高级技师专业论文
职业（工种）：电气设备安装工
题目
纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
姓 名：沙 均
身份证号：[***********]
等 级：高级技师
培训单位：北京市建筑工程局培训中心
鉴定单位：北京市第五十七职业技能鉴定所
日 期：2009年9月2日
题目： 纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
[摘 要]
京棉三厂织布车间对高织纱质量要求是非常严格的，而作为筒拈车间纸管绕线机绕线的松紧直接影响产品的质量，因此在生产绕线工艺过程中需要高性能速度控制的电力拖动，纸管绕线纺织机械就是采了直流调速控制。本文对纸管绕线机采用的晶体管直流电动机调速系统进行了分析。
纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
直流电动机具有较好的调速性能，晶闸管直流自动调速系统在工作生产中，需要高性能速度的控制。纺织专用纸管绕线机直流电机控制系统是采用晶闸管--直流电动机调速系统，电动机功率是1.1kW ，转速60～1200转/分钟，调速范围为D=20，满载时候，系统的静差率S
系统组成
纺织专用纸管绕线机的主电路方框图，是采用了单相交流220V 直接供电的单相半控全波桥式整流电路；触发电路是由前置放大电路和单结晶体管张弛电路组成的。
系统方框图
2．主电路总图
主回路使用了两只晶闸管和两只二极管组成单相半控桥式整流电路。在主回路中接有一只平波电抗器L 。
主回路晶闸管和二极管组成单相半控桥式整流电路
由于有电动机电枢绕组和平波电抗器，主回路负载呈显电感性，为了保证晶闸管换相的时候不失去控制，在电路中接有续流二极管。
当接通或断开电源的时候，在整流器交流侧就会产生较高的电压，如不限制电压将会击穿晶闸管，所以在整流器交流侧接由R1和C1构成的阻容吸收装置，作为过电压保护 。晶闸管在换相的时候产生的换向过电压也可能会使晶闸管击穿，所以在晶闸管的两端并联有电容C2和电阻R2构成的支路和C3、R3支路是用电容两端电压不能突变的特性来控制这种过电压，保护晶闸管。在直流侧由于负载呈电感性，当切断负载的时候，电感的两端可能会产生较高的电压，就有可能击穿晶闸管，R4和C4 构成直流侧阻容吸收装置以作为过电压保护。
电动机正反转是由接触器KA1，KA2控制的。为了保证停车的时候电动机停止转动，电阻R6和KA1，KA2的常闭辅助触头就做成制动电路，在电机运转的时候，由于KA1，KA2的常闭辅助触头断开，R6不接入主回路。只有在停车的时候，接触器KA1，KA2线圈才能断开电源进行释放，使得其常闭触头进行闭合，R6再接入主回路，电动机进行制动停车，然后就停止转动。
240V 交流电压是经过桥式整流后，形成了励磁电流，由于欠流继电器KA3实现失磁的保护。在因为某种原因使励磁电流中断，KA3失磁释放了，电机电枢就断电了，KA3触点就断开了，当主回路电源晶闸管失去了触发的信号，电机的电枢同时就断电
了，从而就防止了电机飞车事故的发生。
触发电路
单结晶体管触发电路, 变压器输出的70V 交流电压经过UR2二极管桥式整流，再经过稳压管V5的削波，从而得到梯形电压作为单结晶体管V34的电源。由于变压器的一次侧与主回路是同一电源接入的，梯形电压与主回路的交流电压是同步的，所以主回路的交流电压过零的时候，梯形电压也就为零了，保证了电容C7从零电压开始就充电
后放电，就产生了第一个尖顶的脉冲，就与主回路交流电压同步了。
单结晶体管触发电路图
前置放大器V31是将给定的信号与反馈的信号相互比较后得到的偏差信号进行放大的。V8为两只串联的二极管作为正向的限幅，二极管V9作为反向的限幅，他们的作用是保护V31不能因为输入电压过高而烧坏。V31的输入信号是零的时候，V31，V32就截止了，此时候C7的充电时间就增大了，在半周内C7上的电压不可能充电到峰点的电压Up ，单结晶体管就无脉冲输出了，晶闸管就不导通了。当V31输入信号增大的时候，V31的基极电位就升高了，集电极的电位就下降了，V32基极电流就增大了，集电极的电流也就增大了，所以电容C7充电的时间就减小了，单结晶体管V34输出脉冲的相位就前移了，晶闸管的控制角也就减小了，导通角也就增大了，整流输出的电压也就增加了，所以电动机的转速就升高了。所以改变V31的输入电压，就可以改变电机
的转速了。
为了使晶闸管能够有可靠的触发，本线路的脉冲放大环节是由晶体管V35，V36组成的。单结晶体管V34输出的脉冲是经过C10耦合到V35的基极的，经过两级放大后经过脉冲变压器耦合后输出。正脉冲经过V12，V13同时加到两只晶闸管上。但是由于在一个周期的某一时刻，只能是有一只晶闸管承受正向电压，所以只能使这只承受正向电压的晶闸管导通，在V36从导通变为截止的时候，脉冲变压器一次侧就会产生较大的感应电动势，为了防止电压过高而损坏V36，在脉冲变压器的一次侧并联一只二极管V11，给变压器一次侧提供放电的回路。二极管V12，V13的作用是保证只有正脉冲的时候才能加到晶闸管的控制极上。为了防止晶闸管误触发，在脉冲变压器的输出端上在并联C11，C12。电容C8的作用是减小高频信号产生的扰动。
直流调速系统分析
1．给定信号和转速负反馈信号
变压器输出的110V 交流电压，经过UR3二极管桥式整流后，C15，R7，C14滤波后作为给定的电源。RP3为高速上限的调节电位器，RP5为低速下限的调节电位器，RP4为调速的电位器，调整RP4可以得到不同的给定电压Ug 。
给定信号和转速负反馈信号图
为了提高调速的精度，电磁式直流测速发电机和UR4二极管桥式整流及RP6组成了速度负反馈。直流测速发电机与电动机是同轴连接的，其输出的信号与转速是成正比的关系。在用接触器反向的晶闸管——电动机调速中，因为速度负反馈信号电压的极性与电动机的转向是有关的，所以测速发电机的反馈电压就不能因为电动机改变转向而改变极性了。所以在测速发电机的电压经过UR4二极管的桥式整流后输出。电位器
Rp6可调节转速负反馈的强弱。
2．调速原理
由方框图我们知道，给定的电压信号Ug 与是由转速负反馈的反馈回来的电压信号-Ufs(两者极性不同) 的偏差信号： ΔUi=Ug-Ufs 经过放大后作为触发电路的控制电压Uc ，使得触发电路产生触发脉冲信号，触发了晶闸管，晶闸管整流器就输出了一个直流电压Ud ，加在电动机电枢上。在正常的情况下，给定信号Ug 一定的时候，电机就便以一定的转速运行，这时候电机电磁转矩T 与负载转矩T L 平衡; 改变电压Ug 就以可调节电动机转速n 了。当负载突然发生变化的时候，电机转速也就会发生变化，这时候将自动进行调节。
上述转速负反馈调节的过程可以使电机转速回升。反之，当T L 减小的时候会引起的转速上升，经过转速的调节过程也能够使转速回落。转速负反馈调速系统能将这种因扰动引起的转速变化减小到一定的允许范围内，通过系统的自动调节过程，使转矩重新达到平衡，电动机便就以接近原来的转速稳定运行了。
从以上的分析可见：闭环控制系统是反馈控制系统。它是将被控对象的部分或全部输出量反馈到输入端的，从而影响了输出量，控制装置与被控制对象就有了顺向的作用，又有了反向的联系，它是将被控制对象的输出量送回到输入端与给定量进行比较后而形成偏差的信号，作用到控制器上，就使系统的输出量趋于期望值。
电机的弱磁保护。
直流电机在启动的时候，如果磁场太弱了，则启动电流就很大；电机正常运行的时候，如果磁场突然减小或中断了，电机就呈发电机状态，转速也就上升的很快，甚至发生“飞车”的事故。
弱磁保护
因此，在电动机励磁回路中就串联欠流继电器KA3的线圈，KA3常开触点串于V31的输入回路当中。只有当励磁电流达到一定值的时候，即电机磁场到一定强度的时候，KA3才能吸合，接通触发电路，晶闸管整流电路才有输出的电压，直流电机才开始启动。当励磁电流突然减小的时候，KA3就释放了，切断了触发回路，使得晶闸管整流电路输出电压为零，从而防止了“飞车”事故的发生。
结 论
通过上述对该直流调速系统电路的分析得知：如果系统受到了扰动，由于转速负反馈的作用，就会使由于扰动而引起的转速变化减小到一定的允许范围内。通过系统的自动控制的调节，可使得转速重新达到平衡，电动机就便以接近原来值的转速稳定的运行了。
结 束 语
纺织专用纸管绕线机直流调速系统是纺织工业工作中常用的设备，对系统有较为深入的了解有利于维修和改进，通过对纺织专用纸管绕线机直流调速系统的工作原理进行的分析，我在维修电工专业知识和技能方面有了一定的进步，由于个人的知识水平很有限，论文中有很多不足之处，请评委老师给予指正。今后，我仍需要努力的学习认真的工作，从而提高自己的专业的知识和专业技术的能力。
高级技师专业论文
职业（工种）：电气设备安装工
题目
纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
姓 名：沙 均
身份证号：[***********]
等 级：高级技师
培训单位：北京市建筑工程局培训中心
鉴定单位：北京市第五十七职业技能鉴定所
日 期：2009年9月2日
题目： 纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
[摘 要]
京棉三厂织布车间对高织纱质量要求是非常严格的，而作为筒拈车间纸管绕线机绕线的松紧直接影响产品的质量，因此在生产绕线工艺过程中需要高性能速度控制的电力拖动，纸管绕线纺织机械就是采了直流调速控制。本文对纸管绕线机采用的晶体管直流电动机调速系统进行了分析。
纺织专用纸管绕线机直流调速系统分析
直流电动机具有较好的调速性能，晶闸管直流自动调速系统在工作生产中，需要高性能速度的控制。纺织专用纸管绕线机直流电机控制系统是采用晶闸管--直流电动机调速系统，电动机功率是1.1kW ，转速60～1200转/分钟，调速范围为D=20，满载时候，系统的静差率S
系统组成
纺织专用纸管绕线机的主电路方框图，是采用了单相交流220V 直接供电的单相半控全波桥式整流电路；触发电路是由前置放大电路和单结晶体管张弛电路组成的。
系统方框图
2．主电路总图
主回路使用了两只晶闸管和两只二极管组成单相半控桥式整流电路。在主回路中接有一只平波电抗器L 。
主回路晶闸管和二极管组成单相半控桥式整流电路
由于有电动机电枢绕组和平波电抗器，主回路负载呈显电感性，为了保证晶闸管换相的时候不失去控制，在电路中接有续流二极管。
当接通或断开电源的时候，在整流器交流侧就会产生较高的电压，如不限制电压将会击穿晶闸管，所以在整流器交流侧接由R1和C1构成的阻容吸收装置，作为过电压保护 。晶闸管在换相的时候产生的换向过电压也可能会使晶闸管击穿，所以在晶闸管的两端并联有电容C2和电阻R2构成的支路和C3、R3支路是用电容两端电压不能突变的特性来控制这种过电压，保护晶闸管。在直流侧由于负载呈电感性，当切断负载的时候，电感的两端可能会产生较高的电压，就有可能击穿晶闸管，R4和C4 构成直流侧阻容吸收装置以作为过电压保护。
电动机正反转是由接触器KA1，KA2控制的。为了保证停车的时候电动机停止转动，电阻R6和KA1，KA2的常闭辅助触头就做成制动电路，在电机运转的时候，由于KA1，KA2的常闭辅助触头断开，R6不接入主回路。只有在停车的时候，接触器KA1，KA2线圈才能断开电源进行释放，使得其常闭触头进行闭合，R6再接入主回路，电动机进行制动停车，然后就停止转动。
240V 交流电压是经过桥式整流后，形成了励磁电流，由于欠流继电器KA3实现失磁的保护。在因为某种原因使励磁电流中断，KA3失磁释放了，电机电枢就断电了，KA3触点就断开了，当主回路电源晶闸管失去了触发的信号，电机的电枢同时就断电
了，从而就防止了电机飞车事故的发生。
触发电路
单结晶体管触发电路, 变压器输出的70V 交流电压经过UR2二极管桥式整流，再经过稳压管V5的削波，从而得到梯形电压作为单结晶体管V34的电源。由于变压器的一次侧与主回路是同一电源接入的，梯形电压与主回路的交流电压是同步的，所以主回路的交流电压过零的时候，梯形电压也就为零了，保证了电容C7从零电压开始就充电
后放电，就产生了第一个尖顶的脉冲，就与主回路交流电压同步了。
单结晶体管触发电路图
前置放大器V31是将给定的信号与反馈的信号相互比较后得到的偏差信号进行放大的。V8为两只串联的二极管作为正向的限幅，二极管V9作为反向的限幅，他们的作用是保护V31不能因为输入电压过高而烧坏。V31的输入信号是零的时候，V31，V32就截止了，此时候C7的充电时间就增大了，在半周内C7上的电压不可能充电到峰点的电压Up ，单结晶体管就无脉冲输出了，晶闸管就不导通了。当V31输入信号增大的时候，V31的基极电位就升高了，集电极的电位就下降了，V32基极电流就增大了，集电极的电流也就增大了，所以电容C7充电的时间就减小了，单结晶体管V34输出脉冲的相位就前移了，晶闸管的控制角也就减小了，导通角也就增大了，整流输出的电压也就增加了，所以电动机的转速就升高了。所以改变V31的输入电压，就可以改变电机
的转速了。
为了使晶闸管能够有可靠的触发，本线路的脉冲放大环节是由晶体管V35，V36组成的。单结晶体管V34输出的脉冲是经过C10耦合到V35的基极的，经过两级放大后经过脉冲变压器耦合后输出。正脉冲经过V12，V13同时加到两只晶闸管上。但是由于在一个周期的某一时刻，只能是有一只晶闸管承受正向电压，所以只能使这只承受正向电压的晶闸管导通，在V36从导通变为截止的时候，脉冲变压器一次侧就会产生较大的感应电动势，为了防止电压过高而损坏V36，在脉冲变压器的一次侧并联一只二极管V11，给变压器一次侧提供放电的回路。二极管V12，V13的作用是保证只有正脉冲的时候才能加到晶闸管的控制极上。为了防止晶闸管误触发，在脉冲变压器的输出端上在并联C11，C12。电容C8的作用是减小高频信号产生的扰动。
直流调速系统分析
1．给定信号和转速负反馈信号
变压器输出的110V 交流电压，经过UR3二极管桥式整流后，C15，R7，C14滤波后作为给定的电源。RP3为高速上限的调节电位器，RP5为低速下限的调节电位器，RP4为调速的电位器，调整RP4可以得到不同的给定电压Ug 。
给定信号和转速负反馈信号图
为了提高调速的精度，电磁式直流测速发电机和UR4二极管桥式整流及RP6组成了速度负反馈。直流测速发电机与电动机是同轴连接的，其输出的信号与转速是成正比的关系。在用接触器反向的晶闸管——电动机调速中，因为速度负反馈信号电压的极性与电动机的转向是有关的，所以测速发电机的反馈电压就不能因为电动机改变转向而改变极性了。所以在测速发电机的电压经过UR4二极管的桥式整流后输出。电位器
Rp6可调节转速负反馈的强弱。
2．调速原理
由方框图我们知道，给定的电压信号Ug 与是由转速负反馈的反馈回来的电压信号-Ufs(两者极性不同) 的偏差信号： ΔUi=Ug-Ufs 经过放大后作为触发电路的控制电压Uc ，使得触发电路产生触发脉冲信号，触发了晶闸管，晶闸管整流器就输出了一个直流电压Ud ，加在电动机电枢上。在正常的情况下，给定信号Ug 一定的时候，电机就便以一定的转速运行，这时候电机电磁转矩T 与负载转矩T L 平衡; 改变电压Ug 就以可调节电动机转速n 了。当负载突然发生变化的时候，电机转速也就会发生变化，这时候将自动进行调节。
上述转速负反馈调节的过程可以使电机转速回升。反之，当T L 减小的时候会引起的转速上升，经过转速的调节过程也能够使转速回落。转速负反馈调速系统能将这种因扰动引起的转速变化减小到一定的允许范围内，通过系统的自动调节过程，使转矩重新达到平衡，电动机便就以接近原来的转速稳定运行了。
从以上的分析可见：闭环控制系统是反馈控制系统。它是将被控对象的部分或全部输出量反馈到输入端的，从而影响了输出量，控制装置与被控制对象就有了顺向的作用，又有了反向的联系，它是将被控制对象的输出量送回到输入端与给定量进行比较后而形成偏差的信号，作用到控制器上，就使系统的输出量趋于期望值。
电机的弱磁保护。
直流电机在启动的时候，如果磁场太弱了，则启动电流就很大；电机正常运行的时候，如果磁场突然减小或中断了，电机就呈发电机状态，转速也就上升的很快，甚至发生“飞车”的事故。
弱磁保护
因此，在电动机励磁回路中就串联欠流继电器KA3的线圈，KA3常开触点串于V31的输入回路当中。只有当励磁电流达到一定值的时候，即电机磁场到一定强度的时候，KA3才能吸合，接通触发电路，晶闸管整流电路才有输出的电压，直流电机才开始启动。当励磁电流突然减小的时候，KA3就释放了，切断了触发回路，使得晶闸管整流电路输出电压为零，从而防止了“飞车”事故的发生。
结 论
通过上述对该直流调速系统电路的分析得知：如果系统受到了扰动，由于转速负反馈的作用，就会使由于扰动而引起的转速变化减小到一定的允许范围内。通过系统的自动控制的调节，可使得转速重新达到平衡，电动机就便以接近原来值的转速稳定的运行了。
结 束 语
纺织专用纸管绕线机直流调速系统是纺织工业工作中常用的设备，对系统有较为深入的了解有利于维修和改进，通过对纺织专用纸管绕线机直流调速系统的工作原理进行的分析，我在维修电工专业知识和技能方面有了一定的进步，由于个人的知识水平很有限，论文中有很多不足之处，请评委老师给予指正。今后，我仍需要努力的学习认真的工作，从而提高自己的专业的知识和专业技术的能力。