逻辑控制无环流可逆调速系统设计毕业论文.doc

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1、毕业设计题 目 直流电动机无环流可 逆调速系统设计 专 业 电气工程与自动化 班 级 2008级（2）班 学 生 郑凌峰 指导教师 杜军 重庆交通大学 2012 年前 言电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。由于半导体技术在电力电子学和模拟及数字电子学方面的迅速发展，促使了电力拖动自动控制系统的日新月异。采用电力拖动自动控制系统，一方

2、面可以把人们从繁重的体力劳动中解放出来，自动地把电能变换成所需要地机械能，另一方面也可以把人们从信息处理地繁杂的事务工作中解脱出来。因此，应用电力拖动自动控制系统可以具有以下一些优点：首先是改善生产过程中的工作条件、节约劳动力和减少原材料和能源的消耗；其次是提高生产设备的利用率、可靠性安全性及其寿命，减少故障率和重大故障的可能性；最后对于某些因生产工艺和环境条件等原因造成的不能或不宜由人进行控制的场合，可以实现过程控制等方式。 本设计的主要研究对象是直流电动机无环流可逆调速系统，以及此系统基于MATLAB的仿真研究。 本设计共分为六章，第一章主要介绍电力拖动系统的基本概况；第二章介绍了系统的主

3、要原理及方案的选择；第三章主要是主电路的参数计算与保护设计，第四章主要介绍控制电路的设计，第五章介绍了MALLAB的基本信息，第六章介绍了系统的仿真模型和结果。目 录前 言2摘 要IAbstractII第一章绪论11.1选题的目的及意义11.2直流传动系统概述11.2.1电力拖动的基本概述11.2.2 直流传动控制系统发展概况21.2.3 无环流调速系统简介21.2.4 控制系统的计算机仿真31.3设计主要内容41.4论文的结构4第二章 系统总体设计方案52.1系统方案选择52.1.1供电电路选择52.1.2调速方案的选择52.1.3可逆方案的选择62.1.4 控制方案的选择62.2系统原理7

4、第三章主电路设计103.1 整流电路计算103.2保护设计113.2.1过电压保护113.2.2过电流保护12第四章 控制电路设计134.1控制系统工作流程134.2晶闸管触发电路134.3电流调节器的设计144.3.1电流调节器的作用154.3.2电流调节器的结构154.3.3电流调节器的时间常数164.3.4电流调节器的实现164.3.5电流调节器的参数计算174.3.6电流调节器额近似条件检验184.3.7电流调节器的电阻和电容计算184.4转速调节器设计184.4.1转速调节器的作用194.4.2转速调节器的传递函数194.4.3转速调节器器结构的选择194.4.4转速调节器的实现21

5、4.4.5电流调节器的时间常数214.4.6电流调节器的参数计算224.4.7转速调节器的近似条件检测224.4.7转速调节器的电阻和电容计算234.5无环流逻辑装置的设计234.5.1逻辑控制器的工作原理234.5.2逻辑控制器的组成244.5.3 DLC输入输出逻辑控制表26第五章MATLAB的基本知识285.1MATLAB的介绍285.2 MATLAB（Sumilink）的介绍295.3 Simulink 使用305.3.1 Simulink定义305.3.2 Simulink的模块库介绍305.3.3 Simulink功能模块的处理30第六章系统建模及仿真326.1 逻辑无环流可逆调速

6、系统的建模326.1.1逻辑控制器的建模与封装326.2.2整个逻辑系统建模336.2.系统主要仿真参数346.3仿真波形356.3.1逻辑无环流可逆系统工作情况356.3.2逻辑控制器的输入输出信号37结论39致 谢40参考文献41摘 要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，它是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握直流系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速

7、来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。在许多生产机械中，常要求电动机既能正反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。运用了一种基于Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法，实现了转速电流双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真。重点介绍了无环流逻辑切换装置及其建模，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，实验结果表明仿真结果非常接近理论波形，可信度较高。关键词:逻辑无环流可逆调速;直流电机;Matlab仿真A

8、bstract The DC motor has a good starting and braking performance, easy to smooth the governor, in a broad range has been widely applied in the field of high-performance controllable electric drive. DC drive control systems in the theory and practice more mature, it is the foundation of the AC Drive

9、control system should first master the DC system. The control of physical quantities from the production machinery, electric drive automatic control system has a speed control system, position servo system, tension control system, multi-motor synchronous control system and other types, a variety of

10、systems are often by controlling the speed to achieve, and thus the speed control system is the most basic drag control systems. In many production machinery, and often require the motor not only rotating, but also rapid braking, you need four-quadrant operation characteristics, must be reversible s

11、peed control system. This article describes the basic principle of logic without circulation reversible DC drive system and its components, and control circuit calculation and design. Use based on Matlab Simulink and Power System Toolbox, system-oriented electrical schematic block diagram simulation

12、 new method to achieve the speed of current dual closed-loop logic circulation DC SR System Modeling and Simulation. Highlights without circulating logic switching devices and their modeling, DC SR system simulation model and simulation results and experimental results show that simulation results a

13、re very close to the theoretical waveforms, high credibility.Keywords: logic circulation reversible speed; DC motor; Matlab simulation第一章 绪论1.1选题的目的及意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控 制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。直流电动机具有良好的起制动性能，

14、易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该掌握好直流系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。在许多生产机械中，常要求电动机既能正反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不是很高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直

15、流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究有实际意义在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节并且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制性.尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位. 由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动速系统的主要形式。1.2直流传动系统概述1.2.1电力拖动的基本概述现代工业生产中，大多数生产机械都采用电力拖动。随着生产

16、科学技术的发展，电力拖动及其自动化得到不断的发展。电力拖动系统为电气与机械综合的系统。它由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置四部分组成。电动机及其供电电源的作用是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能转化成所需要的运动形式并进行传递与分配；执行机构是完成生产工艺任务的；电气控制装置是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用或进行更高层次的自动化控制。随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统在准确性、快速性、经济性、先进性等方面提出愈来愈高的要求，因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化得到不断的发展。电力拖动系统的发展，亦按着从低级到高级、从简

17、单到复杂的一般规律。电力拖动自动化在新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的推动下，发生了巨大的变革。由单机自动化本身高层次的发展，扩展到生产过程与管理的自动化。电力拖动自动化的发展，为工业发展和科学技术进步打开了更广阔的前景。1.2.2 直流传动控制系统发展概况长期以来，直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但就反馈闭环控制的机理来说，直流电动机的传动与控制理论和实现都是交流电动机传动控制的基础，从根本上说，由于直流电动机电枢和磁场能独立进行激励，而且转速和输出转矩的描述是对

18、可控电压（或电流）激励的线性函数，因此，容易实现各种直流电动机控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，这也是直流机长期主导传动领域的原因。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术法杖很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，还是应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类

19、型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。1.2.3 无环流调速系统简介许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统。采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流。这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几

20、个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的

21、可能。至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向。若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于信号。同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要看工作桥又没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路。可见，只要用信号极性和电流“有”、“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥。基于这种逻辑判断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。1.2.4 控制系统的计算机仿真计算机仿真是指以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型。计算机仿真通过对计算机输出信息的分析与研究，

22、实现对实际系统运行状态和演化规律的综合与预测。它是分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手段，在工程设计、航空航天、交通运输、经济管理、生态环境、通信网络和计算机集成等领域中有着广泛的应用。计算机仿真基本内容包括系统建模、仿真算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。随着计算机仿真与技术的发展，目前各个科学与工程领域均已开展了仿真技术的研究。系统系统仿真技术已经被公认为是一种新的试验手段，在科学与工程领域发挥着越来越重要的作用。MATLAB语言是当前国际上自动控制领域的首选计算机语言。MATLAB中的Simulink提供的面向框图的仿真即概念性仿真功能，使得

23、用户能容易地建立复杂系统模型，准确地对其进行仿真分析。Simulink的概念性仿真模块允许用户在一个框架下对含有控制环节、机械环节和电子电机环节的系统进行建模与仿真，这是目前其他计算机语言无法做到的。1.3设计主要内容 本次设计的主要内容是直流电动机无环流可逆调速系统设计，直流电动机无环流可逆调速系统主要有错位控制无环流和逻辑控制两种方式，本次设计采用的是逻辑控制无环流的方式。主要针对主电路和控制电路进行设计。设计的难点在于控制电路，在控制电路设计中详细描述电流调节器，转速调节器，和逻辑控制器的设计方案。最后在MATLAB中对本次设计进行仿真模拟，得出仿真结果与理论值进行比较。1.4论文的结构

24、本设计共分为六章，第一章主要介绍电力拖动系统的基本概况；第二章介绍了系统的主要原理及方案的选择；第三章主要是主电路的参数计算与保护设计，第四章主要介绍控制电路的设计，第五章介绍了MALLAB的基本信息，第六章介绍了系统的仿真模型和结果。第二章 系统总体设计方案2.1系统方案选择2.1.1供电电路选择考虑到整理负载容量较大，且要求直流电压的脉动较小，所以选择三相整流电路，其中三相整流电路主要是三相零式整流电路和三项桥式整流电路。其中三项桥式整流电路应用最为广泛。它的特点是当要求最大整流输出电压相同时，电源相电压可较三相半波式整流电路小一半，因此显著减轻了对变压器和可控硅的耐压要求；变压器副边绕组

25、中电流没有直流分量，同时变压器每相在两个半波内均导电，因此利用率较高；输出整流电压脉动率小，所以平波电抗器就可以小一些。鉴于以上，并考虑到本台装置为探讨省掉平波电抗器进一步简化可控硅传动装置的可能性，不致由于整流电压脉动率大因而严重影响直流电动机的换向等，故决定采用三相桥式整流电路，针对现用的220伏直流电动机采用一台整流变压器，由于变压器的隔离作用，也提高了系统运行的可靠性。鉴于三相半控桥通常用于不可逆拖动系统中，故本拖动系统采用三相全控桥整流供电方案。2.1.2调速方案的选择 调节电动机的转速有三种方法：调节电枢供电电压U、改变电枢回路电阻R和减弱励磁磁通。改变电枢回路电阻R来调速比较简单

26、，控制设备不复杂，但调速范围不大，调速平滑性不高，并且是有级调速。采用弱磁调速优点是在功率较小的励磁电路中进行调节的话，控制方便，能量损耗较小，平滑性较高，但是弱磁调速在额定转速以上调节电动机的n不可能太高，它受电动机的机械强度及换向限制。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，其主要特点是：在整个调速范围内均有较大的硬度，此种方法的调速范围较宽，如采用各种反馈或转速控制系统，调速范围可达几百至几千。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，在额定转速以上作小范围的弱磁升速。因此，本次设计采用的调速方案是调节

27、电枢供电电压U。2.1.3可逆方案的选择 根据电机理论，改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能改变直流电机的旋转方向。因此系统的可逆线路有两种方式：1电枢反接可逆线路：电枢反接过程快，控制方法简单，调节过程迅速。在空载或负载转矩时也能得到稳定转速，使电机能平滑地起动和工作在四个象限，能实现回馈制动，而且控制功率较小。但需要较大容量的晶闸管装置；2 励磁反接可逆线路：励磁反接的反向过程慢，控制相对复杂，但需要的晶闸管装置的容量相对较小。图2-1反并联可逆基本线路2.1.4 控制方案的选择由于本系统需要正、反转运行，且动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系

28、统难以满足要求。如果采用开环系统，静差率无法达到系统要求的。所以，控制系统采用典型的转速、电流双闭环系统，转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转矩控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。2.2系统原理系统的主电路采用两组整流器反并联，系统由逻辑控制器控制。控制电路由转速调节器、电流调节器、逻辑控制器等组成，且两组整流器分别由两个电流调节器控制，其中反组整流器VR的电流调节器ACR2输入经过了倒相器AR，以确保两组整流器的控制角=。两组整流器的工作或封锁由逻辑控制器控制，它按照系统的工作状态指挥正、反组的自动切换。TG：永磁式直流测速发电

29、机 DLC：逻辑控制器 TA:三相电流传感器ASR:转速调节器 LD：平波电抗器 ACR电流调节器 VR、VF：正反组三相整流桥 GTR、GRF：正反组晶闸管触发电路 A：反相器 图2-2 逻辑无环流可逆调速系统原理图（1）正向运行：当开关S与+10V接通时，Usn的极性为（+），在起动过程中Un=（Usn-Ufn）0,使Usi呈（+）极性，设此时逻辑控制器DLC发出的控制器Ublf为“0”，正组处于工作状态；Ublr为“1”，反组处于封锁阻断状态；并设此时电枢电流Id极性为（+），电动机正转。系统处于正向运行状态。（2）反向运行：当S突然与+10V断开，而与-10V接通，此时Usn极性变号成

30、为（-）极性，而电动机依靠惯性仍在正向运行，因而Usn极性未变仍是负极性；这样使Un变为数值较大的负电压Un0，此电压使速度调节器ASR的输出电压Usi的数值急快下降并变号呈现（-）极性。这时，随着Usi绝对值的下降，将使Id不断下降（Id=Usi/），电磁转矩Te下降（Te=KtId），电动机转速n下降。当电流Id下降至零，逻辑控制器LC的输入端同时出现Usi极性变号（+）（-）及Id=0两个信号时，DLC将发出逻辑切换指令，使Ublf由“0”变为“1”，正组被封锁阻断；Ublr由“1”变为“0”，反组开始投入运行。由于反组开通工作，将使电枢电流反向流动。电动机的电磁转矩Te也将反向。由于此

31、时电动机依靠惯性仍在正向转动，这样电磁转矩Te将与转速n反向，形成制动作用，使电动机转速n迅速下降。这时的电动机成为发电机，通过反组整流桥向电网回馈电能。此时系统处于回馈制动状态。随着电动机的转速迅速降至零，并且在已经反了向的电磁转矩的作用下，将开始加速反向运行，这一加速过程一直要到电动机转速升到新的给定值n、 Un=0时为止，系统重新处于平衡状态，此时系统处于反向运行状态。至此，电动机反向过渡过程完成。表2.1 逻辑无环流可逆调速系统正反组切换指令给定电压（Usn）Usn（+）切换处Usn（+）Usn（-）切换处|Usn（-）|速度调节器输出（Usi）Usi（-）Usi（+）Usi（+）Us

32、i（-）电枢电流（Id）Id（+） Id=0 Id（-）Id（-） Id=0 Id（+）表2.2 电动机的四象限运行V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行反向制动电枢端电压极性+-电枢电流极性+-+电机旋转方向+-电机运行状态电动回馈发电电动回馈发电晶闸管工作的组别和状态正组整流反组逆变反组整流正组逆变电磁转矩Te方向+-+电磁转矩Te性质驱动制动驱动制动能量转换状态吸取能量回馈电网吸取电能回馈电网晶闸管控制角190290机械特性所在象限一二三四第三章主电路设计3.1 整流电路计算 整流输出电压U的波形在一周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/

33、6周期）进行计算即可。以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时的平均值为U=2.34Ucos （3-1）考虑到I引起的的各种电压降有4种：变压器的电阻压降IR，其中R为变压器的等效电阻，它包括变压器的二次绕组本身的电阻一级一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻；晶闸管本身的管压降U，它基本上是一恒定值；电枢电阻压降IR；由重叠角引起的电压降3XI/（2）.此时整流电路直流电压的平衡方程为U=E+RI+U （3-2）I由一般直流电机的数据计算得I=305A。另外考虑整流电源内阻压降及电网电压波动，通常还需要再增加，由于（3-2）式可得U=1.15（220+20.9）=255V。

34、U=以触发角为30来计算，U=126V所以根据要求。变压器的各项数据为副边线电压 U=U=1.732126V=218V副边电流 I=0.816I=0.816305=249A副边功率 P=3UI=3126249KVA=94KW晶闸管额定电压 U=（23）2.45U=640V955V晶闸管额定电流 I=（1.52）0.368I=168224A3.2保护设计在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、等措施也是必要的。3.2.1过电压保护 在交流侧采用整流式阻容保护。阻容保护电路的RC直接接于线路之间，平时支路中就有电流流动，电流流过电阻必然

35、要造成能量的损耗并使电阻发热。为克服这些缺点可采用整流式阻容RC保护电路，阻容式RC保护电路如图所示。图3-1整流式保护电路三相交流点经过二极管整流桥变为脉动直流电，经过R1给C充电，电路正常工作无过电压时电容两端保持交流电的峰值电压，而后整流桥给电容回路提供微弱的电流，以补充电容放电所损失的电荷。由于与C并联的R2阻值很大，电容的放电非常慢，因此整流桥输出的电流也非常小。一旦出现过电压，过电压的能量被电容吸收，电容的容量足够大，可以保证此时电容电压的数值在允许范围之内，从而也使电流电压不超过额定值。过电压消失后，电容经R2放电使两端电压恢复到交流电正常的峰值。3.2.2过电流保护 过电流保护

36、采用快速熔断器 桥臂处的快速熔断器参数，系数取1.3，晶闸管额定电流取中间值200额定电流=1.3I=1.3200A=260A环流快速熔断器参数额定电流=1.3I=1.3A=396.5A第四章 控制电路设计4.1控制系统工作流程 在逻辑控制无环流直流可逆调速系统中，两组晶闸管的触发电路是否输出脉冲由逻辑控制器DLC控制。而逻辑控制器DLC的输入端分别连接转速调节器ASR的输出U和电流的反馈信号U，即逻辑控制器DLC根据这两个信号来控制两组晶闸管开通或者关断。具体顺序归纳如下：由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向。由转速调节器输出反映这一转矩的极性，并由逻辑装置对该极性进行判

37、断，然后发出切换开始的指令。使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。由零电流检测器得到零电流信号后，经 延时，确认电流实际值为零，封锁原导通侧整流桥的触发脉冲。由零电流检测器得到零电流信号后，经 延时，确保原导通侧整流桥晶闸管完全阻断后，开放待工作侧整流桥（例如反组桥）的触发脉冲。电枢内流过与切换前反方向的电流，完成切换过程。图4-1控制系统工作流程图 4.2晶闸管触发电路晶闸管在正常工作时，有如下特性：1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。3）晶闸管一旦导通，门极就是去控制作用，不

38、论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用是使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。根据晶闸管的这种特性，通过控制晶闸管的导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。 在三相桥式全控整流电路的原理图如下： 图4-2三相桥式全控整流电路原理图对此，可以看出三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求：6个晶闸管的脉冲按VTVTVTVTVTVT的顺序，相位依次差60；共阴极组VT VT VT的脉冲依次差120，共阳极组VT VT VT也依次差120；同一相的上下 两个桥臂，脉冲相差180。 在整流电路和闸启动过程中或电流断续时，为确保电路

39、的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。为此采用的方法是双发触发脉冲，在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉冲替代宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为2030。4.3电流调节器的设计 按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展。在双闭环系统中，应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看做是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。4.3.1电流调节器的作用 当负载电流达到最大值以后，由于转速调节器达到保护，电流调节器起主要调节作用，系统电流无静差，并且得到过电流的自动保护。电流调节器作为内环调节器，在转速调节的过程中

40、，它使电流随着外环调节器的输出量变化。同时它也对电网电压的波动起到抗干扰的作用。在转速动态过程中，电流调节器保证了能活的电机允许的最大电流，从而加快了动态的过程。当电机过载甚至堵转的情况下，它能有效的限制电枢电流的最大值，电机回复正常，便能快速启动。总的来说这个系统对电机的可靠运行起很大的作用。4.3.2电流调节器的结构 首先考虑应该把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用是很有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。为此，电流环应以跟随性能为

41、主，即应选用典型的I型系统。电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成 (4-1)式中：电流调节器的比例系数； 电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点与控制多项的大时间常数极点对消，选择则电流环的动态结构框图便成为图4-3所示的典型形式，其中图4-3校正成典型I型系统的电流环动态结构框图图4-4绘出了校正后电流环的开环对数幅频特性。图4-4 校正后电流环的开环对数幅频特性4.3.3电流调节器的时间常数.整流装置滞后时间常数 ，三相桥式电路的平均失控时间 。.电流滤波时间常数 ，三相桥式电路每个波头的时间是 ，为了基本滤平波头，应有，

42、因此取 。.电流环小时间常数之和 ，按小时间常数近似处理，取4.3.4电流调节器的实现 采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器，其原理图如4-5所示，途中U为电流给定电压，为电流负反馈电压，调节器的输出就是控制电压U。图4-5 含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器根据运算放大器的电路原理，可以很容易得导出 (4-2) (4-3) (4-4)4.3.5电流调节器的参数计算取电流调节器超前时间常数 时间常数T=0.03s，T=0.18s电流反馈系数考虑系统响应的快速性，并兼顾到电流超调尽量小的原则，取于是，ACR的比例系数4.3.6电流调节器额近似条件检验电流环截止频率：.晶闸管整流装

43、置传递函数的近似条件，满足近似条件。.忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件，满足近似条件。.电流环小时间常数近似处理条件，满足近似条件。4.3.7电流调节器的电阻和电容计算运算放大器取，各电阻和电容值为 取 取 取按照上述计算参数。电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。4.4转速调节器设计4.4.1转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快的跟随给定电压变化，稳态时可以减小转速误差，如果采用PT调节器，则可以实现无静差（2）对负载变化起抗扰作用（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流（4）双闭环调速系统的静特性在负载电流小于I时表现为转速无静差，这是转

44、速负反馈起主要调节作用。4.4.2转速调节器的传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节，为此，需求出它的闭环传递函数。可知忽略高次项，W（s）。 (4-5)接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为U（s）, 因此电流环在转速环中应该等效为 (4-6)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。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，这是内环控制的一个重要功能。4.4.3转速调节器器结构的选择把电流环的换成等效环节后，整个转速控制系统的动态结构框图如图4-6所示图4-6转速控制系统的动态结构框图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，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中，则转速环结构框图可简化成图4-7图4-7 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理转速环开环传递函数应共有两个积分环节，应该设计成典型II型系统，这样系统同时也能满足动态抗扰性能号的要求，ASR也应该采用PI调节器，不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构框图如图4-8所示图4-8 校正 后的典型II型系统转速调节器的参数包括和，按照典型型系统的参数关系有： (4-7)