案例5.3-转速、电流双闭环直流调速系统
案例5.3 转速、电流双闭环直流调速系统
一、概述
晶闸管电动机直流调速系统在工业生产中获得广
泛应用。
国内外晶闸管—电动机直流调速装置品种繁多。
现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。
ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置为三相全控桥不可逆直流调速装置，是以Z2、Z3系列直流电动机电枢供电为主要用途的、通用的晶闸管—电动机调速装置。
该装置的基本性能如下：
(1)装置的负荷性质按连续工作制考核。
(2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。
(3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。
电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。
(4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。
转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。
(5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正
(6)
(7)
由图3-1可知，控制系统主要由给定积分器（GJ）、速度（转速）调节器（ASR）、电流调节器（ACR）、触发输入及保护单元（CSR）、触发器（CF）、速度变换器（SB）、电流变换器（LB）等组成。
速度（转速）调速器的输出作为电流调节器的给定电压，电流调节器的输出作为触发装置的移相控制电压，速度（转速）调节器和电流调节器采用PI调节器。
ZCC1系列晶闸管直流调速装置各单元的电气原理图如图3-2至图3-9所示。
三、直流调速系统简单工作原理
下面结合整个系统对不可逆直流调速系统停车、正向启动、减速各种运行工作过程进行分析。
(1)停车状态电动机停车时，开关S打开，给定电
压U
gn =0，速度（转速）调节器单元中A
1
速度比较器输出
一个大于+8V的推β信号电压，使速度（转速）调节器
输出电压为负向限幅值-U
gi
，电流调节器输出电压为正
向限幅值U
Kmax
，通过触发输入单元CSR、触发器CF，使晶
闸管变流器控制角处于最小逆变角β
min
，电动机处于停车状态。
(2)电动机正向启动运行当开关S闭合，给出负的
正向速度给定电压（U
gn =-），当速度给定电压U
g
>0.2时
A
1
速度比较器迅速翻转输出为负电压，使速度（转速）
调节器迅速退出负限幅值-U
gi
并开始按速度偏差信号进
行P、I调节。
经积分给定器使给出负的给定电压'
gn
U变成
线性变化的负的给定电压U
gn。
速度（转速）调节器的输
入偏差△U
n =U
gn
-U
fn
，其极性为负。
由于转速反馈电压U
fn
受机械惯性影响，增加较慢，所以速度（转速）调节器
的输出U
gi 为正的限幅值。
该输出电压U
gi
是电流调节器的
电流给定电压，电流调节器输入电压△U
i =U
gi
-U
fi
,极性为
正，因而电流调节器的输出电压U
K
为负。
经过触发输入
单元CSR-1，触发器CF-1使晶闸管变流器的控制角从β
min 向前移动使α<90°，晶闸管变流器工作于整流状态，电动机正向启动。
以后启动过程和前面所述的速度电流双闭环调速系统启动过程一样，不再重复。
稳态运行时，
速度反馈电压U
fn 基本上等于速度给定电压U
gn
，速度（转
速）调节器的输出电压U
gi 基本上与负载电流反馈电压U
fi
相等。
(3)减速（或停车）正向减速时速度给定值减小，极性不变仍为负给定电压，而电动机转速来不及改变，
所以速度（转速）调节器的输入端偏差△U
n =U
gn
-U
fn
为正，
速度（转速）调节器ASR的输出U
gi
为负的限幅值，使电
流调节器的输出电压U
C
为正，经过触发输入单元CSR，触发器CF使晶闸管变流器的控制角从α<90°迅速后移至
β
min
，主回路电流经本桥逆变后很快衰减到零。
对于不可逆系统由于晶闸管变流器只能提供一个方向的电流，
电动机只在负载阻力矩作用下减速，直至电动机转速降至接近新的给定值时，由于速度微分反馈的提前作用使
速度给定值U
gn 重新大于速度反馈值U
fn
，速度（转速）调
节器输出开始退出负的限幅值，电流调节器输出从正的
最大值向负电压变化，触发器CF的触发脉冲从β
min
开始前移，电流环和速度（转速）环相继投入闭环工作，晶闸管变流器控制角α<90°工作在整流状态，电动机在新的给定值下运行。
当正向停车时速度给定电压U
gn
=0（<0.2V时），速
度（转速）调节器单元中A
1
速度比较器输出一个大于+8v 的推β信号电压，使速度（转速）调节器输出为负向限
幅值-U
gi ，电流调节器输出为正向限幅值+U
cmax
，使晶闸
管变流器控制角迅速后移到β
min
，电动机在阻力矩作用下减速至停车。