可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)謝海云

霍巖巖

摘 要：近幾十年來全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，其中能源和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，能源與人們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，制約著我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一直以來，直流電機(jī)以其自身的優(yōu)勢(shì)立足于變速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。無論是理論還是實(shí)踐，相對(duì)于交流調(diào)速來說，直流調(diào)速系統(tǒng)非常的成熟。所以文章結(jié)合自動(dòng)化電機(jī)的一些思想，結(jié)合理論設(shè)計(jì)出了可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；直流調(diào)速系統(tǒng)；電位調(diào)節(jié)器；IGBT

1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介

1.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成

與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)各種信號(hào)不同，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)利用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。單個(gè)調(diào)節(jié)器在進(jìn)行靜態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)固然可以，但是動(dòng)態(tài)性能不好，一個(gè)調(diào)節(jié)器雖然能同時(shí)調(diào)節(jié)兩種信號(hào)但卻不能保證動(dòng)態(tài)參數(shù)，無法達(dá)到很好的效果。但是運(yùn)用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)，克服了各種信號(hào)間的相互制約，可以使系統(tǒng)獲得更好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。具體結(jié)構(gòu)就是，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來控制轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的用電流調(diào)節(jié)器控制電流，兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間進(jìn)行串聯(lián)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)外環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均有一定的幅值限制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的幅值與系統(tǒng)所給的最大加速度的值有關(guān)，而電流調(diào)節(jié)器幅值與晶閘管所允許流過的最大電流有關(guān)。

1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

對(duì)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性而言，只需要考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器飽和還是不飽和兩種狀態(tài)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和也就是調(diào)節(jié)器達(dá)到幅值時(shí)，輸出為穩(wěn)定值，輸出量不隨輸入量的變化而變化。只有當(dāng)由于有反向的輸入量使得調(diào)節(jié)器退出飽和即不再是限幅值時(shí)，此時(shí)穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓總是趨近于零。

1.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

Kn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的比例系數(shù)；τn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)；

雙閉環(huán)調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能主要描述的是系統(tǒng)在給定輸入的跟隨性能和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入的抗干擾性能，把兩者綜合在一起就可以完整的表示一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在給定一個(gè)階躍輸入后由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器會(huì)經(jīng)歷不飽和，飽和，退飽三個(gè)階段。第一個(gè)階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由不飽和很快達(dá)到飽和，而電流調(diào)節(jié)器一般處于不飽和狀態(tài)以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。在第二個(gè)階段電流調(diào)節(jié)器仍舊處于不飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)，此階段電機(jī)進(jìn)行等加速度啟動(dòng)階段，處于恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)，若要滿足電流調(diào)節(jié)器不飽和，必須對(duì)晶閘管作出相應(yīng)的要求，晶閘管供電裝置的最大電壓必須有余地不能飽和。第三階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，轉(zhuǎn)速趨于恒定值。

在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中主要是電網(wǎng)擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)。負(fù)載擾動(dòng)在電流內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速外環(huán)之間，這種擾動(dòng)只能通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器抗干擾。而電網(wǎng)擾動(dòng)處于電流環(huán)內(nèi)，被電流環(huán)所抑制，涉及不到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。

2 系統(tǒng)總回路方案的確定

系統(tǒng)方案的選擇必須要以實(shí)踐為依據(jù)以理論為指導(dǎo)，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下采用合理的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)低成本高收益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求，從而保障我國經(jīng)濟(jì)快速健全的發(fā)展。系統(tǒng)方案的選擇涉及到以下幾個(gè)方面。

首先，是驅(qū)動(dòng)方案也就是專業(yè)上說的拖動(dòng)方案的選擇。前面已經(jīng)介紹到直流調(diào)速比交流調(diào)速更加的成熟，直流在很大的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，滿足了可逆冷軋街主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)方面的要求。由此，在可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用直流拖動(dòng)。

其次，在供電方面也有一定的要求。有一定電機(jī)專業(yè)知識(shí)的人都知道，實(shí)現(xiàn)可逆型冷軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)無級(jí)調(diào)速的最佳途徑便是調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。與傳統(tǒng)的離子拖動(dòng)系統(tǒng)相比，晶閘管變流供電裝置性能好而且較為可靠。但是晶閘管存在一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)：單向?qū)щ姡栽谑褂镁чl管供電時(shí)必須有保護(hù)電路，來避免因?yàn)檫^電流或者過電壓對(duì)其造成損害。該系統(tǒng)采用晶閘管供電裝置外加保護(hù)電路通過調(diào)壓達(dá)到調(diào)速目的。

然后，需要考慮整流電路的形式，三相半波整流電路雖然投資少，但是電壓波動(dòng)大，會(huì)產(chǎn)生電流的磁化現(xiàn)象，影響其利用率。而三相橋式整流電路雖然投資大，但基本不會(huì)有電流磁化現(xiàn)象，利用率高，所以在可逆冷軋機(jī)系統(tǒng)中采用三相全波整流。

最后，是系統(tǒng)的環(huán)流方案的確定，可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速無死角，能夠進(jìn)行快速而平滑的調(diào)速。

3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可逆冷軋機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涉及到以下一些方面：電流環(huán)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)，晶閘管電路的設(shè)計(jì)。

3.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)

首先要對(duì)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行簡化，然后再進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇以及參數(shù)的計(jì)算。電流環(huán)可以對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)起到很好的抑制作用，保證了系統(tǒng)的完美啟動(dòng)，而且當(dāng)電機(jī)過載時(shí)電流調(diào)節(jié)器可以起到很好的保護(hù)作用。

3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可以抑制負(fù)載的擾動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速無靜差。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值決定了系統(tǒng)的電流最大值。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于外環(huán)，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器來設(shè)計(jì)，根據(jù)可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已選好的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該系統(tǒng)超調(diào)速量值進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)的需要。

3.3 晶閘管電路的設(shè)計(jì)

在使用晶閘管作供電裝置時(shí)必須要有相應(yīng)的保護(hù)電路以防止晶閘管由于過電流或過電壓而損壞。保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。過電流保護(hù)電路可以使用接入快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)等等措施。過電壓保護(hù)電路可以在元件的兩端并聯(lián)RC電路，來防止元件由于換相過電壓而受到損害。

4 結(jié)束語

可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用了多環(huán)控制，內(nèi)環(huán)控制電流外環(huán)控制轉(zhuǎn)速，運(yùn)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器分別控制信號(hào)相結(jié)合，并設(shè)定相應(yīng)的限幅值，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。又使用晶閘管供電裝置供電，實(shí)現(xiàn)寬范圍的平滑調(diào)速。在設(shè)計(jì)時(shí)采用三相全波整流電路，避免了電流的磁化大大提高了利用率。可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的要求，符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，更加有利于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，33-160.

[2]劉東漢，陳學(xué)珍.基于AT89C51控制的直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)[J].微型計(jì)算機(jī)信息，2006，22（4-2）：13-15.

[3]王果，朱大鵬.直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法仿真[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，15（9-1）：25-27.

摘 要：近幾十年來全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，其中能源和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，能源與人們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，制約著我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一直以來，直流電機(jī)以其自身的優(yōu)勢(shì)立足于變速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。無論是理論還是實(shí)踐，相對(duì)于交流調(diào)速來說，直流調(diào)速系統(tǒng)非常的成熟。所以文章結(jié)合自動(dòng)化電機(jī)的一些思想，結(jié)合理論設(shè)計(jì)出了可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；直流調(diào)速系統(tǒng)；電位調(diào)節(jié)器；IGBT

1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介

1.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成

與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)各種信號(hào)不同，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)利用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。單個(gè)調(diào)節(jié)器在進(jìn)行靜態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)固然可以，但是動(dòng)態(tài)性能不好，一個(gè)調(diào)節(jié)器雖然能同時(shí)調(diào)節(jié)兩種信號(hào)但卻不能保證動(dòng)態(tài)參數(shù)，無法達(dá)到很好的效果。但是運(yùn)用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)，克服了各種信號(hào)間的相互制約，可以使系統(tǒng)獲得更好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。具體結(jié)構(gòu)就是，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來控制轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的用電流調(diào)節(jié)器控制電流，兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間進(jìn)行串聯(lián)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)外環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均有一定的幅值限制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的幅值與系統(tǒng)所給的最大加速度的值有關(guān)，而電流調(diào)節(jié)器幅值與晶閘管所允許流過的最大電流有關(guān)。

1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

對(duì)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性而言，只需要考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器飽和還是不飽和兩種狀態(tài)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和也就是調(diào)節(jié)器達(dá)到幅值時(shí)，輸出為穩(wěn)定值，輸出量不隨輸入量的變化而變化。只有當(dāng)由于有反向的輸入量使得調(diào)節(jié)器退出飽和即不再是限幅值時(shí)，此時(shí)穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓總是趨近于零。

1.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

Kn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的比例系數(shù)；τn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)；

雙閉環(huán)調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能主要描述的是系統(tǒng)在給定輸入的跟隨性能和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入的抗干擾性能，把兩者綜合在一起就可以完整的表示一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在給定一個(gè)階躍輸入后由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器會(huì)經(jīng)歷不飽和，飽和，退飽三個(gè)階段。第一個(gè)階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由不飽和很快達(dá)到飽和，而電流調(diào)節(jié)器一般處于不飽和狀態(tài)以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。在第二個(gè)階段電流調(diào)節(jié)器仍舊處于不飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)，此階段電機(jī)進(jìn)行等加速度啟動(dòng)階段，處于恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)，若要滿足電流調(diào)節(jié)器不飽和，必須對(duì)晶閘管作出相應(yīng)的要求，晶閘管供電裝置的最大電壓必須有余地不能飽和。第三階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，轉(zhuǎn)速趨于恒定值。

在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中主要是電網(wǎng)擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)。負(fù)載擾動(dòng)在電流內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速外環(huán)之間，這種擾動(dòng)只能通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器抗干擾。而電網(wǎng)擾動(dòng)處于電流環(huán)內(nèi)，被電流環(huán)所抑制，涉及不到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。

2 系統(tǒng)總回路方案的確定

系統(tǒng)方案的選擇必須要以實(shí)踐為依據(jù)以理論為指導(dǎo)，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下采用合理的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)低成本高收益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求，從而保障我國經(jīng)濟(jì)快速健全的發(fā)展。系統(tǒng)方案的選擇涉及到以下幾個(gè)方面。

首先，是驅(qū)動(dòng)方案也就是專業(yè)上說的拖動(dòng)方案的選擇。前面已經(jīng)介紹到直流調(diào)速比交流調(diào)速更加的成熟，直流在很大的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，滿足了可逆冷軋街主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)方面的要求。由此，在可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用直流拖動(dòng)。

其次，在供電方面也有一定的要求。有一定電機(jī)專業(yè)知識(shí)的人都知道，實(shí)現(xiàn)可逆型冷軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)無級(jí)調(diào)速的最佳途徑便是調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。與傳統(tǒng)的離子拖動(dòng)系統(tǒng)相比，晶閘管變流供電裝置性能好而且較為可靠。但是晶閘管存在一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)：單向?qū)щ姡栽谑褂镁чl管供電時(shí)必須有保護(hù)電路，來避免因?yàn)檫^電流或者過電壓對(duì)其造成損害。該系統(tǒng)采用晶閘管供電裝置外加保護(hù)電路通過調(diào)壓達(dá)到調(diào)速目的。

然后，需要考慮整流電路的形式，三相半波整流電路雖然投資少，但是電壓波動(dòng)大，會(huì)產(chǎn)生電流的磁化現(xiàn)象，影響其利用率。而三相橋式整流電路雖然投資大，但基本不會(huì)有電流磁化現(xiàn)象，利用率高，所以在可逆冷軋機(jī)系統(tǒng)中采用三相全波整流。

最后，是系統(tǒng)的環(huán)流方案的確定，可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速無死角，能夠進(jìn)行快速而平滑的調(diào)速。

3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可逆冷軋機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涉及到以下一些方面：電流環(huán)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)，晶閘管電路的設(shè)計(jì)。

3.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)

首先要對(duì)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行簡化，然后再進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇以及參數(shù)的計(jì)算。電流環(huán)可以對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)起到很好的抑制作用，保證了系統(tǒng)的完美啟動(dòng)，而且當(dāng)電機(jī)過載時(shí)電流調(diào)節(jié)器可以起到很好的保護(hù)作用。

3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可以抑制負(fù)載的擾動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速無靜差。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值決定了系統(tǒng)的電流最大值。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于外環(huán)，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器來設(shè)計(jì)，根據(jù)可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已選好的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該系統(tǒng)超調(diào)速量值進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)的需要。

3.3 晶閘管電路的設(shè)計(jì)

在使用晶閘管作供電裝置時(shí)必須要有相應(yīng)的保護(hù)電路以防止晶閘管由于過電流或過電壓而損壞。保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。過電流保護(hù)電路可以使用接入快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)等等措施。過電壓保護(hù)電路可以在元件的兩端并聯(lián)RC電路，來防止元件由于換相過電壓而受到損害。

4 結(jié)束語

可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用了多環(huán)控制，內(nèi)環(huán)控制電流外環(huán)控制轉(zhuǎn)速，運(yùn)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器分別控制信號(hào)相結(jié)合，并設(shè)定相應(yīng)的限幅值，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。又使用晶閘管供電裝置供電，實(shí)現(xiàn)寬范圍的平滑調(diào)速。在設(shè)計(jì)時(shí)采用三相全波整流電路，避免了電流的磁化大大提高了利用率。可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的要求，符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，更加有利于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，33-160.

[2]劉東漢，陳學(xué)珍.基于AT89C51控制的直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)[J].微型計(jì)算機(jī)信息，2006，22（4-2）：13-15.

[3]王果，朱大鵬.直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法仿真[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，15（9-1）：25-27.

摘 要：近幾十年來全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，其中能源和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，能源與人們的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，制約著我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一直以來，直流電機(jī)以其自身的優(yōu)勢(shì)立足于變速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。無論是理論還是實(shí)踐，相對(duì)于交流調(diào)速來說，直流調(diào)速系統(tǒng)非常的成熟。所以文章結(jié)合自動(dòng)化電機(jī)的一些思想，結(jié)合理論設(shè)計(jì)出了可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；直流調(diào)速系統(tǒng)；電位調(diào)節(jié)器；IGBT

1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介

1.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成

與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)各種信號(hào)不同，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)利用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。單個(gè)調(diào)節(jié)器在進(jìn)行靜態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)固然可以，但是動(dòng)態(tài)性能不好，一個(gè)調(diào)節(jié)器雖然能同時(shí)調(diào)節(jié)兩種信號(hào)但卻不能保證動(dòng)態(tài)參數(shù)，無法達(dá)到很好的效果。但是運(yùn)用兩個(gè)調(diào)節(jié)器來分別調(diào)節(jié)，克服了各種信號(hào)間的相互制約，可以使系統(tǒng)獲得更好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。具體結(jié)構(gòu)就是，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來控制轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的用電流調(diào)節(jié)器控制電流，兩個(gè)調(diào)節(jié)器之間進(jìn)行串聯(lián)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)外環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均有一定的幅值限制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的幅值與系統(tǒng)所給的最大加速度的值有關(guān)，而電流調(diào)節(jié)器幅值與晶閘管所允許流過的最大電流有關(guān)。

1.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

對(duì)于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性而言，只需要考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器飽和還是不飽和兩種狀態(tài)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和也就是調(diào)節(jié)器達(dá)到幅值時(shí)，輸出為穩(wěn)定值，輸出量不隨輸入量的變化而變化。只有當(dāng)由于有反向的輸入量使得調(diào)節(jié)器退出飽和即不再是限幅值時(shí)，此時(shí)穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓總是趨近于零。

1.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

Kn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的比例系數(shù)；τn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)；

雙閉環(huán)調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能主要描述的是系統(tǒng)在給定輸入的跟隨性能和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入的抗干擾性能，把兩者綜合在一起就可以完整的表示一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在給定一個(gè)階躍輸入后由靜止?fàn)顟B(tài)開始啟動(dòng)，啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器會(huì)經(jīng)歷不飽和，飽和，退飽三個(gè)階段。第一個(gè)階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由不飽和很快達(dá)到飽和，而電流調(diào)節(jié)器一般處于不飽和狀態(tài)以確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。在第二個(gè)階段電流調(diào)節(jié)器仍舊處于不飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)，此階段電機(jī)進(jìn)行等加速度啟動(dòng)階段，處于恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)，若要滿足電流調(diào)節(jié)器不飽和，必須對(duì)晶閘管作出相應(yīng)的要求，晶閘管供電裝置的最大電壓必須有余地不能飽和。第三階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，轉(zhuǎn)速趨于恒定值。

在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中主要是電網(wǎng)擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)。負(fù)載擾動(dòng)在電流內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速外環(huán)之間，這種擾動(dòng)只能通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器抗干擾。而電網(wǎng)擾動(dòng)處于電流環(huán)內(nèi)，被電流環(huán)所抑制，涉及不到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。

2 系統(tǒng)總回路方案的確定

系統(tǒng)方案的選擇必須要以實(shí)踐為依據(jù)以理論為指導(dǎo)，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下采用合理的設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)低成本高收益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能要求，從而保障我國經(jīng)濟(jì)快速健全的發(fā)展。系統(tǒng)方案的選擇涉及到以下幾個(gè)方面。

首先，是驅(qū)動(dòng)方案也就是專業(yè)上說的拖動(dòng)方案的選擇。前面已經(jīng)介紹到直流調(diào)速比交流調(diào)速更加的成熟，直流在很大的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，滿足了可逆冷軋街主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)在電機(jī)方面的要求。由此，在可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用直流拖動(dòng)。

其次，在供電方面也有一定的要求。有一定電機(jī)專業(yè)知識(shí)的人都知道，實(shí)現(xiàn)可逆型冷軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)無級(jí)調(diào)速的最佳途徑便是調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓。與傳統(tǒng)的離子拖動(dòng)系統(tǒng)相比，晶閘管變流供電裝置性能好而且較為可靠。但是晶閘管存在一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)：單向?qū)щ姡栽谑褂镁чl管供電時(shí)必須有保護(hù)電路，來避免因?yàn)檫^電流或者過電壓對(duì)其造成損害。該系統(tǒng)采用晶閘管供電裝置外加保護(hù)電路通過調(diào)壓達(dá)到調(diào)速目的。

然后，需要考慮整流電路的形式，三相半波整流電路雖然投資少，但是電壓波動(dòng)大，會(huì)產(chǎn)生電流的磁化現(xiàn)象，影響其利用率。而三相橋式整流電路雖然投資大，但基本不會(huì)有電流磁化現(xiàn)象，利用率高，所以在可逆冷軋機(jī)系統(tǒng)中采用三相全波整流。

最后，是系統(tǒng)的環(huán)流方案的確定，可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速無死角，能夠進(jìn)行快速而平滑的調(diào)速。

3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

可逆冷軋機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涉及到以下一些方面：電流環(huán)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)，晶閘管電路的設(shè)計(jì)。

3.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)

首先要對(duì)電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行簡化，然后再進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇以及參數(shù)的計(jì)算。電流環(huán)可以對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)起到很好的抑制作用，保證了系統(tǒng)的完美啟動(dòng)，而且當(dāng)電機(jī)過載時(shí)電流調(diào)節(jié)器可以起到很好的保護(hù)作用。

3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可以抑制負(fù)載的擾動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速無靜差。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值決定了系統(tǒng)的電流最大值。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于外環(huán)，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器來設(shè)計(jì)，根據(jù)可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和參數(shù)的選擇標(biāo)準(zhǔn)對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)已選好的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該系統(tǒng)超調(diào)速量值進(jìn)行計(jì)算，檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)的需要。

3.3 晶閘管電路的設(shè)計(jì)

在使用晶閘管作供電裝置時(shí)必須要有相應(yīng)的保護(hù)電路以防止晶閘管由于過電流或過電壓而損壞。保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)電路和過電流保護(hù)電路。過電流保護(hù)電路可以使用接入快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)等等措施。過電壓保護(hù)電路可以在元件的兩端并聯(lián)RC電路，來防止元件由于換相過電壓而受到損害。

4 結(jié)束語

可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用了多環(huán)控制，內(nèi)環(huán)控制電流外環(huán)控制轉(zhuǎn)速，運(yùn)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器分別控制信號(hào)相結(jié)合，并設(shè)定相應(yīng)的限幅值，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。又使用晶閘管供電裝置供電，實(shí)現(xiàn)寬范圍的平滑調(diào)速。在設(shè)計(jì)時(shí)采用三相全波整流電路，避免了電流的磁化大大提高了利用率。可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的要求，符合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，更加有利于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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