孙啸：某冷轧机主传动直流调速系统设计
第3章 直流电动机调速反馈控制方案的确定
3.1 直流电动机调速反馈控制方案的选择
直流电机的调速控制方案多种多样，笼统的可以分为开环直流调速系统和闭环直流调速系统。
3.1.1 开环直流调速系统
Ugn开环直流调速系统是指直流电机转速n和给定电压之间没有任何直接的联系的调速系统。直接控制触发器的输出就可以直接控制晶闸管整流桥，就可以起到控制直流侧电压的目的，从而就可以实现平滑调速。其控制电路极其简单，在实验室中很容易实现，如果机床的设计对静差率要求并不髙，开环直流调速系统可以很好得满足要求。但是，开环直流调速系统没有反馈单元，控制精度不够高，无法应对实际生产中的各种干扰，这本设计中由于对控制精度要求较高，故不能采用开环直流调速系统。
3.1.2 闭环直流调速系统
闭环直流调速系统是指将输出量直流电机转速n反馈到输入端（反馈量还有其他形式），通过反馈环节来校正直流电动机转速构成闭环回路的调速系统。闭环直流调速系统能够很好得增加直流调速系统的调速性能。在对控制精度需求不高的情况下，可以采用单闭环系统，当对系统控制精度要求较高时就可以采用多闭环系统。闭环直流调速系统主要包含以下几种形式：
(1) 转速负反馈直流调速系统
转速单闭环系统可以形象地理解为开环直流调速系统的“闭环化”。该系统将与转速变化息息相关的电压信号作为反馈量。当给定值恒定时，闭环系统可以纠正直流电动机的转速偏差，当电网电压或电机负载产生波动时，直流电动机的转速可以被稳定在一定的范围内。转速负反馈直流调速系统是单闭环系统，较不带任何负反馈的开环系统更加得稳定。但是并不能达到本次设计的要求，因此不能使用本系统。
(2) 引入电流负反馈的直流调速系统
直流电动机在全压启动时，会产生很大的冲击电流，这会对电机和电子元件产生灾难性的影响，这是我们所要避免的。采用转速负反馈的直流调速系统在刚启动时与全压起动相同，这是不能被允许的，直流电机在被卡住或负载太大时，其就会无法转动，这样会导致会电枢中电流太大，会使保护装置动作，影响机床正常工作。而电流截止负反馈可以保持电流基本不变，起到保护电路的作用。
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铜陵学院毕业设计（论文）
(3) 双闭环直流调速系统
单闭环系统虽然可以在一定程度上实现电机的稳定运行，但是其都存在一定的缺点，如在对系统的调速性能要求高的地方，单闭环系统就显得力不从心了。转速负反馈环节只能控制电机的转速，在电机刚启动或者堵转时，其会导致电压过高，导致原件损坏；而电流负反馈环节只能对电流产生调节作用，它仅仅能在电流超出临界值时，使电流回归正常值。于是就出现了将二者结合起来构成双闭环来同时进行转速与电流的控制的系统，这套系统性能更好，可以很好得满足本次设计的要求，故本次设计将采用此直流调速方案。
3.2直流电动机调速反馈控制方案的设计
在选定了系统主电路方案的同时，根据系统设计的要求综合考虑将使用逻辑控制的无环流可逆调速系统。此系统中使用了两种调节器，用来进行电流与转速的控制，即使用了电流与速度负反馈双闭环，它们在一起共同工作，连接在一起。图3-1为其系统框图：
U*nUi*Uct
Ui图 3-1机床主传动调速系统的系统框图
在本系统中共有两个ACR，ACR1通过控制GT1来控制正组整流装置，ACR2通过控制GT2来控制反组整流装置，从而实现电机的可逆运行，ACR2的输入Ui*是通过ACR1的输入*经由反号器FH生成。根据本次设计机床的生产工艺要求，为了使轧制过程要保持机速Uc稳定，在起动过程中要求加减速恒定，直流电动机的转速将采用给定积分器来给定。在机床处于停机状态时，将使用锁0电路保证调节器输出电位锁在0电位，使机床能够可靠地停止。
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3.3 动态抗干扰性能分析
当我们在设计一个调速系统时，最先应该考虑的就是抗干扰的问题，而抗电网电压扰动与抗负载扰动是其中最应该优先考虑的问题。
3.3.1 抗电网电压扰动
调速系统在电网电压改变时也有可能会受到影响，因为在双闭环系统中存在着电流环，其能够在电网电压产生扰动时及时作出相应地调整，避免影响到电机的速度，能够大大提高调速系统的抗扰性能。所以电网电压扰动在双闭环系统中影响微乎其微，不用去理会。 3.3.2 抗负载扰动
当电机带动的负荷改变时，会使电机的速度发生变化，这对调速系统来说是不被原谅的，应该尽快对其进行校正。负载扰动并不属于电流环的管辖范围，所以其需要使用调节器ASR来对其进行纠正，所以当我们设计转速调节器ASR时，应尽可能地保证其抗负载扰动的性能。
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第4章 系统主电路及保护装置的参数计算
4.1主电路装置参数的计算与选定
4.1.1 整流变压器参数的计算
整流变压器能够提供给晶闸管整流桥合适的工作电压，并将其与交流电网分离开来，减少其对外界的干扰，保证生命财产的安全，整流电路图见图2-1。
(1) 为了能更好地减少晶闸管在工作时生成的三次谐波对电网产生的干扰，整流变压器将采用?Y方法来接线，这种接线方法可以有效地提高变压器的供电质量，同时抑制谐波。
(2) 变压器直流侧电压U2：
U2?Udmax?idR?n?UVT
CUkI2A?(cosamin?)I2A(4-1)
在这里我们取IdR?6V，管压降?UVT?1.5V，交流侧电压的波动系数??0.9，
amin?30，变压器短路时电压Uk?0.05，
U2?I2I2N?1，则：
220?6?2?1.5?129V
2.34?0.9?(cos30??0.5?0.05?1)(4-2)
实际取值为U2?140V。
(3) 变压器直流侧电压I2和交流侧电流I1：
I2?0.816Id?0.816?462?377AI1?I2U2U1?377?140380(4-3) (4-4)
?139A
(4) 变压器的容量S2：
(4-5) S2?m2U2I2?3?140?377?158KVA
因为本次设计使用的整流电路是三相桥式全控整流电路，所以,实际取值S=160KVA。
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(5) 根据以上计算变压器的各项数据如表4-1所示：
表4-1变压器的各项数据 相数 接线方式 容量 (KVA) 交流侧电压 (V) 交流侧电流 (A) 直流侧电压 (V) 直流侧电流 (A) 三相 ?/Y?11160 380 241 242 377
4.1.2 晶闸管的选择
(1) 晶闸管的正常工作时的电压uTN为：uTN?(2??3)uTN。
在本式中uYM?6?140，则：uTN?686??1029V，实际取值uTN?1000V (2) 晶闸管的额定电流ITN为：。
ITN在这里我们取Kfb?0.368，则：IKN?(1.5?2)?0.368?462?2?510?680A，实际取值?600A。
(3) 晶闸管的电压安全系数KV为：
KV?1000(6?140)?2.9 (4-6)
电流的安全系数Ki为：KI?600(0.368?462?2)?1.76。
根据上述分析综合考虑，在这里我们选择型号为KP600-10的晶闸管12个。
4.1.3 电抗器的计算
为了抑制晶闸管整流电路中的环流和电流脉动，我们在晶闸管整流电路中串联入电抗器。可以通过以下计算求得其电抗量L：
(1) 变压器漏感Li为：
Li?K1?Uk?U2?3.9?0.05?140?0.859mH
462Id(4-7)
(2) 直流电动机的电枢电感La为：
UN?103220?103La?19.1??19.1??0.4?17.2mH
Id2?2?426?530(4-8)
在三相桥式全控整流电路中，当整流电流开始工作时，变压器漏感Li与电枢电感量La之和为：
(4-9) ZL1?La?2?0.059?1.72?1.838mH
(3) 电抗量L为：
L?Lcr?(ZL1?La)?Kcr?U2?1.838?0.693?140?1.838?2.362mH(5%IN)Idmin
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