續(xù)的角度來設(shè)計(jì)電抗器的電感值 (3-7) 若使電流連續(xù)的最小負(fù)載電流=0.5A，對于三相橋式電路的臨界電感計(jì)算系數(shù)=0.693，所

41、以 =（0.693141）/0.5=195.4mH 若使電流連續(xù)的最小負(fù)載電流為10A，則L=19.54mH，取L=20mH。 3．3．4電動機(jī)電樞電感的計(jì)算 直流電動機(jī)電樞電感 (3-8) 式中，P為電動機(jī)的極對數(shù)，已知P=2，=220V，=1000r/min，=305A，無補(bǔ)償繞組的電機(jī)系數(shù)=8—12，在此我們選=10，代入上式可得=1.8mH。 3．3．5變壓器漏電感的計(jì)算 (3-9) 式中，為變壓器的阻抗電壓百分值，1000KVA以下的變壓器，=0.055，對于三相橋式電路=3.9，已知：=141，=305A，

42、代入各參數(shù)可得≈0.1mH。 3．3．6快速熔斷器的選擇： 對于三相全控橋式電路，熔斷器有相接，臂接和接在整流裝置直流側(cè)三種方式 熔斷器相接時，可防止晶閘管損壞或直流側(cè)故障而引起的短路損害。但在通過故障電流時，對晶閘管的保護(hù)效果要差些，故多用于中小容量裝置，熔斷器接于直流側(cè)時，可對負(fù)荷側(cè)的過電流或短路起保護(hù)作用，但對晶閘管本身造成的短路不起保護(hù)作用，故多用于小功率裝置。通常選用臂接熔斷器，其額定電壓和額定電流按以下方法選?。? 應(yīng)大于電器正常工作時的電壓有效值，再留有適當(dāng)?shù)脑Ａ考础?.1 式中，——變流變壓器二次電壓有效值 應(yīng)按有負(fù)載圖計(jì)算出一個工作周期內(nèi)負(fù)載電流有效值選取,即≥1.

43、3 ——電流計(jì)算系數(shù)，對于三相橋， ——負(fù)載電流的有效值 3．3．7 主拖動電動機(jī)的容量 因?yàn)辇堥T刨工作臺的最大拉力=78480N，最大拉力時的最高切削速度=25m/min，傳動機(jī)構(gòu)效率=0.7。則直流電動機(jī)的最大負(fù)載功率為： =（7848025/60）/0.7=46.7KW 考慮到工作行程中可能產(chǎn)生過載，允許過載倍數(shù)為1.4倍，則電動機(jī)的實(shí)際功率為： =46.7/1.4=33.3KW 式中，為過載倍數(shù)，由于（25—45）m/min范圍內(nèi)調(diào)速方法與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載性質(zhì)不匹配，電動機(jī)的額定功率比實(shí)際功率要大1.8倍，則電動機(jī)的額定功率為： =1.833.3≈60KW 因此所選電

44、動機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下： =60KW，=220V，=305A，=1000r/min，額定激磁電壓=220V，額定激磁電流為=4.1A，激磁繞組電阻=52Ω，電樞電阻=0.04Ω 4．調(diào)速系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) 采用兩組晶閘管整流裝置供電的可逆控制線路 4．1邏輯無環(huán)流系統(tǒng) 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)是指在電動機(jī)運(yùn)行過程中，兩組反并聯(lián)連接的交流器之間完全沒有環(huán)流的可逆系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)電動機(jī)需要的電樞電流極性，通過一個邏輯單元來選擇某一組變流器的工作。下圖(4-1)所示是一種帶模擬開關(guān)的邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。 系統(tǒng)正確工作時，為負(fù)，ASR輸出為正，其中一路送到邏輯裝置的轉(zhuǎn)矩極性鑒別器，切換邏輯

45、裝置AL電路，使模擬開關(guān)觸點(diǎn)和閉合，另一路經(jīng)輸入到電流調(diào)節(jié)器ACR，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負(fù)，正向組脈沖前移小于，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。 變流器的切換是在電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性需要反向時進(jìn)行，其切換順序如下： 1） 改變給定電壓使極性為正，或由于負(fù)荷力矩變化引起電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，使ASR輸出變負(fù)，并通過電流調(diào)節(jié)器使工作組工作在逆變狀態(tài)。 2） 輯裝置AC接受轉(zhuǎn)矩變化的命令。 3） 作組電流下降到零，邏輯裝置零電流檢測器確認(rèn)電流實(shí)際值為零。斷開，觸點(diǎn)。 4） 正向脈沖被封鎖。 5）經(jīng)一段延時，，觸點(diǎn)接通，反向組有觸發(fā)脈沖，同時速度調(diào)節(jié)器輸出通過反號器送到電流調(diào)節(jié)器，使反向組變流器工作在逆變狀態(tài)

46、，電動機(jī)進(jìn)行再生制動。 為了保證系統(tǒng)的正常工作，應(yīng)盡量縮短切換時間。在切換時間中，電流換向死時占主要成分。一般死時時間在10以下，不會對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)起影響，在20~30內(nèi)對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)稍有影響，當(dāng)反向死時超出30的數(shù)據(jù)很多時，將會對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)有很大影響。 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)在兩組變流器工作狀態(tài)發(fā)生切換時應(yīng)保證不發(fā)生換相失敗，兩組變流器在任何時刻都不能同時工作。為了確保系統(tǒng)的正常工作，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1） 電流實(shí)際值為零的檢測要有關(guān)斷等待時間 在確認(rèn)電流真正為零后，才能切除工作組的觸發(fā)脈沖，如果電流還處在流通的狀態(tài)下，而且工作的變流器處于逆變工作狀態(tài)。此時，若切除工作組的

47、觸發(fā)脈沖，則會引起換流失敗。零電流檢測單元一般都有交流側(cè)的電流互感器與半導(dǎo)體比較器組成。即使在電流連續(xù)的情況下，只要電流的瞬時脈動電流值低于檢測電平，零電流檢測器就會按脈動周期而動作。如果這一動作導(dǎo)致立即切除的觸發(fā)脈沖，則往往由于晶閘管的固有關(guān)斷時間或換相電抗受影響，使其滯后關(guān)斷而引起換流失敗，如圖(4-2)(a)所示。 因此，在零電流檢測器動作后，必須經(jīng)過一段延時才能關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管，圖（b）所示，這段時間稱為關(guān)斷時間，它有電源頻率、電壓、回路電感、控制角等因素決定，但要隨控制角的變化而變化。如圖C所示，在最大控制角時，關(guān)斷時間最大。因此，為了可靠地關(guān)斷，最好對應(yīng)最大控制角來整定等待時間（

48、一般為3~5），此外，在給出轉(zhuǎn)矩反向指令時，應(yīng)將觸發(fā)脈沖移到最大控制角（即），以能迅速實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。若只將電流給定值保持為零，即在附近切換時，如圖(d)，則將繼續(xù)流過斷續(xù)電流。使開始切換到關(guān)斷所需的時間延長，這是不利的。 2）要有觸發(fā)等待時間 即使工作組的觸發(fā)脈沖被封鎖，由于原來導(dǎo)通的晶閘管仍不能馬上投入工作，否則將會產(chǎn)生兩組變流器同時導(dǎo)通而造成的電源短路故障，如圖(4-3)(a)所示。 為此，邏輯裝置從向工作組發(fā)出封鎖脈沖信號，直到向待工作組給出解除脈沖封鎖的信號之間要有一段延時，稱為觸發(fā)等待時間。如圖(c)所示，一般取5~6。 3）要有對電流調(diào)節(jié)器“拉”的信號

49、 在待工作組剛剛開始開放時，為避免此時因整流電壓和電動機(jī)反電動勢相加而造成很大的電流沖擊，應(yīng)使待工作組投入工作時處于逆變狀態(tài)。為此也需要在工作脈沖被封鎖，待工作組還未開放的一段時間內(nèi)，向電流調(diào)節(jié)器輸入一個“拉”的信號，即將觸發(fā)裝置的移相器處于位置。當(dāng)待工作組脈沖封鎖解除后，將“”信號取消，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用下，觸發(fā)脈沖以點(diǎn)向工作點(diǎn)位移，使電樞電流逐步建立，電動機(jī)被減速或反向起動，直到穩(wěn)定在新的工作點(diǎn)。 4．2邏輯裝置的組成與分析： 系統(tǒng)的工作狀態(tài)取決于邏輯裝置。邏輯裝置主要由四個部分組成：電平檢測（包括轉(zhuǎn)矩極性與零電流檢測）、邏輯判斷、延時電路、邏輯保護(hù)。其組成原理如圖（4-4）。

50、 對邏輯裝置的要求如下： 1、 在任何情況下，兩組可控硅絕對不允許同時加觸發(fā)脈沖，一組工作時，另一組的觸發(fā)脈沖被封鎖。 2、 邏輯切換裝置只有滿足邏輯切換條件時，才能進(jìn)行邏輯切換。 速度調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)矩（即電流）極性鑒別信號。當(dāng)此信號由負(fù)變正時，允許封鎖正組，開放反組；反之則允許封鎖反組，開放正組。所以轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號改變極性是邏輯切換的必要條件。只有當(dāng)實(shí)際工作電流衰減至零時，才允許封鎖原來正在運(yùn)行的那組可控硅，而開放另一組可控硅。所以零電流檢測器發(fā)出“零電流信號”是邏輯切換的充分條件。 3、 發(fā)出邏輯切換指令后，經(jīng)過關(guān)斷等待延時時間，封鎖原導(dǎo)通組脈沖。 下面對邏輯裝置

51、的各個部分的組成與工作原理進(jìn)行較詳細(xì)的分析。 1）、 電平檢測器 轉(zhuǎn)矩極性鑒別與零電流檢測只須用“0”、“1”兩種狀態(tài)來表示。故可用具有繼電器特性的電平檢測器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電流檢測。由帶正反饋的運(yùn)算放大器組成的電平檢測器的原理與結(jié)構(gòu)圖見圖（4-5）。 圖中為運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)，為電平檢測器的反饋系數(shù)，其值為： （4-1） 若電平檢測器的閉環(huán)放大系數(shù)為，則 （4-2）

52、 放大器的輸入—輸出特性如圖（4-6）所示。 其中（a）圖中<1：放大狀態(tài)；圖（b）中，：繼電狀態(tài)；圖（c）中>1：繼電器出現(xiàn)回環(huán)。當(dāng)一定時，>1表示大，即小，說明正反饋強(qiáng)。為什么加入強(qiáng)正反饋的輸入—輸出特性會出現(xiàn)具有回環(huán)的繼電器特性呢？下面舉例來說明這個問題。如果采用8FC3線性集成電路，其開環(huán)放大系數(shù)為100000倍，取輸入電阻，正反饋電阻，則反饋系數(shù)為： 如果運(yùn)算放大器的飽和輸出值為。設(shè)放大器原來處于負(fù)相飽和狀態(tài)，即則反饋電壓： =（1/100）10=0.1V (4-3) 為了使放大器的輸出從-10

53、V翻轉(zhuǎn)到+10V，輸入必須加負(fù)電壓，至少為-0.1V，使=0，放大器的輸出才能翻轉(zhuǎn)。同理至少加+0.1V電壓，才能使輸出從+10V翻轉(zhuǎn)到-10V。因此，輸入—輸出特性出現(xiàn)回環(huán)，在上述參數(shù)下回環(huán)寬度為0.2V。 綜上可知電平檢測器的回環(huán)寬的計(jì)算為： ；； （4-4） （4-5） 式中，，分別為正相和負(fù)相飽和輸出電壓；，分別為輸出由正翻到負(fù)和由負(fù)翻到正所需的最小輸入電壓，由此可知，越小則越大，回環(huán)寬度就越大?；丨h(huán)寬度大，可以避免誤動作，提高了抗干擾能力。但

54、是回環(huán)寬度太寬，則動作遲鈍，容易產(chǎn)生振蕩與超調(diào)。因此回環(huán)寬度一般為0.2V左右。 無環(huán)流邏輯裝置中共有“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”和“零電流檢測”兩個電平檢測器，分別將的極性和電流“是零”或“非零”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的開關(guān)量，供邏輯判斷部分使用。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的原理圖與輸入—輸出特性如圖（4-7）。 其輸入信號是左右對稱，而輸出上下不對稱，使它給出開關(guān)量“0”和“1”。輸出+10V表示“1”，輸出-0.6V表示“0”信號。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的反相輸入端接速度調(diào)節(jié)器的輸出，輸出為轉(zhuǎn)矩極性信號。當(dāng)=“－”時；希望電動機(jī)產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩+M，此時鑒別器的輸出為“1”，即正飽和值+10V；當(dāng)=“+”時，要求電動機(jī)產(chǎn)生負(fù)的

55、轉(zhuǎn)矩－M，此時鑒別器輸出為“0”，為了得到“0”信號，由、組成負(fù)限幅電路，其輸出限幅值為-0.6V。 零電流檢測器的原理圖與輸入—輸出特性如圖（4-8）。 它的輸入信號是電流互感器輸出零電流信號。主回路有電流時為+0.6V，要求零電流檢測器輸出為“0”，即用負(fù)限幅電路得到-0.6V電壓。主電路電流接近零時，零電流信號下降至+0.2V。因此，特性的回環(huán)必須偏在縱軸的右側(cè)，可在輸入端增設(shè)偏移電路（與）來實(shí)現(xiàn)，此時，檢測器的輸出為“1”，即正相飽和值+10V。為了突出“電流是零”，所以規(guī)定零電流時=“1”，有電流時=“0”。如果作相反的規(guī)定，當(dāng)然也可以，但要改變檢測器與邏輯判斷電路。 2）

56、 邏輯判斷電路 其作用是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號與零電流檢測信號發(fā)出封鎖正組信號和封鎖反組的信號。封鎖信號為0或負(fù)時或?yàn)椤?”，發(fā)出脈沖封鎖信號。當(dāng)封鎖信號為正時，或?yàn)椤?”，發(fā)出脈沖開啟信號，在各種運(yùn)行情況下邏輯判斷電路的狀態(tài)如下： 輸入信號： 轉(zhuǎn)矩極性鑒別：=+，則=―，=“1”；=―，則=+，=“0” 零電流檢測：有電流時，則=“0”；無電流時，則=“1” 封鎖信號： 封鎖正組脈沖：=“0” 封鎖反組脈沖：=“0” 開放正組脈沖：=“1” 開發(fā)反組脈沖：=“1” 根據(jù)可逆系統(tǒng)正、反向運(yùn)行和起動、制動的具體情況，對邏輯判斷電路的要求列在表上。 表4-1 對邏輯判斷的要

57、求 運(yùn)行狀態(tài) 轉(zhuǎn)矩極性 電樞電流 邏輯電路輸入 邏輯電路輸出 正向起動 ＋ 0 1 1 1 0 － 有 1 0 1 0 正向運(yùn)行 ＋ 有 1 0 1 0 正向制動 － 有 0 0 1 0 － 0 0 1 0 1 － 有(制動電流) 0 0 0 1 反向起動 － 0 0 1 0 1 － 有 0 0 0 1 反向運(yùn)行 － 有 0 0 0 1 反向制動 ＋ 有 1 0 0 1 ＋ 0 1 1 1 0 ＋ 有(

58、制動電流) 1 0 1 0 例如：正相制動時，ST輸出為正，轉(zhuǎn)矩極性鑒別器輸出=“0”，當(dāng)電流下降但尚未反向前零電流檢測器輸出=“0”，此時要求正組仍開放，即=“1”實(shí)行本橋逆變。當(dāng)電流下降至零時，=“1”，希望正組向反組切換，即=“0”，=“1”，當(dāng)反組開放后，得到反向制動電流又變?yōu)椤?”，但正反組的脈沖封鎖信號應(yīng)保持不變，即=“0”，而=“1”。 根據(jù)邏輯判斷電路的要求，可以得到邏輯判斷電路的真值表。 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 根據(jù)

59、真值表可列出邏輯判斷電路的邏輯 表4-2 邏輯判斷的真值表 表達(dá)式： (4-6) (4-7) 上述邏輯表達(dá)式可簡化為： (4-8) (4-9) 為了使邏輯裝置具有較高的抗干擾能力，常采用HTL組件的與非門電路組成邏輯判斷電路。因此，上述兩邏輯

60、表達(dá)式變?yōu)椤芭c非”形式的表達(dá)式： (4-10) (4-11) 如果不愿意多用一個與非門以獲得，則上式可化為： (4-12) 由上兩式，可以得到邏輯判斷電路如圖(4-9)。 3） 延時電路 當(dāng)邏輯判斷電路發(fā)出切換指令或之后，必須經(jīng)過關(guān)斷等待時間與觸發(fā)等待時間之后，才能執(zhí)行切換指令。因此，邏輯裝置中要設(shè)置延時電路。 最簡單的延時電路是在HTL與非門的輸入端加接二極管和V和電容C，如圖（4-10）所示。 當(dāng)與非門的所有輸入端為高電平“1”時，

61、輸出為低電平“0”。只要有一個輸入端為低電平“0”時，則輸出便跳至高電平。當(dāng)接電容與二極管的輸入端的信號由“1”變“0”時，二極管導(dǎo)通，與非門的輸出照常翻轉(zhuǎn)，無延時作用。若信號有“0”變“1”時，二極管截止，A點(diǎn)的電位不能立即升高，須等待HTL組件電源通過內(nèi)部電路對電容C充電，直到A升至與非門的開門電平時，輸出才由“1”變?yōu)椤?”（設(shè)其它輸入端均為高電平）。電容器的充電時間就是延時時間，其充電時間為： (4-13) 式中，—充電回路電阻，在HTL與非門內(nèi)=8.2；—外接電容；—電源電壓，HTL與非門=15V；—電容器兩端

62、的電壓。當(dāng)?shù)扔陂_門電壓時，就是延時電路的延時時間，設(shè)開門電壓為8.5V，則關(guān)斷等待時間為： =2~3ms (4-14) 所以 =0.29~0.44 (4-15) 而觸發(fā)等待時間為： 7ms (4-16) 所以 =1.02 (4-17) 這兩個延時電容應(yīng)該在邏輯電路的哪個與非門上呢？要回答這個問題，須分析邏輯電路的動作過程。例如從正組換到反組時，應(yīng)在從“1”變到“0”，由“0”變?yōu)椤?”之后，延時（關(guān)斷等待）使從“1”變“0”，再延時（觸發(fā)等待）

63、使從“0”變“1”。在圖(4-9)的邏輯電路中，從“1”變“0”后，輸出立刻翻轉(zhuǎn)成“1”，這個“1”信號作用到的一個輸入端，等到它的另一個輸入端也由“0”變“1”時，輸出隨即翻成“0”，而輸出立即從“0”到“1”，再經(jīng)過使從“1”變?yōu)椤?”沒有任何延時，這當(dāng)然是不允許的。為了設(shè)置延時，在翻轉(zhuǎn)之后，經(jīng)過延時電容才能使的輸出從“1”變?yōu)椤?”。這樣就有了關(guān)斷等待時間。另外不要的輸出直接控制反沖組脈沖，而是經(jīng)過延時電容的與非門和反相門，令，再由的輸出去封鎖反組脈沖，這樣在由“0”翻轉(zhuǎn)到“1”之后，經(jīng)過時間才開放反組脈沖就比的翻轉(zhuǎn)延長了一段觸發(fā)等待時間，以上是從正組切換至反組的情況，從反組切換到正組也

64、是一樣，于是相應(yīng)地增加了一套延時電容與以及與非門和。的輸出才是真正封鎖正組脈沖的信號。因此，電容與的接法如圖(4-4)所示。 4） 邏輯保護(hù)環(huán)節(jié) 其原理見圖(4-11)。 在正常工作時，邏輯電路的兩個輸出與總是反相的（即一個為“1”，另一個為“0”使一組脈沖開放，另一組脈沖封鎖。若出現(xiàn)故障與同時為“1”，將造成兩組同時開放。則產(chǎn)生短路事故。加入多“1”保護(hù)環(huán)節(jié)后就可避免上述事故。若與都為“1”，則的輸出為“0”把與都拉到為“0”狀態(tài)，兩組脈沖同時封鎖，并發(fā)出邏輯故障停機(jī)信號 5．調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)計(jì)算 5．1系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)

65、圖 龍門刨采用雙調(diào)速系統(tǒng),其系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)見圖。 . 1. 電流反饋系數(shù)的計(jì)算 設(shè)：①速度調(diào)節(jié)器的限幅值為5V；②電動機(jī)的啟動，制動電流為2 ，即為610A。 電流調(diào)節(jié)器的最大給定電壓就是速度調(diào)節(jié)器的限幅值，對應(yīng)的最大為（即電機(jī)運(yùn)行時可能出現(xiàn)的最大電流），所以，電流反饋系數(shù)為： = =5/610=0.0082V/A （5-1） 2. 速度反饋系數(shù)的計(jì)算 設(shè)：①最大給定電壓為10V，電動機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速=1000r/min,此時刨臺的運(yùn)行速度為45m/min；②由于本系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速，因此，就是系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速

66、，電流調(diào)節(jié)器的反饋系數(shù)為： = =10/1000=0.01V/rpm （5-2） 3. 電動機(jī)的電勢系數(shù) 設(shè)：電動機(jī)的磁通在運(yùn)行過程中保持不變，則電動機(jī)的電勢系數(shù)為： = =(220－3050.04)/1000=0.2078V/rpm （5-3） 式中，為電動機(jī)的電樞電阻，已知=0.04Ω 4. 主回路等值電阻R的計(jì)算 電動機(jī)主回路等值電路如圖（5-2）。 圖中，—電機(jī)電樞電阻；—平波電抗器的電阻；—整流電抗器的管壓降與換流重迭所產(chǎn)生的壓降所引起的等值電阻，一般管壓降很小，在計(jì)算時可以忽略。所以 =0.03 （5-4） 由于是三相橋式整流，換相次數(shù)=6，又由于未進(jìn)行變壓器與電抗器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在計(jì)算時忽略與。因此，直流主路的等值電阻： =0.04+0.03=0.07 （5-5） 5. 可控制整流裝置的放大系數(shù)的計(jì)算 由于三相橋式反并聯(lián)系統(tǒng)采用==的工作制，而且為了防止逆變失敗，最小角限制在=，對應(yīng)于時，電流調(diào)節(jié)器