双闭环直流调速系统课程设计

双闭环调速系统的工作原理及其调试一、双闭环调速系统的分析1．双闭环调速系统的原理图图2-1 转速、电流双闭环调速系统ST ——转速调节器 LT ——电流调节器 SF ——测速发电机LH ——电流互感器 gn U 、fn U ——转速给定和速度反馈电压2．双闭环调速系统的工作原理采用双闭环调速系统即可保证在起动过程中，起动电流不超过某一最大值，而使电机和可控硅元件不会被烧坏，又能保证稳态精度，这主要是依靠电流环和转速环的作用。

3．KZS-1型晶闸管直流调速实验装置其面板布置图如图2-2所示。

4．转速调节器STST 的作用是在起动过程中的大部分时间里，转速调节器ST 处于饱和限幅状态，转速环相当于开环，系统表现为恒值电流调节的单环系统，只有转速超调后，ST 退出饱和后，才真正发挥线性调节作用，使转速不受负载变化的影响。

ST 能将输入的给定和反馈信号进行加法、减法、比例、积分微分等运算，使其输出量按某种规律变化，其原理电路如图2-8所示。

图2-2 面板布置图图2-3 转速调节器（ST ）原理电路图ST 采用集成电路运算放大器组成，它具同相输入和反相输入两个输入端，其输出电压与两个输入端电压之差成正比。

2端为给定输入端，1端为反馈信号输入端。

搓在运算放大器输入端前面的阻抗为输入阻抗网络。

接在反相输入端和调节器输出端之间的网络为反馈阻抗网络。

改变输入与反馈阻抗网络参数，就能得到各种运算特性。

反向输入端与调节器输出端之间的场效应管起零速封锁作用。

零速时56端为零电平，场效应管导通，调节器输出锁零，56端为-15V 时，场效应管关断，调节器投入工作。

输出采用二极管箍位的外限幅电路。

电位器1RW 用以调节正向输出限幅值，电位器2RW 用以调节负向输出限幅值。

5．电流调节器LT电流调节器LT 的作用是保证在各种正常工作的条件下不发生过电流，在起、制动情况下维持电流恒定。

达到怛流起、制动，从而加快了起、制动过程。

在电网电压波动时，由于LT 反应快可以很快予以制止，减小了电网电压波动时对转速的影响，提高了抵抗电网电压波动能力。

LT 与ST 类似，也是由运算放大器组成，其原理电路图如图2-4所示。

1端为电流负反馈信号输入端，62端为过流保护及推 信号输入端，当其输入为“1”态时，LT 输出负向限幅。

4端和7端为正向、反向电流给定输入端。

6端和9端为正向、反向电流给定电子开关控制信号输入端，晶体管T4与T5组成电子开关。

图2-4 电流调节器（LT ）原理电路图晶体管T2和T3构成互补输出电流放大级。

当T2、T3基极电位为正时，T3管（PNP 型晶体管）截止。

T2管（NPN 型晶体管）和负载荷构成射极跟随器，如T2、T3基极电位为负时，T2管截止，T3管和负载构成射极跟随器。

1RW 为调零电位器、2RW 调节正向输出限幅值，3RW 调节负向输出限幅值。

钮子开关NK 为限幅电路的电源切换开关，反馈网络中的场效应管是封锁调节器用的。

6．转速反馈环节SFSF 的作用是将测速发电机输出的电压变换成适合于控制系统的电压信号，原理电路图如图2-5所示。

图2-5 转速反馈环节（SF ）原理电路图测速发电机输出的信号加在1ZS 、2ZS 两个输入端。

然后分二路输出，一路经电位器1RW 到转速表，另一路由电位器2RW 的滑动端输出，作为转速反馈信号，同时也作为零速封锁时反馈转速的电平信号。

7．电流反馈环节LF 及过电流保护GLLF 的作用是与交流电流互感器配合检测晶闸管变压器流进线电流。

以获得与变流器电流成正比的直流电压信号，零电流信号和过电流逻辑信号等。

其原理图如图2-6所示。

图2-6 电流反馈环节（LF ）及过电流保护（GL ）原理图电流互感器的输出接至端子1LQ 、2LQ 、3LQ 三相桥式整流后分三路输出： ①由3R 、4R 串联后取中间信号作为零电流检测信号；②由电位器2W R 的滑动端输出作为电流负反馈信号；③由电位器4RW 的滑动端输出与过电流保护电路连接受能力作为过电流信号。

过电流保护环节GL ，当主回路电流超过整定值后，由4RW 上取得的过电流信号使稳压管1DW 击穿，三极管2T 由截止变为导通，继电器J 通电动作，其常闭触点串在主回路接触器C 的线圈回路中，使C 断电释放断开主电路。

另外J 的常开触点2J 闭合，继电器自锁，常开触点1J 闭合使过电流信号指示灯XD 点亮。

过电流时，三极管2T 由导通变为截止，端子与输出一个高电位至电流调节器输入端作为过电流时拉 信号。

二、锯齿波触发电路锯齿波触发电路包括有同步电压形成，移相控制、脉冲形成和放大以及输出控制四个环节。

1．锯齿波触发电路的工作原理。

①同步电压的形成其电路工作原理图如图2-7所示。

a)原理电路图 b)同步电压形成环节各点波形图※1．负偏电位器只公用一个 2．接线柱U 粒及42、43六块触发板并联后引一只接线柱图2-7 锯齿波触发最电路正弦同步电压U 同经1D 加到电容1C 上，在U 同负半调时的下降段2D 导通，U 同对1C 充电。

1C 的端电压1C U 跟随U 同变化；U 同经过负向最大值之后电压回升，但由于1C 经1R 反向充电时间常数较大，使1C U 低于U 同，1D 截止。

随着1C 反向充电，1C U 逐渐上升由负变正，当1C U 达到1.4V 左右时，三极管2T 才导通，故2T 的截止时间大于 180达到 240。

由2R 、3R 、5R 、2W R 及1T 组成的恒流电路在2T 截止阶段对电容2C 进行恒流充电，2C 端电压2C U 线性上升，且到2T 导通后2C 通过5R 放电。

因此2C 两端形成底宽为 240左右的正锯齿波电压，此电压经过3T 射极跟随器输出，其波形如图2-7(b)所示。

②移相控制环节控制信号U 控经8R 、偏移信号U 偏经9R ，锯齿波同步信号（T 3射极输出信号）经R 7在T 4基极进行综合。

并对锯齿波同步电压时行垂直控制。

当综合后的合成电压U b4（T 4基极电压）大于0时T 4由截止转为导通。

T 4集电极电位由正变为0。

此电位的突变将通过脉冲形成环节产生触发脉冲。

在U 偏一定的情况下改变U 粒的大小即能改变脉冲的相位。

③脉冲形成和放大当T 4由截止变为导通时，由于电容C 3两端电压不能突变，于是C 3和D 3交点处产生负脉冲，使T 5截止从而使T 6或T 7（对应42接地或43接地）导通产生触发脉冲。

功率放大后的脉冲经脉冲变压器输出。

此触发电路可以产生单脉冲或双脉冲。

通常使用双脉冲触发。

把触发器U 去端接前面触发器U 来端。

而U 来端接后面触发器的U 去端。

这样C 3产生负脉冲时，一方面使T 5截止，同时又通过U 去端及前面触发器的D 5使前面触发器的T 5截止产生补脉冲，同样与后面的触发器产生负脉冲时，也经U 来端送到T 5基极使T 5截止产生补脉冲。

因而形成相位差 60的双脉冲触发，脉冲宽度在 15左右。

④输出控制T 6、T 7的射极不直接接地，而是经42.43端接到逻辑控制器相应输出端。

当42或43端为低电位时，功放管可以导通即可输出脉冲。

当出现高电位或悬空时，功放管无法导通即脉冲封锁。

2．整流变压器与同步变压器的联接为使系统能正常的工作，必须解决同步问题，为此必须正确连接整流变压器和同步变压器。

变压器的接线端如图2-8所示。

a.整流变压器b.同步变压器图2-8 变压器的接线端图主变压器接成Y/Y-12，原边接到交流电源。

付边三个75V 端分别接到KZS-1装置上的A 1、B 1、C 1三端，付边三个210端连在一起，这样付边输出的电压为210伏端与75伏端的电压，即为210-75=135伏。

所以加到三相桥式可控整流电路的相电压为135伏，所以可控整流装置输出的直流平均电压为αcos 13534.2U d ⨯=，取 30min =α，则最大输出电压为 30cos 13534.2U 2⨯==273伏，这一电压值是满足直流电动机额定电压220伏要求的。

其主变压器联接图及矢量图如图2-9所示。

图2-9 主变压器联接及其矢量图同步变压器也接成Y/Y-12，其联接及矢量图如图2-10所示，原边绕组的220伏的三个端点，分别与主变压器的付边A 、B 、C 三点相联。

付边绕阻的中点相联，分别用-a 去触发可控硅整流装置A 相中的承受正向电压的可控硅，用+a 去触发A 相中的承受反向电压的可控硅。

+b 、-b 、+c 、-c 依此办理。

图2-10 同步变压器联接及矢量图在主变压器与同步变压器都接成Y/Y-12的接法，又是用a U -去触发A 相中的承受正向电压的可控硅的情况下，可见同步变压器的相电压a U -是落后于整变压器A ，相电压 180，它们的矢量图可见图2-11(a)所示。

图2-11同步变压器相电压落后于整流变压器相电压 180，是否能满足两者同步的要求呢？我们说是可以满足要求的，这可用图2-11(b)来说明，因为我们知道锯齿波底宽为 240，即使底宽两端各去掉 30，还有 180底宽。

这 180足够移相范围的需要，而使a 控制角在 0～ 180间移相，所以这种联接是可以的。

3．锯齿波触发电路的调试为使六只可控硅触发导通的时刻相同，它们的锯齿波斜率必须相同，为此要进行斜率调整。

①首先根据预先准备的主变压器和同步变压器组别联接好主变压器和同步变压器，并把触发电路接上电源。

注意：主变压器这里只能用Y/Y 接法，同步变压器的原边与主变压器付边相联接。

②用双线示波器观察主电路电压和同步变压器输出端电压的波形。

检查是否满足所需相位关系。

注意：测量主电路电压波形时，应使用衰减的探头。

③用示波器观察触发电路各点波形（A 、B 、C 、D 点）看其是否正常，此时端子42或43接地。

④用示波器测量锯齿波的幅度，并调节各自的斜率电位器，使每个触发器的幅度均为7伏。

这样斜率就基本相同了，为了更精确也可以以一个触发器的斜率为准（幅值为7V ）再用示波器的另一个探头分别调试其余五个锯齿波的斜率，使之与它重合。

既然两者重合了锯齿波的斜率肯定也就相同了。

为测出锯齿波的底宽，可以使它与正弦波形相比较，如图2-12所示。

图2-12 正弦波与锯齿波底宽比较图⑤将给定输出接到U 控接线柱（即U K ）上，改变给定电压的大小观察脉冲移相情况。

如观察双脉冲之间的距离不为 60时，则说明斜率没有调整好，需要重新调整发出补脉冲的触发电路的斜率。

⑥U 偏（即U P ）整定：在U K =0时，调节U P 的电位器，同时观察示波器上的波形，使触发脉冲在距正弦波电压零点 130出现（即控制角 100=α。

这样整定后，当U K =0时，输出平均整流电压U d =0电动机转速为零）。

⑦改变U K ，用示波器观察控制角α的变化情况，记录)(U k f =α数据，并画出移相控制特性曲线)(k U =α。