基于PLC控制的直流电动机调速系统的设计毕业设计.doc

《基于PLC控制的直流电动机调速系统的设计毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC控制的直流电动机调速系统的设计毕业设计.doc（59页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、基于PLC控制的直流电动机调速系统的设计摘要矿井提升机在煤矿生产中起着非常重要的作用，它是矿山建设的关键设备。大功率直流调速系统具有调速性能优良，可靠性高的优点,被广泛应用与矿井提升机中。可编程控制器PLC是通用的自动化控制装置 ，是矿井提升机事项自动化控制的核心控制元件。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，采用模块式组合设计，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点，在矿井提升机中得到广泛应用。在文章里，在基于“上位计算机监控+下位多PLC控制+微处理器多数字调节+可控硅变流+拖动电机” 模式下，首先详细介绍了大功率直流调速系统的基本原理，分析了调速系统的基

2、本组成以及基本调速方法；然后系统的论述了现代PLC控制技术，介绍了PLC控制系统的基本方法，接着本文以经济性好，可靠性高的大功率晶闸管为调速系统可控整流电源，根据现代控制理论，采用转速-电流双闭环调速系统与弱磁调速相结合的方法对大功率直流调速系统的主电路，转速控制电路以及信号检测电路进行设计，结合现代PLC控制技术对调速系统运行进行控制,对电动机、晶闸管等元件主要参数进行监视，保护；最终实现提升机的各种安全保护及自动开车功能，实现提升机全自动运行，通过上位机监控系统，提高矿机现代化管理水平。 关键词：矿井提升机，直流调速系统，可编程逻辑控制器，晶闸管，闭环控制DESIGN OF DC SPEE

3、D CONTROL SYSTEM BASED ON PLCABSTRACTThe mine hoists are very important for coal production, they are key equipments. High-power DC motor varied speed control system is widely used on mine hoist, because of its high varied speed quality and its higher reliability.PLC short for programmable Logic Con

4、troller is one of the most popular auto-control equipment on mine hoist. It combines of the relay control technique and computer technique and communicates technique. Its module design can satisfy any industry control situation just by assemble module of different function together. Because of its s

5、trong capability high reliability and other merits, it is used widely on the mine hoist.The paper adopts the mode of “host computer monitoring & lower multi-PLC controlling & microprocessor multi-digital adjusting & motor driving”, Firstly, introduces the composition of the speed control system and

6、the main speed control methods; Secondly, sufficiently discuss the PLC control technique and the way the design a PLC based control system; Thirdly, the paper uses the high-power thyristor as the controllable power souse of the high-power DC motor speed control system, designs the main circuit, spee

7、d control circuit, signal test circuit bases on the modern control theory, PLC is used to monitor the important parameters of the main elements such as motor and thyristor, protect them according to the signal get from the test circuit; Finally, realizes many kinds of safe protections and automatic

8、run function for hoist, hoists main well hoist automatically. KEYWARDS：coal mine hoist， digital DC speed adjust system， PLC, Thyristor, closed-loop control目录摘要（中文）I摘要（英文）II1绪论11.1 课题来源11.2 国内外提升及研究现状11.3 本文研究内容41.4 本文研究意义42大功率直流电机调速系统52.1 调速系统的主要性能指标52.1.1稳态性能指标52.1.2动态性能指标62.2 直流电机调速的基本方法82.3直流调速系统

9、的可控直流电源92.3.1晶闸管三相可控整流电源92.3.2晶闸管的可靠触发112.4 闭环控制直流调速系统122.4.1 转速一电流双闭环调速系统122.4.2调压调速基础上的弱磁调速172.5 直流电动机的可逆运行182.5.1电枢反接可逆线路192.5.2励磁反接可逆线路203.1 矿井提升机对电气控制系统的要求213.2 控制单元基本原理253.3 系统设计253.4 主回路组成283.5 控制回路的组成293.5.1主处理器293.5.2电枢电流调节293.5.3电源293.5.4 通讯接口293.5.5 输入/输出接口303.5.6高速计数器303.5.7液晶显示器303.6 C3

10、0系统软件304 PLC在提升机控制系统中的应用324.1 PLC概念及其系统组成324.1.1本系统中PLC的选型及特点334.1.2 PLC的外部接线图344.2 SIEMENS S7-400介绍354.2.1 SIEMENS S7-400概况354.2.2 S7-400的结构354.2.3 STEP7编程软件介绍364.2.4 STEP7的硬件组态与诊断功能384.2.5 硬件组态384.3 PLC在直流调速系统中的应用394.3.1 PLC的特点394.3.2 PLC在直流调速系统中的应用414.4 多PLC冗余控制系统设计424.4.1行程PLC硬件构成及双PLC提升行程控制424.

11、4.2双线制提升机安全保护回路424.4.3 PLC控制液压制动系统434.5行程精度校正系统设计444.5.1 深度指示仪的作用444.5.2 蠕动的产生444.5.3 行程脉冲值的同步校正454.6 全自动控制的实现454.6.1自动开车的实现454.6.2 与闸控系统的配合484.6.3 与信号系统的配合494.6.4 自动加减速的实现494.6.5 自动停车的实现494.6.6 可靠性设计505结论与展望51参考文献53致谢541绪论1.1 课题来源矿井提升机是机、电、液一体化的大型机械，广泛应用于煤炭，有色金属，黑色金属，非金属，化工等矿山的竖井、斜井，是生产运输的主要工具。在煤炭生

12、产中提升机担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务，是联系井上与井下的唯一途径，素有矿井“咽喉”之称。提升机的电力传动特性复杂，电动机频繁正反向，经常处于过负荷运转和电动、制动不断地转换状态中。提升机运行的安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产能力，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研制并制造既安全可靠又节省能源的提升机是煤矿安全生产的一项重要课题。潘一矿位于安徽淮南境内，矿井设计能力为320万吨/年，其第二副井为立井提升，落地式布置一台摩擦式提升机，一边罐笼为宽罐笼；另一边为窄罐笼。绞车为洛阳矿山机械厂生产的JKMD-4.54（）-（PY）多绳轮绞车。使用的事哈尔滨电机

13、厂生产的ZKJ2500/650-12型直流电动机，额定功率为1800kW。至2010年4月，该提升机正式投入使用。该系统为全数字化控制，半自动化运行。液压站及闸控为瑞典ABB公司具有“恒减速制动”的系统。1）第二副井提升方式和提升任务（人、下料或矸石）中央副井主要担负着提矸、下料、升降大型设备和升降人员等辅助提升任务。2）提升机主要技术参数提升机宽罐安装的是5吨双层提升罐笼，窄罐安装的是1.5吨双层提升罐笼。电动机型号为ZKJ2500/650-12，电机功率1800kW；电机为哈尔滨电机厂生产。电控系统系上海华菱电控有限公司设备，西班牙C30全数字行程闭环控制系统，PLC控制，传动与PLC对罐

14、笼位置、行程及故障实行全数字冗余控制。3）主要提升设备的检测时间和结论全程（宽罐笼从-790m至上井口或相反）一次绞车运行时间320s。1.2 国内外提升及研究现状 近三十年来，国外提升机机械部分和电气部分都得到了飞速发展，而且两者相互促进，相互提高。起初的提升机是电动机通过减速器传动卷筒的系统，后来出现了直流慢速电动机和直流电动机悬臂安装直接传动的提升机。上世纪七十年代西门子发明矢量控制的交-直-交变频器后，标志着用同步电动机代替直流电动机实现调速的技术时代已经到来。1981年第一代用同步机悬臂传动的提升机在德国 Monopol矿问世，1988年由MAV GHH 和西门子合作制造的机电一体提

15、升机在德国Rom berg矿诞生了，这是世界上第一台机械和电气融合一体的同步电机传动提升机。 在提升机机械和电气传动技术飞速发展的同时，电子技术和计算机技术的发展，使提升机的电气控制系统更是日新月异。早在上世纪七十年代，国外就将可编程控制器（PLC）应用与提升机控制 。上世纪八十年代初，计算机又被应用于提升机的监视与管理。计算机和PLC的应用，使提升机自动化水平、安全、可靠性都达到一个新的高度，并提供了新的、现代化的管理、监视手段。特别强调的是，此时期在国外一些著名的提升机制造公司，如西门子，ABB，ALSHOM都利用新的技术和装备，开发或完善了提升机的安全保护和监控装置，是安全保护性能有了新

16、的提高。 就在国外科学技术突飞猛进发展的时候，我国提升机电控系统横长时间处于落后的状况，就提升机控制技术而言，和国外相比，我们存在很大差距。 目前我国提升机部分仍采用交流绕线式异步电动机拖动方式，其电控系统用于诞生缠绕式提升机的有TKD系列，多绳磨擦式提升机有JKM，K/J系列。这几种提升机通常在电动机转子回路中串接附加电阻进行启动和调速。串电阻调速是一种恒转矩调速方法。尽管串电阻调速方法很不经济，低速特性也很软，稳定性差，但是这种调速方法简单易行，启动转矩较大，因此，在拖动起重机等中，小容量的绕线式异步电动机仍然应用广泛。 20世纪80年代，我国从瑞典，德国等国家引进20多套晶闸管直流电动机

17、控制系统。直流电动机传动有两种电控系统，一种为直流发电机直流电动机机组，另一种为晶闸管直流电动机系统。我国自己生产的晶闸管直流电动机控制系统应用于20世纪90年代。这种控制系统的优点是：体积小、重量轻、占地面积小；基础省、安装方面、建筑费用低；无齿轮传动部分，不需要减速器、总效率高、电能损耗少；单机容量大、适用范围广；调速平稳、调速范围广、调速精度高；易于控制、能实现自动化，安全可靠，节约电能。 矿井提升机对安全性、可靠性和调速性能的特殊要求，使得提升机电控系统的技术水平在一定程度上代表一个企业或国家的传动控制技术水平。比较国内外矿用提升机系统，具体来说国外矿井提升机在电控方面的应用特点有以下

18、几个方面：1）提升机工艺过程微机控制提升机工艺过程大都采用微机控制，由于微机功能强，使用灵活，运算速度，监视显示易于实现，并有诊断功能，这是采用模拟控制无法实现的。2）提升行程控制提升机的控制从本质上说是一个位置控制，要保证提升容器在预定地点准确停车，要求准确度高，目前可达2cm。采用微机控制，可通过采集各种传感信号，如转角脉冲变换、钢丝绳打滑、井筒、滚筒及钢丝绳磨损等信号进行处理，计算出容器的准确位置而施以控制和保护。一般过程控制用微机做监视，行程控制也采用单独下位机完成。3）提升过程监视提升过程监视与安全回路一样，是现代提升机控制的重要环节。提升过程监视采用微机主要完成如下参数的监视：a、

19、提升过程中各工况参数(如速度、电流)监视；b、各主要设备运行参数的监视；c、各传感器（如位置开关、停车开关）信号的监视。使各种故障在出现之前就得以处理，防止事故的发生，并对各被监视参数进行存储、保留或打印输出。甚至与上微机联网，合并于矿井监测系统中。4)安全回路图1-1 提升机自动化控制系统安全回路是指提升机再出现机械、电气故障时控制提升机进入安全保护状态的极为重要的环节。为确保人员和设备的安全，对不同的故障一般采用不同的处理方法。安全回路非常重要，它是保护的最后环节之一，英、德几家公司都采用两台PC微机作为安全回路，使安全回路具有完善的故障监视功能，无论是提升机还是安全回路本身出现故障时都能

20、准确的实施安全制动,如图1-1所示。而在电力拖动方面，近几年国外出现了不少新的拖动方式，如交-交变频方式，交-直-交变频方式。20世纪80年代西欧一些工业发达的国家将交流变频调速技术应用于矿井提升机，有代表性的是ABB公司和西门子公司。我国20世纪90年代也引进了交流变频调速提升机控制系统。变频调速方式类似于他励直流电动机取得很宽的调速范围、很好的调速平滑性和足够硬度的机械特性，在提升及应用中显示了其独特的优势。1.3 本文研究内容本文主要就矿井提升机的电控系统和直流电动机的调速系统进行研究，运用PLC控制技术，研制更加可靠的控制系统，使提升机运行的可靠性和安全性得到提高，在提升机控制系统中应

21、用计算机控制技术和晶闸管-弱磁与调压配合的直流电动机调速技术进行设计。就计算机技术在工业现场的应用而言，可编程控制器（PLC）是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并存储在计算机内部的一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、调试方便、维护量小，PLC技术已经广泛应用于各种提升机控制。操作、监视和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。1.4 本文研究意义本文提升机控制单元采用目前工业使用的可编程控制器来控制，具有变成简单，控制可靠的优点；电力拖动系统中，采用调速范围广、静差

22、率小、稳定性能好及具有良好动态性能的晶闸管-直流电动机调速系统，PLC的应用优化了调速系统性能。本文从解决实际矿井提升系统存在的问题出发，对传统的调速方案进行了控制方式的革新和数字化改造，降低了成本，提高了控制精度，加强了系统的稳定性。使用、经济、高效、可靠是本文提升机系统研究与设计的追求目标。2大功率直流电机调速系统 功率直流电机调速系统以大功率直流电动机为控制对象，以电力电子器件为功率变换装置，将电能转换成机械能，在自动控制理论指导下，实现弱电对强电的控制，最终达到调节电机转速的目的。大功率直流电机调速系统通过对电动机转速的控制，将电能转换为机械能，进而控制工作机械按给定的运动规律运行，使

23、之满足各种具有特定要求的作业现场。2.1 调速系统的主要性能指标任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。例如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。归纳起来，对于调速系统转速控制的要求有以下三个方面： 1 调速 在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地(有级)或平滑地(无级)调节转速。 2 稳速 以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量。 3 加、减速 频繁起、制动的设备要求加、减速尽量

24、快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。 上述三方面要求，可具体转化为调速系统的稳态和动态两方面的性能指标。2.1.1稳态性能指标所谓稳态性能指标是指系统稳定运行时的性能指标，如调速系统稳定运行时的调速范围和静差率等。下面具体介绍调速系统中的稳态性能指标。1调速范围直流调速控制系统的调速范围是指电动机在额定负载下，运行的最高转速与最低转速之比，用D表示，即 （2-1）其中和对于调压调速系统来说，电动机的最高转速一等于其额定转速。越大，说明系统的调速范围越宽。2静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所引起的额定转速降落与理想空载转速之比，称作静差率

25、，即 (2-2)静差率是用来表示负载转矩变化时电动机转速变化的程度，它与机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速稳定度越高。然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的，对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。由此可见，调速范围和静差率这两项指标并不是孤立的，必须同时提才有意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时满足静差率要求下系统所能达到的最大调节范围。脱离了对静差率的要求，任何调压调速系统都可以得到极高的调速范围；脱离了调速范围，静差率要满足要求也就容易得多了。2.1.2动态性能指标直流调速系统在动

26、态过程中的指标称为动态性能指标。由于实际系统存在着电磁和机械惯性，因此，当转速调节时，总有一个动态过程。衡量直流调速系统动态性能的指标可分为跟随性能和抗干扰性能指标两类。CmaxC()tstptr0Ctt图2-1 阶跃响应曲线和跟随性能指标图2-1 阶跃响应曲线和跟随性能指标1跟随性能直流调速系统的跟随性能指标一般用零初始条件下，系统对阶跃给定输入信号的输出响应过程来表示。系统对给定输入的典型跟随过程如图2-1，其主要跟随性能指标有：1) 上升时间。在阶跃响应过程中，输出量从零开始，第一次上升到稳态值。所经历的时间称为上升时间，它反映了系统动态响应的快速性。 2) 超调量。在阶跃响应过程中，输

27、出量超出稳态值的最大偏差与稳态值之比的百分值，称为超调量，即 （2-3）超调量反应了系统的相对稳定性，超调量小，相对稳定性好，即动态响应比较平稳。3) 调节时间 。在阶跃响应过程中，输出衰减到与稳态值之差进入5或2的允许误差范围之内所需最小时间，称为调节时间，又称为过渡过程时间。调节时间是用来衡量系统整个调节过程快慢的，调节时间越小，系统响应的快速性越好。在实际系统中，快速性和稳定性往往是互相矛盾的。减小了超调量往往就延长了过渡过程调节时间；加快过渡过程却又增大了超调量。对于一般要求的系统，可以根据生产工艺的要求，哪一方面的性能是主要的，就以哪一方面为主。对于特殊要求的较高性能的系统，还可以考

28、虑采用一些综合型的优化性能指标。2抗扰性能指标 图2- 2 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标 当控制系统在稳定运行过程中受到电动机负载变化，电网电压波动等于干扰因素的影响时，会引起输出量的变化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。这一恢复过程就是系统的抗扰过程。一般以系统稳定运行时突加一个使输出量降低的扰动以后的过渡过程作为典型的抗扰过程，如图2-2所示。抗扰性能定义如下：1) 动态降落。系统稳定运行时，突加一个扰动量，在过渡过程中引起输出量的最大降落称为动态降落，一般用与输出量原稳态值，的百分数表示，即 (2-4) 2)恢复时间 。阶跃扰动作用开始，到输出量恢复到与新稳态值之差进入的5

29、或2范围之内所需要的时间，如图2-2所示来说，阶跃扰动下输出量的动态降落越小，恢复时间越短，系统的抗扰动能力越强。 2.2 直流电机调速的基本方法直流电动机电枢回路的电压平衡方程为 (2-5)电枢反电势为 (2-6)由此得到转速特性方程式如下 (2-7)由式(2-7)看出，调节直流电动机的转速有如下3种方法： 1调节电枢电压调速2改变电动机励磁调速3改变电枢回路电阻调速图2-3 他励直流电动机改变电枢电压时的人为机械特性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，其机械特性如图2-3所示，改变电压时，随电枢电压的降低而降低，但机械特性的斜率则保持不变；改变电阻只

30、能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压调速方案，在基速(即电动机额定转速)以上作小范围的升速。2.3直流调速系统的可控直流电源 变电压调速是直流调速的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：1旋转变流机组 用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。2静止可控整流器 用静止的可控整流器，例如晶闸管可控整流器，以获得可调的直流电压。3直流斩波器和脉宽调制变换器 用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。旋转变流机组由于至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一

31、台励磁发电机，因而设备多，体积庞大，日常运行和维护的费用高，至今只在少数尚未进行设备更新的工厂采用；脉宽调制虽然可以得到脉动很小的直流电流，减少电动机的耗损和发热，但由于受到整流器件容量的限制，目前只用于中、小功率的调速系统(几十千瓦左右)。在电力拖动系统中，主要用晶闸管整流元件组成整流电源。晶闸管直流电动机系统是在各种工业场合应用极为广泛的一种电力拖动系统，是可控整流装置的主要用途之一。三相可控整流电路的类型很多，包括三相半波(零式)、三相全控桥式、三相半控桥式等。这些电路中最基本的是三相半波可控整流电路，其余类型都可看作是三相半波电路以不同方式串联或并联组成的。2.3.1晶闸管三相可控整流

32、电源1三相桥式全控整流电路如图2-4示，工业上广泛应用的三相桥式整流电路从三相半波电路发展而来，为三相半波共阴极组与共阳极组的串联，且控制角完全相同。由于共阴极组在负半波导通，流经变压器的是正向电流，而共阳极组在负半波导通，流经变压器的是反向电流，因此变压器绕组中没有直流磁势，在正、负半波都有电流流过变压器的每相绕组，这样便提高了变压器的利用率。在三相全控桥式整流电路中，由于共阴极组和共阳极组是同时控制的，各晶闸管的控制角都相同。由于这种电路是两组三相半波整流电路的串联，因此整流输出电压加大一倍，输出直流电压的脉动减少，从而进一步降低电机的发热，改善换向。图2-4三相桥式全控整流主电路原理图大

33、电感性负载时，由于电流是连续的，晶闸管的导通角总是大于，故整流输出电压为： (2-8)可见，电感性负载时，要求的最大移相范围为。电感性负载时电流波形为矩形波，设其幅值为。流过晶闸管电流有效值 (2-9) 晶闸管所承受的最大正反向电压都是线电压的峰值。2三相有源逆变电路在实际生产实践中，还需有相反的要求，利用晶闸管电路把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变；如果交流器的交流侧不与电网连接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源

34、逆变。有源逆变的条件有二：一定要要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应该稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的使为负值。三相桥式整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。逆变和整流的区别仅仅是控制角的不同。时，电路工作在整流状态，时，电路工作在逆变状态。关于逆变电路各电量的计算归纳如下： （2-10）输出电流的有效值： （2-11）流过晶闸管的电流有效值为： (2-12)变压器二次侧线电流的有效值为： (2-13)2.3.2晶闸管的可靠触发 触发电路产生触发脉冲时晶闸管导通的必要条件之一，因此其性能的好坏，直接影响晶闸管整流装置的正常工作。晶闸管的触发电路很多，

35、对它们的共同要求是准确和可靠，因此必须满足下述具体要求： 1在交流电源系统中，触发脉冲应与晶闸管主电路的电源同步，即触发信号与交流电源具有相同的重复频率，并保持固定的相位关系。 2触发信号应能在一定范围内移相，不同的主电路要求的移相范围也不同。如三相桥式全控线路，大电感性负载时，若只要求整流时，移相范围为0。90。； 既要整流又要逆变，则移相范围为0。180。 3为了能准确、快速、可靠的触发晶闸管，对触发脉冲的波形(幅度、宽度、前沿)都有一定的要求，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管控制极的触发电压和电流；在三相交流系统中，要求三相的触发脉冲堆成。对于三相桥式全控整流电路，习惯上希望三相全控桥的

36、六个晶闸管触发的顺序是SCR1-SCR2-SCR3-SCR4-SCR5-SCR6，因此晶闸管是这样编号的：SCRl和SCR4接A相，SCR3和SCR6接B相，SCR5和SCR2接C相。SCRl、SCR3、SCR 5组成共阴极， SCR2、SCR4、SCR6组成共阳极，每隔60。有一管换相。为了保证整流桥合闸后共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导电，或者由于电流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。为此可以采取两种方法：一种是使每个触发脉冲的宽度大于60。(一般取80。100。)，称宽脉冲触发：另一种是在触发某一号晶闸管的同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等

37、效替代大于60。的宽脉冲，称双脉冲触发。双脉冲触发比较复杂，但它可减小触发装置的输出功率，减小脉冲变压器的铁心体积。用宽脉冲触发，虽然脉冲次数少一半，为了不使脉冲变压器饱和，其铁心体积要做得大些，绕组匝数多些，因而漏感增大，导致脉冲的前沿不够陡(这对多个晶闸管串并联时很不利)，增加去磁绕组可以改善这一情况，但又使装置复杂化，故通常多采用双脉冲触发。2.4 闭环控制直流调速系统2.4.1 转速一电流双闭环调速系统为了同时满足动念性能指标和稳定性能指标，晶闸管-动机电力拖动系统常常引入电机转速、电枢电流等反馈量，并设计合适的动态校正装置，来满足不同负载对系统的要求。图2-5所示为转速一电流双闭环调

38、速系统稳态结构图，在系统中设置了两个调节器，分别调节主要被调量转速和辅助被调量电流，二者之间实行串级联接，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晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外面，叫做外环。设计时，先设计电流调节器，然后把整个电流环当作转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。这便要求转速给定电压和转速馈电压的极性相反：电流给定电压和电流反馈电压的极性相反。由晶闸管触发装置移相特性要求，可决定电流调节器ACR输出电压Uct的极性。为了保证线性放大

39、作用并保护系统各环节，对运算放大器设置输出电压限幅是非常必要的。转速调节器ASR的输出电压是电流调节器ACR的电流给定电压，其限幅值对应为最大电流给定值，这完全取决于电动机的过载能力和系统对最大加速度的需要。电流调节器ACR输出电压的正限幅值主要是限制最小角()。实际上，在正常运行时，电流调节器ACR是不会达到饱和状态的，只有转速调节器ASR饱和与不饱和两种情况。调节器饱和时，调节器的输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，即隔断了输入和输出的联系，只有在输入端加方向的才可以使调节器退出饱和；调节器不饱和时，输出小于限幅值，比例积分作用可使输入偏差电压在稳态时总是零，转速和电流可以认为是无静差的

40、，但由于调节器ASR和ACR的积分保持作用，ASR和ACR都有恒定的输出电压。图2-5 双闭环直流调速系统的稳态结构图1静特性分析图2-6 双闭环直流调速系统的静态特性双闭环系统的静特性如图2-6所示。在负载电流小于时，转速调节器ASR不饱和，依靠ASR的调节作用，保证系统具有转速无静差的特性。这时电流调节器只起辅助作用。随着负载电流的增大，ASR的输出在增大，当负载电流达到时(电动机过载或被卡住堵转时)，ASR的输出进入饱和状态，失去调节作用，转速环呈开环状态。这时，在最大给定电流作用下，依靠电流环对电流进行调节，系统由恒转速调节变为恒电流调节。由于电流调节器ACR也是一个Pl调节器，故可实

41、现电流的无静差调节，得到理想的下垂特性，使系统得到保护。这便是采用了电流控制内环再套上转速控制外环的串级结构的效果。际上，由于运算放大器的开环放大系数不是无穷大，再加上零点漂移，静特性的两端都略有很小的静差率。2动态抗扰性能分析一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。抗扰性能主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。图2-7 双闭环直流调速系统动态结构图由图2-7可以看出，负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。因此，在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。相对于单闭环直流调速系统，由于增设了电流内环，电压波动

42、可以通过电流反馈得到比较及时的调节，抗电网电压扰动性能大有改善，由于电网电压波动引起的转速动态变化也会小得多。 3按工程设计方法设计电流调节器和转速调节器 简化的基本思路是，把调节器的设计过程分作两步： (1)先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的稳态精度。 (2)再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。 这样做，就把稳、准、快、抗干扰之间互相交叉的矛盾问题分成两步来解决，第一步先解决主要矛盾动态稳定性和稳态精度，然后在第二步中再进一步满足其它动态性能指标。 在选择调节器结构时，只采用少量的典型系统，它的参数与性能指标的关系都已事先找到，具体选择参数时只须按现成的公式和表格中的数

43、据计算一下就可以了。这样就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。 4电流调节器参数的选择图2-8 电流环的动态结构图由图2-8知，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数L按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个同时问常数的惯性环节，称作给定滤波环节，让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。把电流环单独拿出来设计时，首先遇到的问题就是反电动势产生的交叉反馈作用，它代表转速环输出量对电流环的影响。实际系统中的电磁时间常数一般都远小于机电时间常

44、数，因而电流的调节过程往往比转速的变化过程快得多，也就是说，比反电动势E的变化快得多，反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似地认为E基本不变。这样在设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态作用，将电动势反馈作用断开。再把给定滤波和反馈滤波两个环节等效地移动到环内，最后和一般都比小得多，可以看成一个惯性环节。取，电流环结构图最终简化成图2-9。图2-9 简化后的电流环动态结构框图 电流环的一项重要作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而在突加控制作用时不希望有超调、或者超调量越小越好，因此一般多按典型I型系统来设计电流环。 电流环的控制对象是双惯性的，采用PI调节器，其传递函数可写成 (2-14)式中 K；为电流调节器的比例系数；一为电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点对消掉控制对象的大时间常数极点，选择 (2-15)则其中电流环开环增益： (2-16)比例系数取决于所需的W和动态性能指标。在一般情况下，希望超调量时，查相关资料，可取阻尼比，因此 (2-17)再根据上两式得