第四章 调速系统控制单元的确定和调整

第四章调速系统控制单元的确定和调整

第一节检测环节

直流调速系统当控制方案和主电路图的连接形式、元件选择确定以后，就应进行系统控制单元的选择和调整，它是保证系统正常运行的重要环节。下面简要介绍系统控制单元设计中的主要内容和需注意的问题。

一、检测环节

根据反馈控制原理为了构成闭坏直流调速系统，提高系统运行指标，必须对系统控制对象的多种参量进行检测，其中最基本的转速，电流电压等反馈信号。精确、快速地检测这些信号是调速系统可靠工作的基本保证。系统对检测环节总的要求是: 1）检测环节本身精度高，误差小，以保证系统的控制精度。

2）检测单元和反馈通道惯性小，反应快。

3）检测环节本身工作要可靠。

4）检测环节的输入，输出特性呈线性关系。

(一)转速检测及其测速发电机。

常用的转速检测装置是各种测速发电机和脉冲测速装置。由于直流测速发电机无需另设整流装置，且无剩余电压，故在直流调速系统中转速反馈信号广泛采用直流测速发电机，将转速转换成电压。

直流测速发电机有他励式，永磁式两类。型号有ZCF，ZYS(永磁)，ZYSH(永磁)，YD(高灵敏度)几种。

他励式测速发电机体积小，用稳流源供给励磁时，速度特性比较稳定。永磁式测速发电机不需要专门的稳流励磁电源，性能稳定，但体积稍大，价格较贵，使用

时环境温度不宜高，不能有强烈振动，否则将使永久磁铁的磁性减弱，以至消失，这一点须引起注意。

实际运用时，测速发电机的负载电流不得过大，其外接电阻不得小于规定的最小负载电阻。如ZCF110型测速发电机，一般取负载电阻Ω=K R L 3左右。为减小输出纹波电压影响，应选用换向片数较多的直流测速发电机。如选用高灵敏度的测速发电机，它的线性精度可达到0.01%～0.05%。

选用测速发电机时还须注意使测速发电机转速与电动机转速相匹配。由于测速发电机和电动机联接的安装质量对转速反馈的影响很大，故尤应给予特殊注意。常用的安装方式，测速发电机与电动机刚性联接或采用特殊联接的方法，在轴向硬联接，横向可以自由活动以克服偏心所造成的影响。总之，问题的关键是要保证两个电机轴联接时的同心度，当测速发电机转速与电动机转速不一致的场合要设置变速机，如用变速齿轮或履带式塑料皮带相联。

二、电流检测环节

电流反馈环节的输入信号是主电路的电流量，经变换后获得输出为直流电压的反馈量i U ，根据电流反馈环节的组成，常用的电流反馈方式和检测元件有下面几种：

1.利用整流桥直流侧的电阻作检测元件 在主电路直流侧串接低阻值电阻c R 以取得电流检测信号，如图4-1所示。这

种电流检测方法，在电阻上会产生压降或损耗。有时可利用电动机的换向绕组和补偿绕组上的压降作为电流信号。上述方法主电路与控制电路在电路上需接入电流隔离器。将i U 作为隔离输入信号，隔离器的输出再作为电流反馈信号。

VTH

i 图4-1 利用直流侧电阻的电流检

测线路

2.以交流电流互感器作为检测元件

对于整流电路而言，输出的直流电流d I 与交流侧的输入电流~I 有一定的关系，即

d KI I =2

式中，K 为与整流电路型式有关的比例关系，如三相桥式电路，861.0=K 。 所以可以采用交流电流互感器检测2I ，然后经整流后获得i U ，以反映直流电流d I 的大小，但不反映电流极性。这种检测方式线路简单、经济、隔离性好，得到广泛应用。

电流互感器的联接方法，在单相电路中其联接比较简单在三相电路中，一般有两种，Y 形（用三台电流互感器）和V 形（用两台）联结，线路见图4-2。 对于定型生产的电流互感器，额定容量是10（或15）VA ，二次电流是5A ，允许负载电阻很小，得不到一般控制系统所需10V 以上的电压，故应采用LZK-1系列控制专用电流互感器。在200A 以上的大容量系统中，常采用在标准互感器后面再加一级5A ：0.1A 的互感器，以扩大互感器变压比，使二次电流减小，负载电阻可达200Ω以上，可满足系统对反馈信号电压较大的要求。线路见图4-3。使用交流互感器应注意下面几点：

1)交流互感器一次电流应根据整流装置输出最大电流dm I 来选择。 2)工作时二次绕组不允许开路，以防人身和设备事故。 3)二次绕组一端应接地． 4)带负载情况下，拆除二次绕组时，首先应将其短路． 5)具有续流二极管的半控桥式整流电路不能采用交流检测． 6)交流互感器正常工作时不允许饱和。如在三相零式整流电路中采用交流侧检测方案，则电流互感器应改为曲折联接，以免引起交

流互感器的直流磁化而无法工作，线路见图4－4。 3．以直流电流互感器作为检测元件

直流电流互感器实际上是一个由交、直流同时控制的磁性元件，直流电流d I 变

化时，磁路中的磁化状态发生变化，从而使其二次侧交流输出量发生改变，然后经

整流后得到反馈信号i U 。图4－5是其两种形式的联结方式。

目前国产的直流互感器的两个铁心、直流母线及二次交流绕组已做成一体，外部引线只有两个直流母线端子和四个交流绕组端子，使用时需设置整流桥及提供交流辅助电源。

采用直流互感器检测比交流互感器复杂，快速性稍差．但它用一台直流互感器

取代三台交流互感器，使检测装置大为简化，且输出信号功率大，具有电气隔离．目前国内定型生产的BLZ 系列产品已被广泛应用。 4．以霍尔效应电流变换器作为检测元件

霍尔变换器的线性度好、无惯性、装置简单，但是输出电压一般为mV 级，使用时须附加电压放大器。此外由于霍尔元件薄而脆，安装和使用时须特别小心，并应采取措施防止外界电磁干扰。其线路原理可参阅有关专业书刊。

由此可见，系统对于电流反馈环节的基本要求是：

1)电流反馈信号i U 要保证10V

左右。

i U 信号大小取决于转速调节器ASR 输出限幅值*

im U 的整定，即N dm im im I I U U βλβ===*

。

2)对电流反馈信号要求进行滤波，滤掉交流分量。但滤波时间常数

oi oi C R T 04

1

=

不得过大，否则将使电流环的等效时间常数i T ∑过大，限制了电流环频带的展宽，影响电流响应的快速性．为抵消电流反馈通道滤波惯性的影响，在电流调节器给定通道需设置给定滤波环节。并使两者时间常数大小相等。见图4－6。

三、电压检测环节

在调速系统中常用整流装置主回路的直流电压作为电压反馈信号，最简单的方法是在尽量靠近电动机电枢两端的位置（主回路平波电抗器之后），直接引出直流电压反馈信号，但其输入与输出之间没有电气隔离，容易造成事故。这种方法只适用于小容量系统中。

在较大容量系统中，主回路直流电压都在数百伏以上，而控制回路电压一般都在±15v 左右，故必须设置直流电压隔离器。利用直流电压隔离器，将输入的直流电压U_调制成方波，通过变压器的磁耦合，再将交流方波解调成较小的直流反馈信号u U ，如图4－7所示。

直流电压隔离器常用的有二极管开关型、三极管开关型和利用晶闸管(1A 以下)的反向开关特性组成的晶闸管型电压隔离器。前两种，不仅能反映直流电压大小，又能反映电压方向，故既可用于不可逆调速系统，也适用于可逆

系统；而后者仅能反映电压大小，故只能用于不可逆系统。由于后者具有电路简单、调整方便、线性度好等特点，故在不可逆系统中得到了广泛的应用。