T6216C落地镗床晶闸管直流调速系统介绍

1.T6216C落地镗床对调速系统的一般要求

T6216C落地镗床是一种大型精密加工机床。它所镗的孔要求有准确的坐标尺寸。除了镗孔外，还可以进行钻孔、铣平面、车外圆、车螺纹等多种加工。工艺范围广是镗床的特点。因此，镗床要求调速范围宽、运动方位多、运行稳定性好。

镗床的主拖动和进给拖动均为不频繁的正反转运行。主拖动是主轴的旋转或平旋盘的旋转，其转速为8～1250r/min，进给量在0.01～0.06mm范围内变化。主拖动电动机选用Z₂-72-T₂型（方法兰盘式）他励直流电动机，进给拖动电动机选用Z₂S-52-T₂型（小法兰盘式）他励直流电动机。

2.所选用直流调速系统的组成原理

该镗床选用晶闸管电流、转速双闭环不可逆直流调速系统，其原理如图5-62所示。它用于他励直流电动机的电枢和磁场的供电系统，可实现单象限运行的控制，或者用接触器改变其供电极性，实现正反转可逆控制。

图5-62 T6216C落地镗床晶闸管直流调速系统的原理

主回路是采用三相全控桥式整流电路。该系统的调速范围宽、稳定性好，可用于对制动要求不高、正反转不频繁的场合。其技术指标如下：

1）额定直流输出电压为400～440V。

2）额定直流输出电流为50A。

3）交流电源为三相380V，50Hz（当用于60Hz时，α_min和β_min要重新调整）。

4）电网电压波动为+10%和-5%。

5）励磁电源为交流220V，5A。

6）调速范围D≥100。

7）静差率δ≤±5%。

8）使用环境为海拔1000m以下，环境温度为0～145℃，空气相对湿度小于85%，无腐蚀，无爆炸，无严重导电尘埃及灰尘等。

3.系统各主要环节的原理识读

（1）稳压电源WY（见图5-63） 控制单元用±12V串联型稳压电源，负载能力为±500mA，设有保护装置。+16V电源供给控制单元和功率单元有关部分使用，负载能力为500mA，为单管串联稳压电源。该单元还设有三相整流桥（V₂₂～V₂₇），其作用是将来自电流互感器H₁、H₂（见图5-63）的电流信号进行整流，在电阻R₁₃上获得一个电信号，作为电流调节器的反馈信号。RP₂用来调节过电流信号的大小，将波段开关置于相应位置，电压表可指示过电流保护信号的大小及稳压电源电压值（见图5-64）。

图5-63 稳压电源WY

速度调节器为带并联校正电路的PI调节器，并联校正在此能减小速度超调，R₁、C₁校正网络对抑制启动过程中的速度超调具有明显的效果。调节器输出的最大限幅值为±8V。电位器RP₃和RP₄分别为正限幅调节和负限幅调节。限幅绝对值的大小决定系统直流输出的最大电流。速度调节器的负向输出就是电流调节器的给定值。

RP₂为比例调节电位器，12端为速度给定输入，13、14端之间为测速反馈输入，R₆、R₇作为测速反馈电压分压用。

保护环节的作用是：一旦过电流、超速、失磁，则系统即被拉入β区，封锁脉冲，并使事故继电器JJ动作。拉β信号由9端输出，JJ的常闭触点由2、4端作为事故信号输出。

图5-64 速度调节器及保护开关电路ST-BK原理

注：1.R₂₆及C₇的参数在调整中确定，其范围分别为2～7.5kΩ及2～6μF。

2.图中未标号的二极管均为2CP15。

（3）电流调节器LT（见图5-65） LT由主调节器和电流自适应开关两部分组成。主调节器是一个PI调节器，其正负限幅值分别由RP₂和RP₃调整，它决定了α_min=30°，β_min=30°。ZF₂构成的电平检测开关用来鉴别主回路电流的断续情况，开关的输出控制三极管V₄的通断，以完成调节机构的自动切换，实现对电枢电流的自适应控制，使系统在整个负载范围内有良好的动特性。在LT的调节板上，RP₁为比例调节器电位器，RP₄为自适应电平调节器，RP₅为积分调节电位器。

（4）移相触发器YCF（见图5-66） 移相触发器采用双锯齿波形电路，即在一个周期内产生两个锯齿波（相位差180°）。三相全控桥需要三个双锯齿波形电路，它们分别为YCF（U）、YCF（V）、YCF（W），其正负测试孔分别为+U、-U、+V、-V、+W、-W。2、3两端为同步输入端。

V₄的基极综合了下列三个输入：锯齿波电压输入（U_C）、以⑨端输入控制电压（U_S）、偏置电压输入。这三个信号综合的结果，决定了触发脉冲的出现时刻。为了满足整流电路的触发要求，在脉冲功率放大之前，还必须将这两个脉冲加以分段，通过V₈、V₁₂构成的两个门电路来实现。在脉冲变压器作为负载的情况下，通过功率放大后输出的两个脉冲（12端与7端、13端与8端）之间相差角为180°。触发器YCF各点波形如图5-67所示。

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图5-65 电流调节器LT原理

图5-66 移相触发器YCF原理

图5-67 触发器YCF各点波形（A、B、C）

（5）脉冲分配器MCP 脉冲分配器MCP原理如图5-72中⑥号板所示。脉冲分配器的作用是将来自移相触发器的脉冲进行适当分配，使之按照一定的规律依次同时触发两个晶闸管，触发间隔为60°电角度。在一周内（360°电角度），要求触发的顺序见表5-11。

表5-11 脉冲触发顺序表

脉冲分配器波形如图5-68所示。端子13～18波形基本相同，只是相位差60°。

图5-68 脉冲分配器波形

（6）给定电源GD（见图5-69） 本单元包括：从3端与5端输出的速度给定信号，4端与12端输出的速度反馈信号，10端与19端输出的测速发电机励磁电流，8端与6端、9端与6端的通断分别控制正反组晶闸管的开或关，锁零继电器JS用来调整主拖动电动机欠磁电流阈值的电位器RP。

（7）同步电源BD（见图5-70） 同步变压器的联结组别为Dy1。本单元有相序指示电路，一旦相序有错，面板上的相序指示灯将熄灭。电流表用来指示输出电流的大小。

（8）主功率单元CF（见图5-71） 主要由6个功率晶闸管V₁～V₆组成三相全控桥式整流电路，向直流电动机提供调压调速的可控直流电源。改变三相全控桥式整流电路的输出电压，可实现无级平滑的调速。

图5-69 给定电源GD原理图

图5-70 同步电源BD原理图

图5-71 主功率单元CF原理图

（9）T6216C落地镗床电气控制原理总图识读 T6216C落地镗床电气控制原理总图如图5-72所示。它是由各单元的方框图和主回路及脉冲分配器组成的，各单元的相互连接使用其各自的出线端子号。

4.系统控制的动作原理识读分析

（1）启动过程 启动时，常闭触点K₁、K₂断开，速度给定电压U_gn加入速度调节器的输入端，其输出迅速达到限幅值。由于电动机的惯性，它的转速以及速度反馈电压U_fn的上升需一定时间。因此，在启动过程中，给定电压始终大于速度反馈电压，即ΔU=（U_gn-U_fn）＞0，速度调节器的输出便一直处于限幅值。速度调节器不起作用，相当于转速环处于开环状态。这时，速度调节器的输出就是电流调节器LT的给定，也就是电枢电流的给定。在这个最大允许电流的作用下，LT的输出迅速上升，触发脉冲跟着前移（即α变小），使晶闸管整流装置输出电压迅速上升，电动机在最大限幅电流的作用下，以最大的加速度升速。随着转速的上升，给定电压U_gn和速度反馈电压U_fn的差值也随着减小，但由于速度调节器ST的高放大倍数和积分作用，其输出始终保持在限幅值。当转速大于给定转速时（少有超调），使速度反馈电压大于给定电压，ST的输入电压之差为负，即ΔU=（U_gn-U_fn）＜0，ST退饱和，其输出下降，在电流降到小于负载电流时，转速又下降，直到转速反馈电压回到给定值为止。这时电动机进入稳定运行状态。

（2）稳定运行 这时电动机的转速等于给定转速，ΔU=0。但由于速度调节器ST的积分作用，其输出不为零，大小由负载决定，此值也就是电流调节器LT的给定，它和电流反馈电压之差为零。同样由于LT的积分作用，其输出稳定在某一个数值。

（3）突加负载时的运行状态 当负载突然增加时，转速n下降，速度调节器ST的输入之差ΔU＞0，ST的输出（即LT的给定）增加，整流电压增加，电动机转速回升，直到速度反馈电压重新等于速度给定电压为止。这时的电流给定对应于新的负载电流，系统又处于新的稳定状态。

（4）零点漂移问题 速度调节器ST和电流调节器LT都是静态放大倍数的放大器，零点漂移问题较为严重。为了克服这个问题，在ST的输出端和阻容反馈之间，增加了一个常闭触点K₁。在停车时，K₁闭合，ST的放大倍数为1，在环境温度为-6～60℃的范围内，性能十分稳定，始终保持零输出。当电动机启动及运行时，K₁又断开，ST又正常工作。

（5）停车时的保护 对于电流调节器LT，要求它在停车时的输出处于负向限幅值，因此，在其输入端9和正电源之间增加了常闭触点K₂。在停车时，K₂闭合，在正的输入电压作用下，LT的输出偏在负向限幅值，这时对应的触发脉冲处于β_min=30°的位置，系统被可靠地封锁住。当启动或运行时，K₂断开，LT又恢复正常工作。

（6）速度超调问题由于ST的积分作用，在启动过程中，当U_fn＞U_gn时，引起转速超调，这对机床是不利的。为了解决超调问题，在ST的输入端增设了电容C₁和电阻R₁，构成了速度微分反馈。由于在启动过程中速度反馈电压不断对电容C₁充电，因此在C₁和R₁中有充电电流，这一附加输出使U_fn还没有上升到速度给定电压，ST的输出就提前下降了。如果适当选择C₁和R₁的参数可以使U_fn上升到等于给定电压，此时ST的输出正好下降到等于平衡负载电流所需要的值，这样就消除了速度超调。

图5-72 T6216C落地镗床电气控制原理总图