毕业设计（论文）-PLC实现横切机组定尺停剪的自动控制系统设计

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1、中文摘要本设计系统采用PLC实现横切机组定尺停剪的自动控制系统，本设计重点是对剪前夹送辊直流调速系统的设计。本系统生产过程首先将钢板卷翻开，然后矫直，由引料板包装入库，PLC控制系统将完成操作连锁及保护，控制活套量，剪前夹送辊速度及按定尺长度剪切等功能。生产工艺流程：吊卷 上料小车 开卷机 直头机 引料辊 13辊矫直机 活套台 剪前送料辊 横切剪 输送辊道 抛料辊 垛料台 包装入库。本设计调速系统采用直流电机，通过调节电枢供电电压来实现。所以采用的是调压调速方案。主回路采用三相桥式全控整流电路。控制回路，整体控制方案采用逻辑控制无环流可逆调速系统。逻辑无环流即任何时候只有一组晶闸管工作，另一组

2、被封锁。可逆调速系统即给电动机提供二个方向的电枢电流，使电动机正转工作，反转制动快速停车。电流调节器采用PI调节器，保证在起制动过程中，电枢通过允许最大恒定电流以实现“时间最优控制。速度调节器采用PI调节器，可实现正、反转、加减速过程中对速度的无级调节。电流变送器与电流互感器配合，取得的过流信号，使继电器线圈停电，主回路中常闭触头断开，断开主回路，起到过流保护作用。给定积分器保证电动机起、制动、调速过程中，以恒加速度运行，使系统平稳。本系统触发电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路。另外还配有零速封锁器，作用是当调速系统出于停车状态，封锁调节系统中所有调节器，以免停车时，各放大器零漂，引起可控硅

3、整流电路有输出，使电动机爬行。关键词：生产过程 工艺流程 调速 三相桥式全控整流 逻辑无环流 动态参数计算目 录第1章 前言1.1概述21.2生产工艺21.3系统运行要求及参数31.4系统直流电动机的型号及参数3第2章 系统调速、主回路及控制方案确实定2.1调速方案32.1系统主回路4三相桥式全控整流电路原理4三相桥式全控整流电路优点52.3控制方案5总体方案5逻辑无环流系统5电流调节器10速度调节器10电流变送器与过流保护11给定积分器12零速封锁器13触发器14第3章 主回路局部分析与计算3.1主回路参数的计算及元件选择19 进线电抗器的参数计算及选择19可控硅元件参数计算及选择19平波电

4、抗器的选择203.2主回路保护元件的计算与确定21过电压保护21过流保护24晶闸管电压上升率和电流变化率的限制25第4章 控流系统动态参数计算4.1电流环的设计及计算274.2速度环的设计及计算29第1章 前 言1.1概述本系统采用PLC实现横切机组定尺停剪的自动控制系统。PLC是一种数字控制运算的操作电子系统，专为工业环境下应用设计的。PLC自动控制系统具有结构简单、造价低、定尺范围大、控制参数便于改等优点，仅适用于新设备的设计，还适用于旧设备的改造。PLC可编程序控制器是一种高级顺序控制器，由ROM和RAM作存储单元记忆元件，采用微处理器作为中央控制器，完成逻辑、记数、移位等功能。PLC可

5、编程序控制器有许多不同于顺序器的优点，首先PLC只使用简单程序语言或继电器梯形图，这种描述方法简单直观，不要求操作者是高等技术人员。其次，PLC是采用指令编排的，配有很多开关量、模拟量输入、输出接口，而且还有程序控制、显示记录装置，本身还具有自诊断能力。再其次，它可以在不起动生产机械情况下，采用模拟电压输入检测机器运行情况。由于PLC具有顺序控制的一般功能，程序控制、位置控制，PID调节功能，所以它适用于一切生产控制。1.2生产工艺生产过程将钢板卷翻开，然后矫直，由引料板包装入库。PLC控制系统将完成操作联锁及保护、控制活套量、剪前夹送辊速度及按定尺长度剪切等功能。生产工艺流程吊卷上料小车开卷

6、机直头机引料辊13辊矫直机活套台剪前送料辊横切剪输送辊道抛料辊垛料台包装入库。机组技术性能1钢板材质：碳素钢、低合金钢2被剪切的钢板强度极限：dS392N/mm23板卷尺寸：内径 f600f760mm外径 f1100f2150 mm 钢板厚度 212.7 mm 钢板宽度 9001900 mm4板卷最大重量：43.7t5机组速度：0.25m/s6被剪切板卷的温度401.3系统运行要求及参数活套量控制：保证在一个剪切周期内，充套量等于消套量。假设：充套量消套量，造成堆钢充套量消套量 造成拉钢速度特性曲线图12Vj机组速度 Lbc:bc段钢板运行长度 Lcd:cd段钢板运行工度Vg剪前夹送辊速度 L

7、de:de段钢板运行长度1.4系统直流电动机的型号及参数型号：Z418031额定功率 37KW直流额定电压为 440V电枢额定电流 Id=97.5A额定转速为 2000r/min励磁功率 1350W电枢回路电阻 0.346电枢电感 6.8MH磁场电感 6.34Mh =83.6% GD2=1.92125%=2.4kgfm2第2章 系统调速、主回路及控制方案确实定2.1调速方案直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以一般关键电动机都采用直流电动机。直流电动机的转速表达式为：2-1n直流电动机转速U直流电动机电枢电压I直流电动机电枢电流R电枢回路总电阻励磁磁通Ke由电动机决定的

8、电势常数由式21得三种调速方案（1） 改变电枢回路总电阻R（2） 减弱电动机磁通（3） 调节电枢供电电压Ud针对以上三种方案，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，所以本设计采用调压调速方案。2.2 VM系统主回路三相桥式全控整流电路原理目前在各种整流电路中应用最广泛的是三相桥式全控整流电路，六个晶闸管，其中三个晶闸管VT1、VT3、VT5阴极连在一起，称为共阴极组；阳极连在一起的三个晶闸管VT2、VT4、VT6称为共阳极组。1每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。2对触

9、发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序,相位依次差60;共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT2、VT4、VT6也依次差120。3在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。可采用两种方法：一种方法是使脉冲宽度大于60，称为宽脉冲触发；另一种方法是，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，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，称为双脉冲触发。三相桥式全控整流电路优点1在一个周期内变压器绕阻中没有直流磁势，而且每相绕阻在正、负半波都有电流通过，提高了变压器的导电时间。（2） 输出

10、电压相同情况下，三相桥式晶闸管要求的最大正、反电压可以比三相半波线路中的晶闸管低一半。3三相桥式变压器二次绕阻每相电流有效值比三相半波时高，说明变压器利用率提高了。4变压器绕阻的电流没有直流分量，一次、二次侧电流以波形完全相同。所以，本设计采用三相桥式全控整流电路。2.3控制方案总体方案本系统采用无环流可逆调速系统。本系统采用双闭环串级调速系统，以此来提高动态性能。内环为电流环，外环为速度环。为了实现静态无静差，速度调节器和电流调节器均采用比例积分调节器，又为了保证在启动、制动及调速过程中，转速以恒值加速度平衡变化，要增加给不定期积分器。为防止系统停车后因运放“零点漂移引起的电机“爬行现象，特

11、设零速封锁装置，以保证系统可靠停车。为了检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与交流器电流或正比的直流电压信号，零电流信号经过电流逻辑信号等，而设置了电流变送器。又为了把测速发电机输出电压变换为适合控制系统的电压信号而设置了速度变送器。逻辑无环流系统 .1逻辑无环流可逆高调速系统方框图 .2逻辑无环流装置系统的工作原理如图，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR。1ACR的给定信号Ui*经反号器AR作为2ACR的给定信号。无环流逻辑控制器DLC是系统的关键部件，它指挥系统的自动切换，不容许两晶闸管同时开放，确保主电路有环流。解发脉冲零位整定在f0=r0=90采用 =b

12、 移相方法，用DLC来控制两触发脉冲的封锁和开放。.3本系统对逻辑无环流控制器的要求1由电流给定信号Ui*改变极性和零电流检测信号Ui0共同发出逻辑切换指令。当Ui*改变极性，且零电流检测器发出“零电流信号时允许封锁，原工作组开放另一组。2发出切换指令后，须经过封锁延时时间TdbL后，才能封锁原通组脉冲，再经过开放延时时间Tdt后，才以开放另一组脉冲。3无论在任何情况下，两组晶闸管绝对不允许同时加触发脉冲，当一组工作时，另一组的触发脉冲心须被封锁住。.4无环流逻辑控制器系统组成DLC输入为电流给定或转矩极性信号和零电流检测信号，输出是封锁正组和反组脉冲信号。可由电平检测，逻辑判断、延时电路、联

13、销保护四个根本环节组成。1电平检测器是一种模数转换器。输入是模拟量，输出为“1”或：“0”两种状态的数字量。一般由带正反响的运算放大器组成。 原理图 结构图 继电特性Uexm1,Uexm2正向和负向饱和输出电压；Uin1,Uin2输出由正翻到负和由负翻到正所需的最小输入电压。DLC中设立“转矩极性鉴别和：“零电流检测，两个电平检测器。分别将电流给定的极性和电流是“零或“非零转移成相应的“1”或“0”数字量，供逻辑判断用。Ui*为速度调节器输入信号UT为转矩极性的输出信号“1”态表示正向转矩,用+10V表示“0”态表示负向转矩，用0.6V表示转矩极性鉴别器DPT输入输出特性Uio为电流互感器输出

14、零电流信号主电路有电流时Uz为“0”，Uio下降到0.2V 左 右Uz “1”；Uz为零电流检测器的输出信号，同理“1”态用+10V表示，“0”态用-0.6V表示。零电流检测器DPZ输入输出特性这里，电平检测器输出饱和值+10V和-6V，可通过设置正、负限幅电路得到，零电流检测器特性回环偏在纵轴的右侧，可在输入端增设偏移电路来实现。2逻辑判断电路其任务是根据两个电平检测器的输的输出信号UT和UZ经运算后，正确地发出切换信UF和UR，UF和UR均有“1和“0两种状态，现假定该指令信号为“1态时开放脉冲，“0态时封锁脉冲。归纳各种情况下逻辑判断电路的输入输出状态如下：a. 输入信号转矩极性鉴别Te

15、=+,即Ui*=时，UT=“1Te=，即Ui*=+时, UT=“0”零电流检测 有电流时,UZ=“0; 电流零时, UZ=“1”。b. 输出信号:封锁正组脉冲，UF=“0 封锁反组脉冲，UR=“0；开放正组脉冲，UF=“1开放反组脉冲，UR=“1。根据可逆系统电动机运行状况，列出逻辑判断电路各量之间的逻辑关系于下表：逻辑判断电路各量之间的逻辑关系运等状态转矩极性电枢电流逻辑电路输入逻辑电路输出TeUi*UTUZUFUR正向起动+01110+有1010正向运行+有1010正向制动+有0010+00101+有制动0001反向起动+00101+有0001反向运行+有0001反向制动+有1001+01

16、110+有制动1010逻辑判断电路真值表UTUzUFURUTUzUFUR111001011010000100101001逻辑判断电路图3延时电路在逻辑判断电路发出切换指令UF、UR之后，必须经过封锁延时tdbl和开放延时tdt,才能执行切换指令，因此，无环流逻辑控制器中必须设置延时电路。DLC原理图延时电路局部4联锁保护电路联锁保护原理图正常工作时，UF、UR是一个为“1另一个为“0，这时联锁保护环节的与非门输出A点电位始终为“1态，那么实际的脉冲封锁信号Ublf和Ublr与UF和UR相同，总能封锁一组脉冲。当发生UF和UR同时为“1故障时，联锁保护环节中的状态与非门输出A点电位即变为“0态，

17、将Ublf和Ublr都拉到“0，使两组脉冲同时锁起。这样，就可防止两组晶闸管同时处于整流状态而造成短路的事故。电流调节器适用于可控硅传动系统中，对其输入信号进行多种运算，以使其输出量按某种预定规律变化。由运算放大器、两极管限幅、互补输出的电流放大级输入阻抗网络、反响阻抗网络等组成。电流调节器原理图图中，两极管限幅器由电阻R16、D4、D5和电位器W2、W3组成，晶体管T2和T3互补输出的是电流放大级，接在运算放大器例相输入端和调节器输出端间的网络为反响阻抗网络。接在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。电流调节器是靠给定信号与反响信号偏差积累进行控制的，电流环调节作用可保证在起、制作过程中

18、，电枢通过允许最大恒定电流以实现“时间最优控制，对包在环内的各种扰动作用及时进行调节，有效地进行抑制，电流以调节器调节快、跟随性好。速度调节器采用PI调节器，由运算放大器、二极管限幅器、反饥阻抗网络组成。其输入端有两条支路。给定积分器输出给本级的速度给定信号，由测速发电机输出的反响信号。 ASR既能到达稳态无静差，又能保持快速性，同时在动态波特图上得到高频衰减特性，有利于系统稳定。在起动过程中，ASR输出饱和限幅值通过电流内环，实现快速最优控制。负载波动时通过ASR调节器而转速根本不变。调节给定大小，阶跃信号正、负，可实现正、反转及加减速度过程中对速度的无级调节，从而满足生产工艺要求。速度调节

19、器原理图图中两级管限幅是由电阻R7、两级管D3、D4和电位器W1、W2组成，当运算放大器输出高于P1点电位时，D3导通，如运算放大器输出电压低于P2点电位时，D4 导通，无论是正限幅，还是负限幅，多余的电压均落在电阻R7上。电流变送器与过流保护1、电流变送器与电流互感器配合，检测可控硅变流器交流进线电流，以获得与变流器电流或正比的直流电压信号，零电流信号经过电流逻辑信号等。(过流保护线路)电流互感器的输出接至输入端LQ、LQ2、LQ3，经过三相桥式整流后，加至aR3、R4相串联后取中间信号，作为零电流检测信号。b通过W3的动触点的输出，作为电流负反响信号，反响强度由W3的电位器进行调节。c通过

20、W4与过流保护相联，作为过流信号。2、过流保护由W4上取得的过流信号，超过稳压管DW1稳压值，使晶体三极管T1由截止变导通，结果使继电器J的线圈得电，继电器J由释放变为吸引，它的常闭触点串在主回路接触器C的线圈回路中，使接触器C释放，断开主电路，另外通过继电器J的常开接点J2，使继电器J线圈自保，通过常开接点J1闭合，使XD点亮，作为过流信号指示之用。给定积分器给定积分器由两只运放构成，第一级接成高放大倍的比例器，采有同相端输入。有两个输入量，一个是给定量，另一个是反响信号；第二级接成积分调节器，采用反相端输入。当Ugd为正阶跃信号时，Ugn为负值。且其特性曲线为如图的变化规律。图中ad段、c

21、d 段由于PI 调节器的作用按线性渐增或渐 降，这样就保证了电动机在启动、制动及调速过程中以恒加减速度运行，此系统能平稳地按生产工艺要求平滑地调速。给定积分器特性曲线零速封锁器LSF零速封锁器作用是当调速系统处于停车状态即速度给定电压为零，同时转速也确为零时，封锁调节系统中的所有调节器，以防止停车时，各放大器零漂，引起可控硅整流电路有输出，使电机爬行的不正常现象。零速封锁器由两个山形电平检测器和开关延时电路组成。原理图及输入输出特性如下：(零封锁电路原理图)LSF前半局部别由线性集成电路JL1和JL2组成两个山形电平检测器。输出正向电压无限幅，约为+12V，输出负向电压为-0.7V。LSF的后

22、半部为开关延时电路。由图可见，当Ugd为零，Ufn也为零时，两个检测器输出均为“1，那么与门YM输出为“1，经过一段时间延时至转速确为“0时，非门FM输出为“0，那么T三极管截止，输出端USL为高电平，USL接至各种零速封锁的场效应管3DJ的控制栅极，那么各个场效应管均导通，将需要封锁环节的输入端与输出端短接，这样就防止了运放零漂引起电机爬行了。触发器触发器的组成和工作原理本触发电路可分成三个根本环节：脉冲形成与放大、锯齿波形成和脉冲移相、同步信号。此外，此电路还有强触发和双窄脉冲形成环节。1脉冲形成与放大环节如后图，脉冲形成环节由晶体管T4、T5组成，放大环节由T7、T8组成。控制电压Uk加

23、在T4加在T4的基极上，电路的触发脉冲同脉冲变压器BM二次输出，其次绕组是接在T8集电极电路中。当控制电压Uk=0时，T4截止。+E1电源通过R11供应T5足够大的基极电流，使T5饱和导通，所以T5集电极电压UC5接近于-E1。T7、T8处于截止状态无脉冲输出。+E1电源经R9、T5基射结到-E1电源，对电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1。同步电压为锯齿波的晶体管触发电路当控制电压UK+0.7V时，T4导通，A点电位下降，T5基极电位下降，T5截止。T7、T8导通，输出触发脉冲。此时电容C3放电和反向充电T5基极电位又逐渐上升，直到Ub5-E，T5又复导通，T7、T8又截止，输出脉冲终

24、止。R13和R16为T7、T8管的限流电阻，防止由于T5长期截止，致使T7、T8长期过流而损坏。2锯齿波形成和脉冲移相环节a锯齿波形成的方案很多。本设计锯齿波采用恒流源电路。电路由T1、T2、T3和C2等元件组成，其中T1、Dw、RM、R3为恒流源电路。当T2截止时，恒流源电源JC1对电容充电，所以C2两端电压为UC2： 因为i=I1是恒定电流 说明随时间线性增长也就是T3其波电位Ub3按线增长,调节电位器RW1,可改变C2的恒流充电电流I1C。因此RW1用来调节锯齿波斜率。当T2导通时，C2经R4、T2放电使Ub3电位迅速降到零伏左右，形成锯齿波的下降段。当T2周期性地关断导通Ub3便形成锯

25、齿波，Ue3也是一个锯齿波电压，射极输出器T3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压的影响。b.移相控制当T4导通时，T7T8发生脉冲，而T4管基极电位即由锯齿波电压Ue3，直流控制电压，UK和直流偏移电压U0迭加值确定。其中，UK用于产生移相，改变a角。UP确定初始相位角，一般OUP-E1。确定初始a角，即Ud=0V，Uk=0V时a角。根据迭加原理，分析b4点的波形，忽略T4管的存在，只考虑锯齿波电压UC3时，Uh仍为一锯齿波，但斜率比Uc3低。只考虑偏移电压Up时，Up仍为一与Up平行的一条直线。只考虑直流控制电压Uk，可见Uk仍为一条平行UK的直线。一般调节a角的方法：首先将Uk调为零，然

26、后调Up大小，使M点正好对应a=90点，此时Up+ Uh=0，；输出电压零Ud=0，正常工作状态调节，在Uk=0V、a=90，初始状态已确定，Up固定。I.在Uk0时，M点前移至M，对应的a90，这时输出电压Ud0V，处于整流的工作状态。.当在Uk0时图中易见，M点后移至M，对应a90，这时输后移至M，对应a90，这时输出电压Ud0V，处于逆变工作状态。锯齿波触发电路各晶体管波形锯齿波触发器各闸管波形图3同步环节 触发电路必须在某一只晶体闸管正处在交流正半涉及时加脉冲，才能保证其正常从阻断到导通，要求锯齿波的频率与电源频率相同，锯齿波是由开关T2管控制的，T2由导通变为截止期间产生锯齿波，T2

27、截止持续时间就是锯齿波的宽度，T2开关的频率就是锯齿波的频率，要使触发脉冲与主回路电源同步。就是T2开关的频率与主回路电源频率同步就可到达。它是由同步变压器BT和作同步开关的晶体管T2组成。同步变压器与主回路接在同一电源，用同步变压器的二次流电压来控制T2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。就是T2开关的频率与主回路，电源频率同步就可到达。它是由同步变压器BT和作同步开关的晶体管T2组成。同步变器与主回路接在同一电源，用同步变压器的二次交流电压来控制T2的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。T2截时间越长，锯齿波越宽，其宽度由R1C1所决定。4双窄脉冲形成双窄脉冲是晶闸管

28、桥式整流电路的特殊要求，两个脉冲要求间隔60，欲实现这个要求有两种方法，一种是“外双脉冲线路，一种是“内双脉冲线路。本设计采用“内双脉冲线路，每个触发单元一个周期内输出两个脉冲，这种电路虽增加两只晶体管，但输出级功率得到减小。为了得到内双脉冲输出，在主回路为三相桥式全控整流电路，元件的导通次序为T1，T2，T3，T4，T5和T6。彼此间隔60，因此接线方法如下：以T1元件的触发单元而言，线路中的Y端应接T2元件触发单元电路的X端，因为T2元件的第一脉冲比T1元件的第一脉冲带后60，所以当T2触发单元电路的T4由截止变导通，本身输出一个脉冲同时给T1元件补送一个脉冲。同时，T1元件触发元件电路X

29、端应接T6触发元件电路的Y端。最后本系统同步变压器为双线圈，分别接成Y/Y-6和Y/Y-12组别形成，在同步信号锯齿波时，无须滤波环节，那么六只晶闸管任何一只都存在Uta与T1的电源电压Ua相差180，Uta落后Ua180，按此原那么T2Tb的同步电压可以全部确定。第3章 主回路局部分析与计算3.1主回路参数的计算及元件的选择进线电抗器的参数计算及选择本系统要求电压与电网电压根本一致，可省支整流变压器，所以本系统的晶闸管装置经过“进线电抗器与电网直接连接，而且所串入进线电抗器LT在数值相当于整流变压器漏抗，组成了一个滤波环节，限制了作用于晶闸管的电压变化率，同时LT也起到限制短路电流的作用。进

30、线电抗器LT近似地可按下式计算：UK%：与晶闸管装置容量相等的整流变压器短路比U2：交流侧相电压有效值 Ud:直流电动机额定电压所以， (取KB=3.9，根据查表)可控硅元件参数计算及选择.1可控硅元件额定电压选择晶闸管在主回路中与三相电源相连，利用其单向可控导电的特性把三相义流电变为可控的直流电输出给负载。一般调节控制角a越小，输出直流电压Ud越高，反之，a角越大，Ud越低。由于晶闸管对过电压承受能力差，因而选择额定电压为其正常工作电压的23倍作为平安余量。UTN=23Um，且Um=2 3=6 U2上式已求出U2=220V，其中U2为相电压，Um为线电压峰值。因此：UTN=236U2=236

31、220=1347V选取UTN=1500V.2整流晶闸管的额定电流ITa选择由于整输出端所接负载常需用平均电流衡量其性能，晶闸管的额定电流用一定条件下的最大通态平均电流来标定。三相全控桥式整流电路中：Id=97.5A I2=0.816Id=79.56A由于晶闸管的过载能力比一般电磁元件小，当使晶闸管器件不因过热而损坏，流经器件的实际电流有效值乘以平安系数1.52倍，才能确定晶闸管允许电流有效值，于是得有效值。Kb共阴极或共阳极支路数，三相桥式Kb=3Ita=2KfbId Kfb=0.368这里选晶闸管额定电流Ita=100A平波电抗器的选择.1限制输出电流脉动的电感量Lm，其作用是在整流装置的输

32、出端串联电抗器，使输出电压中的交变分量根本上降落在电抗器上，输出电流中的交变分量减少，而负载能够得到比拟稳定的电压和电流。限制电流脉的电感量Lm计算分式为： 其中，U2电源相电压有效值 Id额定负载电流平均值fd和由变流技术查表得所以，.2使电流连续的电感量Ls当晶闸管的控制角较大、负载电流以小到一定程度时，会出现电流不连续现象。这对电动机负载是很不利的，它将使晶闸导通角减少，且使直流电动+机的机械特性变软。通常由于直流电动国机电枢的电感较小，不能满足电流续的要求，故在晶闸管的输出电路中接入与负载串联的电抗LL，为使输出电流连续的电感量，称为临界电感量。LL=KLIdmin：使电流连续的最小负

33、载电流，选取Idmin=5%Id.3电动机电感量LD和变压器漏感LB因为LD已给出LD=6.8mH,故不算。用进线电抗器等效变压器的LB选取LB=LT=0.44mH.Lm=19.16(mH) LD=6.8(mH)LB=LT=0.44(mH) LL=31.28(mH)所以限制电流脉动实际电感量Lma为Lma= Lm-LD+2LB=19.16-6.8+20.44=11.48(mH)临界电感量LLa=LLLD+2LBLLa=31.276.8+0.88=23.59(mH) 一般取La=24(mH)3.2主回路保护元件的计算与确定过电压保护为了使晶闸管长期可靠工作，除了充分有余地合理选择晶闸管外，必须针

34、对过电压过电流产生的原因，采取恰当的保护措施。所谓过电压，即晶闸管在工作时正常承受最大峰值电压，凡超过Um对晶闸管均属过电压，产生过电压的原因有三种：操作过电压，由于晶闸管装置在拉闸，合闸等电磁过程引起的过电压，这种情况经常发生阻容保护。由于雷击而产生的浪涌过电压一般采用压敏保护。由于晶闸管本身关断产生的过电压一般阻容保护。以过电压保护的部位分：有交流侧保护、直流侧保护和器件保护。过电压保护按用处不同分为避雷器阻容保护、硒椎保护、压敏保护等。.1交流侧过电压保护1阻容保护：将三组由电阻与电容串联得到的组件分别并联在交流电源A、B、C三相，接成Y型，这样可把变压器铁芯的磁场量转化为电容器电场的能

35、量储存起来，由于电容量两端电压不能突变，所以可以有效地抑制过电压。串联电阻的目的是为了在能量转化过程中消耗局部能量，并且抑制LC电路中的振荡。计算交流侧过电压保护电容C和电阻R有公式为：C6 i% S：变压器每相平均电容量U2：电源相电压有效值R2.3 i0%：变压器励磁电流百分数UK：变压器短路比由S1=U2I2COS30=17.5(KVA) S=U2I2=21.45(KVA)10-1000KVA时，对应i0%为10-410-1000KVA时，变压器UK%是5-10%i0%取10，UK%取5所以C610 取22FR2.3RC=2210-64.5=99s 5sUC:正常工作时电压有效值，UC=

36、U2=220V电容耐一般取1.5Ve=330V所以取电容的交流耐压为400V。主电路阻容过电压保护为了降低电阻上的温度,电阻功率选PR=150W，最后确定选用45、150W的电阻与耐压400V、220F相串联的三相组件并接在电源上。2非线性电阻保护当发生雷击或更高的浪涌电压时，虽有阻容保护仍会突破允许值，因此还需加设非线性电阻保护。它们有接近于稳压管的伏安特性，能把浪涌电压抑制在晶闸管允许范围内。非常性电阻又分为两种：一种是硒堆，一种是压敏电阻，由于硒堆存在“贮存老化问题，所以采用压敏电阻保护。它是由氧化锌，氧化铋等烧结而成的显而易见线性电阻元件，压敏电阻有正、反向相同的很陡的伏安特性，正常工

37、作时漏电流很小，故损耗小，遇过压时，可通过上千安的放电电流Iy。因此 ，过电压能力强，除此，它对浪涌电压反响快，而本身体积小，是一种较好的过电压保护元件。缺点是持续的平均率很小或太小。当发生过电压过，用压敏电阻保护，电压被抑制到残压Uy，由于通过较在的放电电流Iy，所以能把浪涌的能量消耗，浪涌以后一切正常。压敏电阻的伏安特性压敏电阻的特性参数：漏电流为1mA时，额定电压UimAUimA Um-压敏电阻承受的额定电压峰值(r)：电网电压升高系数，一般=1.051.10取1.10，系数取0.89所以，UimA 取UimA=760V.2直流侧过电压的保护1当快速熔断器熔断，直流电抗所贮能量释放时，会

38、产生过电压。2由于直流侧快速开关切断过载电流时，变压器贮能的释放产生过电压。交流保护装置虽适当地抑制这种过电子压，但变压器空载时所贮能量大，过电压还会通过导通着晶闸管反映到直流侧来。直流侧过电压采用阻容作保护，会使系统快速性不能到达指标要求，应尽可能地不采用阻容保护，所以我们采用压敏电阻保护，以防止直流过电压，根据直流电动机额定电压及参考电动机额定电流，选择型号为VYJ-1型压敏电阻一只并联在整流装置的直流电压输出端。.3晶闸管关断过电压保护晶闸管关断过电压和元件的阻容保护如下图，T1、T2把a、c相的交流线电压送到直流侧，当T1导电120，T3被触发导通，T2、T3把b、c相交流线电压送到直

39、线侧，同时T1受反向Uab 须关断，当电流Ia降为零，晶闸管内部仍残存着载流子，在反向电压作用下，将产生反向电流ia，使残存的载流子恢复，这时晶闸管立即关断即t3时刻，这时di/dt很大，变压器漏抗LB产生过电感LB 作用在晶闸管T4上，此电压数值可达工作峰值电压的56倍，为此在晶闸管两端并联阻容，使ia通过RC支路而续流那么可以减少很多，从而抑制了过电压。由系统ITa=100A，取C=0.25uF,R=20C的交流耐压为UC2Um/ns=Um：正反向电压峰值取U2，ns：串联器件的支数所以，UC2选1000V；R的功率为这里取PR=4W f电源频率最后，选择0.25f/1000V的电容与20

40、1/4W的电阻串联，共12组别并联在每个晶闸管的两端。过流保护当负载短路或过载时，电流数值很大，而切断时间稍慢，就会造成晶闸管损坏。产生过电流的原因有： a.生产机械过载 b.晶闸管直流侧短路 c.可逆系统中产生环流和逆变失败，某一器件击穿短路引起相邻器件过电流等。过电流保护措施有三种：1) 在交流进线中串联电抗器LT，以限制过电流。进线电抗器LT1的作用及计算前已述及。2) 在交流侧经电流互感器接入过电流继电器，可在发生过流故障时，跳开交流主接触器常开主触头，脱离交流电源，但对短路电流不能起到及时快速的保护。3) 用快速熔断器作为防止晶闸管过流坏保护元件，断流T10ms。快速溶断器安装在交流

41、侧、直流侧和与晶闸管相串联，本系统采用串联快熔。因流过它们的电流相同，故此种保护对器件保护作用最好、最平安。在选择与晶闸管串联的快速熔断器时，应主要考虑下述几个方面：1) 快熔额定电压线路正常工作电压的有效值。2) 按实际需要选择熔体的额定电流，安装熔体外壳称熔断器，熔断器的额定电流应大于或等于熔体电流。3) 快熔的额定电流指电流有效值 。通常，流过晶闸管的这际电流总小于晶闸管的额定电流，熔体的额定电流Ike可按下式选取：157ITaIKeJT 1.57Ita=1.57100=157(A)：起动时允许过载倍数, =1.5()即1.57IKR84.5(A) 取IKR=100A选额定电压750V

42、RLS型,螺旋式熔断器相配合100A的熔体组成的快熔保护装置,共12套,分别串入每只可控硅元件线路中。晶闸管电压上升率和电流变化率的限制.1电流上升率的限制产生过大可能性有以下两个原因：1交流侧由电网侵入晶闸管装置的过电压往往是前沿陡而幅值大，本系统无整流变压器，采用电源输入端串入数值相当于变压器漏感的进线电抗器LT，组成滤波环节，限制了作用于晶闸管的。2晶闸管换向的，此时产生会造成晶闸管误导通，防止方法：每个桥臂串一个桥臂电抗器LS1。.2电流上升率的限制产生可能过大的原因有四点。限制方法就是在每一桥臂上串一个电感LS2有效地抑制，据上面分析：LS1和LS2同串入一桥臂，所以将LS1和LS2

43、合并成为LS桥臂电抗器。此LS既起到限制又有限制的作用。根据保护回路确实定及计算，每只主晶闸管的保护元件电路图如下所示，其它11只主晶闸管和它完全相同，这里只画一只。单只晶闸管保护线路图第4章 控制系统动态参数计算本系统为逻辑无环流可逆双闭环系统，内环为电流环，速度环在外环。本系统要求不仅要有较好的稳态性能，而且要有良好的动态品质因数。所以本系统的电流和速度调节器采用PI调节器，它不仅能使系统稳态无静差，同时还提高了系统动态稳定性。本章通过选择调节器把系统较正成为理想的预期开环特性，使波特图中低频段增益高，高频段有良好的衰减特性，最终到达电动机速度能够按生产需要，连续平稳地调节的目的。本双闭环

44、的设计方法是先设计内环，后设计外环。4.1电流环的动态设计及参数计算电流环保持电枢电流不超过允许值，要求跟随性好，不希望有超调，或者超调越小越好。所以，本电流环按典型I系统设计。电流调节器环节动构图反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的忧动作用，认为E不变，E0，从而将电动势反响作用断开。得下列图：忽略电动势影响结构图再把给定滤波和反响滤波两个环节等效地移到环内，于是得下列图：最后，Ts和Toi一般都比TL小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个小惯性环节，T=Ts+Toi，于是得下列图：电流调节环最简结构图电流环设计典型I系统，其动态结构图和开环对数幅频特性如下列图：动态结构图开环对数幅频幅

45、特性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Ti=TL。 所以，参数计算：Ti=TS+Toi=0.0017+0.002=0.0037SL=LL=3.27mHR=RD+2RB+RDK+2RSCR=2.60.346=0.9电流调节器传函为 KI= 计算调节器电阻、电容，取R0=40K Ri=KiR0=1.3840K=55K 按上述参数，可到达动态指标，因此能满足系统要求，上升时间tr=4.72Ti=4.720.0037=0.0175(S) 本参数选择情况被称为一阶最正确系统。4.2速度环的动态设计及参数计算电流环设计好后，把它看作是转速环内的一个环节，求出其等效传函。电流环的等效传函

46、电流环选择典型I系经，取Ti=TL那么电流环近似为作为转速环的一局部，于是：(转速动态结构图)：转速反响系数，Ton：转速所滤波时间常数因为，所以电流Id-Ifz到转速n的传函为：转速环最简动态结构图图中，把滤波惯性节等效地移到转速环内，并用小时间常数之和即，简化动态结构图。转速调节器的设计及参数结构图。本系统要求速度必须到达很高的控制精度，就要求动态性能有很强的抗扰性，对超调量及跟随性差的要求次之，所以速度调节器按典型系统进行设计。设速度调节器传函为调速系统开放环传函：转速开环增益： 将速度环的动态结构图简化成典型II系统标准型：为了提高抗扰性能以h=5较好，=0.0684,电机GD2=1.92125%kg/m2=Vgmax/nmax=10/1000=0.01 取=40K所以,Rn=KnR0=5.34540=213.8K 取2.5K 用以上参数时，ASR退饱合超调量为： 所以，所以能够满足系统要求因为 W2=hw1=80.65=403 所以Wc=3W1=2418 于是得到校正后波特图波特图(转速闭环)空载恒流起动时间tq:相角裕量