一、前言：

　　晶閘管直流傳動(dòng)70年代前后在我國(guó)得到大力的推廣和應(yīng)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(chǔ)上，體積大，接線復(fù)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(diào)速模塊，本著集成和使用方便的原則將直流調(diào)速系統(tǒng)模塊化。先進(jìn)的工藝流程和高性能的電路設(shè)計(jì)大大提高了模塊的使用壽命和可靠性，而且性價(jià)比很高，為直流調(diào)速領(lǐng)域增添了新的活力。

　　二、模塊內(nèi)部的電路構(gòu)成

　　本模塊內(nèi)含功率晶閘管、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過(guò)流保護(hù)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(diào)整，采用進(jìn)口方形芯片、高級(jí)芯片支撐板，經(jīng)特殊燒結(jié)工藝，保證焊接層無(wú)空洞，使用DCB板及其它高級(jí)導(dǎo)熱絕緣材料，導(dǎo)熱性能好，基板不帶電，使用安全可靠。熱循環(huán)次數(shù)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)近10倍，具有很長(zhǎng)的使用壽命。

　　(二)積分環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)軟起動(dòng)，并且起動(dòng)時(shí)間可調(diào)，設(shè)計(jì)時(shí)給用戶預(yù)留兩個(gè)端口，其連接如圖6，調(diào)節(jié)兩個(gè)電位器，可改變積分時(shí)間長(zhǎng)短，從而達(dá)到改變電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的目的。積分環(huán)節(jié)適用于起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)的場(chǎng)合，如高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)、礦井提升機(jī)、冷熱連軋機(jī)等。當(dāng)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，通過(guò)給定積分器變換成有一定斜率的線性漸變輸出信號(hào)，作為速度調(diào)節(jié)器的給定輸入，給定積分器的穩(wěn)定輸出即為電機(jī)的速度給定，給定積分器輸出的變化斜率即為電機(jī)的加速度，其啟動(dòng)電流波形圖見(jiàn)圖2。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下，電機(jī)以最大的等加速度起動(dòng)，可把積分環(huán)節(jié)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(diào)節(jié)電流環(huán)的輸出限幅，改變電機(jī)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(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)電路 速度調(diào)節(jié)及抗負(fù)載和電網(wǎng)擾動(dòng)，采用雙PI調(diào)節(jié)器，可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。設(shè)計(jì)過(guò)程采用“二階最佳”參數(shù)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)效果選擇最佳參數(shù)。從抑制超調(diào)的觀點(diǎn)出發(fā)，電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)時(shí)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)。

　　內(nèi)外環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較，圖4畫(huà)出了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性：

圖3

圖4

　　從上圖可以看出，圖中轉(zhuǎn)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(guī)律。這樣設(shè)計(jì)的雙環(huán)系統(tǒng)，外環(huán)總比內(nèi)環(huán)慢。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)整過(guò)程一般是先外環(huán)后內(nèi)環(huán)，電流環(huán)要想提高系統(tǒng)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(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)中得出，它的動(dòng)態(tài)效果是一個(gè)中間的參數(shù)，需要反復(fù)調(diào)試，增大電阻R2可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，相應(yīng)的減小電阻可獲得良好的動(dòng)態(tài)效果，具體情況可根據(jù)用戶的系統(tǒng)參數(shù)要求調(diào)節(jié)，其關(guān)系是C2 0..87/R2(電流超調(diào)量<=5)，模塊設(shè)計(jì)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，用戶可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)。

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

　　(五)保護(hù)電路 模塊內(nèi)部設(shè)置過(guò)流和缺相保護(hù)電路，保證了電機(jī)的安全運(yùn)行，而且留出一個(gè)端口作為過(guò)流保護(hù)給定信號(hào)輸入(其聯(lián)接如圖6)，用戶可以根據(jù)自己設(shè)備的過(guò)載能力調(diào)節(jié)，更加突出了本模塊的使用靈活性。

　　三、模塊的應(yīng)用

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

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

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

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：速度超調(diào)量Vp<5%，電流超調(diào)量Ip<0.5%，調(diào)整時(shí)間Ts<0.5S，振蕩次數(shù)H<=2，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度Vb<=0.02，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度Vs<0.5%(如圖5)

圖5

圖6

　　四、結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成模塊的形式：集成度高，體積小，接線方便，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全可靠，并且具有通用性，即同一種模塊參數(shù)相同，使用非常方便。