一、前言：

　　晶閘管直流傳動(dòng)70年代前后在我國得到大力的推廣和應用，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展歷史，還停留在分立器件的基礎上，體積大，接線(xiàn)復雜，使用極不方便而且價(jià)格昂貴。我公司開(kāi)發(fā)的雙閉環(huán)直流調速模塊，本著(zhù)集成和使用方便的原則將直流調速系統模塊化。先進(jìn)的工藝流程和高性能的電路設計大大提高了模塊的使用壽命和可靠性，而且性?xún)r(jià)比很高，為直流調速領(lǐng)域增添了新的活力。

　　二、模塊內部的電路構成

　　本模塊內含功率晶閘管、移相控制電路、轉速電流雙閉環(huán)調速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過(guò)流保護電路，其方框圖見(jiàn)圖1。

圖1

圖2

　　(一)功率晶閘管完成變流及功率調整，采用進(jìn)口方形芯片、高級芯片支撐板，經(jīng)特殊燒結工藝，保證焊接層無(wú)空洞，使用DCB板及其它高級導熱絕緣材料，導熱性能好，基板不帶電，使用安全可靠。熱循環(huán)次數超過(guò)國家標準近10倍，具有很長(cháng)的使用壽命。

　　(二)積分環(huán)節可實(shí)現直流電機軟起動(dòng)，并且起動(dòng)時(shí)間可調，設計時(shí)給用戶(hù)預留兩個(gè)端口，其連接如圖6，調節兩個(gè)電位器，可改變積分時(shí)間長(cháng)短，從而達到改變電機起動(dòng)時(shí)間的目的。積分環(huán)節適用于起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程平穩的場(chǎng)合，如高爐卷?yè)P機、礦井提升機、冷熱連軋機等。當輸入為階躍信號時(shí)，通過(guò)給定積分器變換成有一定斜率的線(xiàn)性漸變輸出信號，作為速度調節器的給定輸入，給定積分器的穩定輸出即為電機的速度給定，給定積分器輸出的變化斜率即為電機的加速度，其啟動(dòng)電流波形圖見(jiàn)圖2。如果用戶(hù)要求在負載一定的條件下，電機以最大的等加速度起動(dòng)，可把積分環(huán)節去掉，模塊留出兩個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅(如圖6)，調節電流環(huán)的輸出限幅，改變電機的最大起動(dòng)電流，獲得理想的過(guò)渡過(guò)程。其起動(dòng)電流波形圖見(jiàn)圖3。

　　(三)轉速電流雙閉環(huán)電路 速度調節及抗負載和電網(wǎng)擾動(dòng)，采用雙PI調節器，可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。設計過(guò)程采用“二階最佳”參數設計法設計，結合系統動(dòng)靜態(tài)效果選擇最佳參數。從抑制超調的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，電流環(huán)校正成典型I型系統。為使系統在階躍擾動(dòng)時(shí)無(wú)穩態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設計成典型II型系統。

　　內外環(huán)對數幅頻特性的比較，圖4畫(huà)出了電流環(huán)和轉速環(huán)的開(kāi)環(huán)對數幅頻特性：

圖3

圖4

　　從上圖可以看出，圖中轉折頻率和截止頻率點(diǎn)一個(gè)比一個(gè)小，這是一個(gè)必然的規律。這樣設計的雙環(huán)系統，外環(huán)總比內環(huán)慢。一般來(lái)說(shuō)，調整過(guò)程一般是先外環(huán)后內環(huán)，電流環(huán)要想提高系統的動(dòng)態(tài)效果，可增大電流環(huán)阻容端的電阻，但要減小電容，其關(guān)系是C1*0.03/R1。速度環(huán)要想提高動(dòng)態(tài)效果，從典型II型系統的各項指標中得出，它的動(dòng)態(tài)效果是一個(gè)中間的參數，需要反復調試，增大電阻R2可提高系統的穩態(tài)精度，相應的減小電阻可獲得良好的動(dòng)態(tài)效果，具體情況可根據用戶(hù)的系統參數要求調節，其關(guān)系是C2 0..87/R2(電流超調量<=5)，模塊設計過(guò)程留出四個(gè)端口(其聯(lián)接如圖6)，作為速度環(huán)和電流環(huán)的阻容端，用戶(hù)可根據實(shí)際情況調節。

　　(四) 電流反饋 采用國外進(jìn)口霍爾傳感器，并置于模塊內部。主要完成電流信號的取樣，具有極高的線(xiàn)性度，簡(jiǎn)化了系統的外圍器件。

　　(五)保護電路 模塊內部設置過(guò)流和缺相保護電路，保證了電機的安全運行，而且留出一個(gè)端口作為過(guò)流保護給定信號輸入(其聯(lián)接如圖6)，用戶(hù)可以根據自己設備的過(guò)載能力調節，更加突出了本模塊的使用靈活性。

　　三、模塊的應用

　　電流轉速雙閉環(huán)調速電路，因其具有極高的調速范圍、很好的動(dòng)靜態(tài)性能及抗擾性能，在調速領(lǐng)域得到廣泛的應用。

　　本模塊以應用到造紙、擠塑、印染及其他直流調速領(lǐng)域，效果很好。

　　實(shí)驗條件：模塊為MSZ—ZLTS—400，直流電動(dòng)機：Ued=220V，Ied=41A，Ned=1500r/min，允許過(guò)載倍數為1.5。

　　實(shí)驗結果：速度超調量Vp<5%，電流超調量Ip<0.5%，調整時(shí)間Ts<0.5S，振蕩次數H<=2，轉速穩定度Vb<=0.02，轉速穩定度Vs<0.5%(如圖5)

圖5

圖6

　　四、結束語(yǔ) 本系統設計成模塊的形式：集成度高，體積小，接線(xiàn)方便，調節簡(jiǎn)單，運行安全可靠，并且具有通用性，即同一種模塊參數相同，使用非常方便。