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直流双闭环可逆调速系统研究
直流双闭环可逆调速系统研究
3.1可逆直流调速系统
有许多生产机械要求电动机既能正传，又能反转，而且常常还需要快速的起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能改变直流电动机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而，当电动机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得越来越复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。
3.1.1 有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统
较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统。由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如下图所示。
图3-1 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路
电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。
两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提出了严格的要求。
在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为：
(3-1)
当控制角为a < 90°，晶闸管装置处于整流状态；当控制角为a > 90°，晶闸管装置处于逆变状态。因此在整流状态中，Ud0 为正值；在逆变状态中，Ud0 为负值。为了方便起见，定义逆变角 b = 180 ° – a ，则逆变电压公式可改写为：Ud0 =－Ud0 max cosb。
两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样，现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理，如下：
（a）正组晶闸管装置VF整流
VF处于整流状态：此时，af < 90,Udof > E,n > 0
电机从电路输入能量作电动运行。
图3-2 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态
（b）反组晶闸管装置VR逆变
当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的。这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态。
VR逆变处于状态：此时,ar > 90，E > |Udor|，n < 0
电机输出电能实现回馈制动。
图3-3 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的反组逆变状态
（c）机械特性范围
整流状态：V-M系统工作在第一象限。
逆变状态：V-M系统工作在第二象限。
图3-4 机械特性运行范围
在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，就可实现电动机的四象限运行，归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表3-1中。
表3-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态
注：表中各量的极性均以正向电动运行时为“+”
采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如下图中所示。
图3-5 反并联可逆V-M系统中的环流
环流的危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。
环流的利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。
在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：
（a）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：
直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。
瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。
（b）动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。
在这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施。
在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组VF 和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。
为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是Udor = －Udor 。
由式（3-1）， 有：Udof= Udomax cosaf (3-2)
Udor= Udomax cosar (3-3)
其中：af 和ar 分别为VF和VR的控制角。
由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Udomax 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有：cosa r = – cosa f
或 a r + a f = 180 ° （3-3）
如果反组的控制用逆变角 b r 表示，则：a f = b r （3-4）
由此可见，按照式（3-4）来控制就可以消除直流平均环流，这称作 a = b 配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用：a f ≥ b r （3-5）
为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°,即当控制电压 Uc= 0 时，使 af = ar = 90°，此时 Udof= Udor = 0 ，电机处于停止状态。增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了,这样的触发控制电路示于下图。
图3-6 a = b 配合控制电路
GTF--正组触发装置 GTR--反组触发装置 AR--反号器
在上图电路中，用一个控制电压去控制两组触发装置，正组触发装置GTF由Uc直接控制，而反组触发装置GTR由 控制， 是经过反号器AR后获得的。
为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角bmin保护。与此同时，对 a 角也实施 保护，以免出现 Udof>Udor 而产生直流平均环流。通常取 。
对于a = b配合控制的有环流可逆V-M系统如下图所示：
图3-7 a = b 配合控制的有环流可逆V-M系统原理框图
图中主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：正组晶闸管VF，由GTF控制触发，正转时VF整流，反转时VF逆变；反组晶闸管VR，由GTR控制触发，反转时VR整流，正转时VR逆变。
（1）给定与检测电路（转速）
根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。这里
给定电压：正转时，KF闭合,U*n=“+”；反转时，KR闭合,U*n=“-”。
转速反馈：正转时，Un=“-”，反转时，Un=“+”。
（2）给定与检测电路（电流）
电流反馈电压：正转时，Ui =“+”；反转时，Ui =“-”。
注意：由于电流反馈应能否反映极性，因此图中的电流互感器需采用直流电流互感器或霍尔变换器，以满足这一要求。
（3）控制电路，
控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角 与最小逆变角bmin。
（4）控制方式
采用同步信号为锯齿波的触发电路时，移相控制特性是线性的，两组触发装置的控制特性如图所示。
图3-8 a = b 配合控制特性
（5）工作过程
a）正向运行过程：
KF闭合， =“+”→ =“—”→ =“+” ——————→VF整流
↓ ∣→电动机正向运行
→AR→ =“—”→AR逆变
正向运行过程系统状态：
图3-9 有环流系统正向运行过程
b）制动过程
整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.本组逆变阶段；II.它组制动阶段。
在本组逆变阶段中，在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组VF流通，具体过程如下：发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；ASR输出跃变到正限幅值 +U*im ；ACR输出跃变成负限幅值 -Ucm ；VF由整流状态很快变成的逆变状态，同时反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。
在VF-M回路中，由于VF变成逆变状态极性变负，而电机反电动势 E 极性未变，迫使电流迅速下降，主电路电感迅速释放储能企图维持正向电流，这时大部分能量通过 VF 回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很
短，转速来不及产生明显的变化，其波形图见3-14图中的阶段I。
图3-10 本组逆变过程系统状态
当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第 I 阶段结束，转到反组 VR 工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。
它组制动阶段又可分成三个子阶段：它组建流子阶段、它组逆变子阶段、反向减流子阶段。
①它组建流子阶段
Id 过零并反向，直至到达- Idm以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为-Ucm 。这时，VF和 VR 输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓， 的数值略减，使： 。反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供–Id。由于反组整流电压 Udor 和反电动势E 的极性相同，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。
图3-11 反接制动过程系统状态
②它组逆变子阶段
当反向电流达到–Idm并略有超调时，ACR输出电压Uc退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而VF变成待整流状态。此后，在ACR的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流–Idm，因而： ， 。
电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过VR逆变回馈电网，过渡过程波形为图3-14中的第II阶段，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。
图3-12 它组回馈制动过程系统状态
③反向减流子阶段
在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持-Idm，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压 支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。
图3-13 反向减流过程系统状态
④制动过程系统响应曲线
图3-14 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形
⑤反向起动
如果需要在制动后紧接着反转，Id = -Idm的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统。
图3-15 反向起动过程系统状态
（6）有环流系统可逆运行曲线
图3-16 有环流系统可逆运行曲线
3.1.2无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统
有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。
按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统又有大类：逻辑控制无环流系和错位控制无环流系统。
当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。
采用配合控制的原理，当一组晶闸管装置整流时，让另一组处于逆变状态，而且两组触发脉冲的灵位错开的较远，避免了瞬时脉动环流产生的可能性，这就是错位控制的无环流可逆系统。
对于欧陆590直流数字调速器采用的是逻辑控制的无环流系统，在此便不做介绍错位控制的无环流系统。
（1）逻辑控制的无环流可逆系统组成
逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图：
图3-17 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图
该系统结构的特点为：由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续；主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；控制系统采用转速、电流双闭环方案；电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR；1ACR的给定信号经反号器AR作为2ACR的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节，它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号Ublf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。
（2）工作原理
图3-18 正向运行
图3-19 反向运行
（3）逻辑控制环节的设计要求：
a）DLC的输入要求：
分析V-M系统四象限运行的特性，有如下共同特征：正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。因此，应选择转矩信号作为DLC的输入信号。
由于ACR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：正向运行和反向制动时，U*i为正；反向运行和正向制动时，U*i为负。又因为 U*I 极性的变化只表明系统转矩反向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为DLC的另一个输入信号即Uio.
b）DLC的输出要求：
正向运行：VF整流，开放VF，封锁VR；
反向制动：VF逆变，开放VF，封锁VR；
反向运行：VR整流，开放VR，封锁VF；
正向制动：VR逆变，开放VR，封锁VF；
因此，DLC的输出有两种状态：
VF开放 — Ublf = 1，VF封锁 — Ublf = 0；
VR开放 — Ublr = 1，VR封锁 — Ublr = 0。
c）DLC的内部逻辑要求：
对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；根据输入信号，做出正确的逻辑判断；为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时间；t1延时 —— 关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；t2延时 —— 触发等待时间，以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通；具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。
（4）电路总体结构
这样，根据上述分析DLC电路应具有如下结构：
无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任务是：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组VR工作时，封锁正组而开放反组。通常都用数字控制，如数字逻辑电路、微机软件、PLC等，用以实现同样的逻辑控制关系。
它的软件逻辑控制：
图3-20 逻辑控制切换程序流程图
（6）无环流系统可逆运行曲线：
图3-21 无环流系统可逆运行曲线
逻辑无环流系统的评价：
优点：省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；节省变压器和晶闸管装置等设备的容量；降低因换流失败而造成的事故。
缺点：由于延时造成了电流换向死区，影响过渡过程的快速性。
3.2 恒张力控制
3.2.1方案简介
退纸辊与两底辊间的纸幅张力控制是保证纸卷形态的至关重要的因素之一，纸幅张力最重要的作用是展平纸幅，同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移。纸幅张力的大小对纸卷硬度的影响并不是关键因素，因为压纸辊的压力以及前、后底辊之间的转矩差对纸卷硬度有着更大程度的影响。所以复卷机运行中通常是将纸幅张力调节到能保证使纸幅展平就可以了。
正确地选用纸的张力能在一定程度上改善纸卷质量，减小断头，保持复卷机工作稳定。所以对退纸辊的控制主要是针对退卷张力的控制，而对退纸卷张力的控制的关键是控制电机的制动转矩，使得退卷张力恒定并与给定值一致，而并不需要刻意的去控制退卷辊的转速，因为只要保持退卷张力恒定，使纸幅不断裂也不会松弛，则退卷线速度自然是跟踪前后底辊的线速度，这样可回避由退卷卷径的大范围变化给速度控制提出的难题。
理解了这一点可给我们的设计带来极大的方便，使得我们对退卷卷径的大范围变化给转速的变化要求不予以刻意的去控制，而是通过控制退卷张力恒定，间接地达到退卷线速度跟踪前后底辊的目的。
具体的设计方法是：一方面把对退卷张力的总控制量计算出来后，送至力矩运算器内转换成力矩，再送至张力电流运算器转换成电流信号，电流信号在转矩运算器内转换成电流的限幅值；另一方面使速度环在正常运行时一直工作在饱和状态，输出一个饱和负限幅值，这个饱和限幅值的大小是上面计算出的电流限幅值，这个值再去控制电流环，使电机电枢电流一直跟踪速度环的输出限幅值，也即是跟踪退卷张力的给定值。
3.2.2 现行方案分析
复卷机在卷取的过程中，放卷辊的卷径和转动惯量不断减小，为时变参数。为了保证纸张在卷取过程中平稳工作，必须要求纸幅的张力和线速度恒定。因此，对于放卷系统而言，进行张力控制是核心技术，放卷辊的张力控制主要有以下要求：
(a)放卷辊在正常运行中，两底辊由纸幅拉着放卷辊纸卷向前运行，要保持纸幅有一定的退卷张力，放卷辊电机必须工作在发电制动状态。
(b)放卷棍在退卷过程中，纸辊直径一直在减小，要保持张力不变，放卷辊电机的制动转矩应随着减小。
从退纸辊的控制特点可知，退纸辊的控制关键在于对退卷张力的控制上。从直观来看，在复卷机主传动系统中，前、后底辊是稳速系统，而退纸辊为退卷系统，如果退纸辊的车速不随卷径D的减小而变化的话，则退纸辊的线速度必然下降，造成前、后底辊与退纸辊间纸幅产生张力，设前后两底辊的线速度为V1，退纸辊的线速度为V2，则纸幅的退卷张力为：
(3-6)
式中：T—纸张承受的张力；S—纸张的截面积；L—后底辊与退纸辊两传动点之间的距离；Y—纸张的弹性模量。
从式（3-6）可以看出：要使张力恒定，必须保持线速度恒定。根据V=π ，要使V 恒定，必须使电机转速n∝1/d，即N∝1/M，可见复卷机的负载特性为恒功率负载特性。由于张力波动是由线速度波动引起的，所以从直观来看，张力恒定即线速度恒定。而欲使线速度恒定，就需卷绕功率为恒定值。所以恒张力控制、恒线速度控制、恒功率控制在本质上是相同的。这里只以恒张力控制为例，说明复卷机退卷张力控制的组成及原理。
纸幅张力控制分为直接张力控制和间接张力控制两种。
(1) 直接张力控制
直接张力控制是利用张力传感器把纸幅张力检测出来，按负反馈原理，要控制哪个量，就引入哪个量的反馈信号，即把张力信号转换成相应的电信号，反馈到张力调节器输入端与张力给定值比较，组成张力闭环调节系统。这种系统原理简单，很容易理解，
但是由于复卷机工作车速很高，且在工作时纸卷及辊筒跳动很大，采用张力反馈时，这些因素都将作为扰动信号，通过张力传感器加入系统，如果对反馈信号处理不好，将会直接影响系统的稳定性。另外在升、降速时纸卷转动惯量很大，运行时纸卷直径的大范围变化，给张力控制提出了很高的要求。
基于这些原因，如对张力的控制精度不是很高的话，一般都采用间接张力控制系统，但如对张力的控制精度及灵敏度要求较高的话，就应采用直接张力控制系统。
（2）间接张力
间接张力控制方式是根据恒张力卷绕过程中各参数之间的约束关系，找出影响张力的各个参数，将它们检测出来，加以补偿控制，间接地保持张力近似不变；它虽不如直接张力控制精度高，但易于稳定且投资较低。
采用间接张力控制有两种方法可以实现：
复合张力调节法：通过调节电枢电压保持电枢电流 不变，随着卷材卷径变化调节电机的磁通 ，使 /D不变，保持张力恒定。
最大转矩法：保持 正比于 /D，即不论卷材卷径的大小，当电机的转速低于额定转速时，保持电机磁通为额定值不变，电机电枢电流 随卷材卷径变化而变化，保持 /D不变；当电机的转速高于额定转速时，保持 不变，Φ随卷材卷径的变化而变化，保持Φ/D不变，从而保持张力恒定。
在复合张力调节法中，I∝F、Φ∝D，控制起来比较直观；其缺点是只要不在最大卷径情况下，不论是高速还是低速，电动机都处于弱磁工作状态，所以电动机转矩得不到充分利用。由于Φ∝D，所以电动机的弱磁倍数等于卷径变化的倍数，当卷径倍数大时，要求电动机弱磁倍数也要大，于是使得电动机体积增大。另外由于卷材的直径变化比较大，一般为6～20倍，而直流电机的弱磁调速范围一般都小于3倍，即使特殊订货，也不会超过5倍，因此复合张力调节法无法满足要求。综合两方面的原因，一般我们采用最大转矩法对张力进行间接控制。
(a)控制思想
不用张力检测计，直接分析张力变化的原因，对其主要扰动量进行补偿，如能同时对几个扰动量结合着进行控制，可以达到很好的效果。例如对退纸辊的卷径变化引起的线速度变化从而引起的张力变化，直接对退纸辊的线速度给定进行补偿，这样做直观也较简单，但是补偿精度一般不是很高。对于欧陆590可直接利用模块组态的智能运算控制功能，根据对卷径变化引起的力矩扰动的分析，分不同情况、利用恒线速度与转矩控制相结合的方法直接对电机的电流与转矩进行补偿。
上面已提到过，本系统的电动机在正常运行时处于发电回馈制动状态，电磁转矩M为制动力矩。当不考虑动态转矩及机械损耗时，张力矩MT与电磁制动力矩相平衡。在张力恒定时，随着退卷卷径的减少，张力矩亦减少，这就要求制动力矩M与卷径成比例减小。这样可补偿掉大部分的张力扰动，使张力保持基本稳定。
(b)设计分析
由上分析可有如下原理图：
图3-22 间接张力组态图
卷径运算器检测退纸辊的线速度给定、角速度、最小卷径、卷径预置等信号进行综合处理，得到卷径信号。
锥度计算其功能是把对张力的给定信号转换成实时卷径下的张力给定，设计思想是：要得到内紧外松的成品纸卷，一方面压纸辊的压力应随成品纸卷的直径增大而减小，另一方面，在退卷过程中，张力给定信号也应随退卷卷径的减小而有所减小，有一个锥度变化，具体算法是：锥度要求=张力给定[100%-锥度（1-最小卷径/直径）]。
通过磁场运算器，根据对基速的设定，分基速以上或基速以下进行判别，计算出实时卷径下的磁场大小，一方面对磁场进行控制，另一方面对 值进行取倒，计算出1/ 值；用PID模块组成张力电流计算器，按I=M/ ，计算出产生相对于总的制动转矩所需要的电枢电流。
利用转矩计算模块计算出电流限幅值，因为退纸辊在运行时用的是制动转矩，所以实际只用负限幅。
在斜坡输入端输入一个与给定信号成一定负比例的信号，作为速度环的给定输入信号，这样给定是个负信号，而电机是正方向运转，所以测速机反馈过来的信号是正的，使得速度环达到负饱和，输出一个负限幅值，这个负限幅值的大小就是由上面的转矩运算器运算出来的电流限幅值来给定的,它作为电流调节器的给定再去控制电机电枢电流。即由张力给定计算出电机应有的制动电流信号，用这个信号去控制饱和状态下的速度环的输出，而速度环的输出是电流环的给定输入，达到控制制动转矩、从而控制张力的目的。
3.2.3 小结
对于纸幅张力力的控制在复卷机中可谓是至关重要，小到影响机器的运行及纸张的好坏，大到直接影响整个生产及整个社会，其主要作用是展平纸幅，同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移，当然对纸卷硬度也有影响，不过通过压纸辊压力控制和底辊转矩差控制可以获得更好的效果，所以纸幅张力不是影响纸卷硬度的主要因素。
3.3 基于欧陆590的直流调速控制系统
3.3.1 590调速器工作原理
简单来说，调速器利用控制回路来控制直流调速器——一个内部电流回路与一个外部速度回路。利用操作站，您可以选择调速器要使用的控制回路，调速器将利用此控制回路来提供如下两者之一：电流控制或速度控制（默认）。
为了更有效地控制调速器，通常向相应的回路提供电流或者速度反馈信号。电流反馈传感器为内置式设计，而速度反馈则直接从电枢传感电路（默认设置）提供，或者由模拟测速发电机以及连接到相关的选项板上的编码器或者微型测速器提供速度反馈。
图3-23 590调速器原理图
利用数字/模拟输入与输出可以远程控制调速器，或者利用操作站对调速器进行本地控制。通过插入通讯选项技术盒，可以将调速器连接到网络上，并由PLC/SCADA或其他智能设备来控制。
3.3.2 590调速器部分部件简介
（1）产品识别
如下图所示：
图3-24 产品识别示意图
所有设备均可用作：
590+ : 四象限，三相、全控制、反平行晶闸管桥配置
591+ : 二象限，三相、全控制晶闸管桥配置
（2）590+控制器（1型与2型）
图3-25 1型与2型590控制器实物图
端子说明：
1.主调速器装置 2.端子盖
3.端子盖紧固螺丝 4.空盖子
5.6901操作站（可选） 6.通讯技术盒（可选）
7.速度反馈技术卡（可选） 8.密封板
9.电源端子护罩 10.电源端子
11.控制端子 12.接地点
13.操作站端口 14.RS232编程端口
15. 辅助电源、外部接触器以及隔离的电机温度传感器端子
（3）保护性接地连接（PE）（1型、2型、3型、4型与5型）
图3-26 保护接地示意图
在欧洲按照EN60204标准的安装：
①对于永久性接地，调速器需要引入的两个保护性接地导体（截面积小于10平方毫米）或者一个连接至调速器附近的一个独立的保护接地。
②电机保护地线/接地连接与电机供电导体并行，理想状态是位于同一管道/屏蔽/护套中，连接至调速器附近独立的保护性地线/接地点。
③将调速器连接至独立的地线/接地点。
对于保护引入的主电源（使用适当的熔断器或者电路断路器）。（不建议使用电路断路器，例如：RCD、ELCB以及GFCI，详情请参考“接地故障监控系统”）
重要事项：调速器与滤波器（如果安装了滤波器）必须进行永久性接地连接，每一根用作永久接地连接的导体必须分别满足保护性接地导体的要求。
（4）电源接线连接（1型、2型、3型、4型与5型）
图3-27 电源接线示意图
电源端子承载着可能致命的电压，在没有事先断开设备所有电源的情况下，禁止操作任何控制设备或者电机。
①三相外部接触器（3、4）：三相外部接触器应该连接在主交流电源接头上，并可为相关控制器提供适当的额定电源。接触器不会切换电流，并且主要用来断开电流并为电桥进行排序；主接触器必须通过将线圈连接至端子3（进线）和4（中线）的方式，直接从控制器上获得电压。由于另外串联接触器或者转换器将妨碍对控制器进行排序并造成不可靠性以及可能出现故障等问题，因此不允许使用。在电源板上提供继电器跳线（CONN1），能够为端子3和端子4通电（辅助电源），或者使之无电压（对于用户自有接触器电源）。
注意事项：如果三相接触器有一个涌入电流大于3A的线圈，则从属继电器必须用来驱动这个电流继电器线圈。接触器与从属继电器（如果需要的话）的线圈电压必须与控制器附属供电电压相互兼容。
②三相电源、交流进线电抗器 （L1、L2与L3）：主交流电源连接至母线端子L1、L2及L3上，由于该控制器为独立式相位旋转同，因此没有专门的相连接到这三个端子上，必须通过电流断路器和交流进线电抗器进行连接。
重要事项：如果电机完全短路，则电流跳闸（过电流保护）不会保护调速器。始终要提供高速晶闸管，从而在出现直接输出短路情况下，为晶闸管堆栈提供保护。
③将一个三相交流进线电抗器与接入主三相交流电源串联安装，电抗器应该在控制器与2型RCD之间进行连接，从而提供最佳的保护与安全。
（5）电机电枢 (A+、A-)
电机电枢连接至端子A+和端子A-上。
图3-28 电枢连接示意图
（6）速度反馈与技术选项
选项如下：
1）速度反馈（模拟转速表校准选项板或者微型测速器/编码器反馈选项卡）
2）通讯技术盒（8055——连接 II、Profibus、DeviceNet以及串行RS485）
按照图示，可插入到两个位置中。
图3-29 速度反馈示意图
您可以利用速度反馈和或通讯技术选项来运行调速器。
3.3.3 590调速器的配合使用
本设计是关于交流和直流混合传动控制复卷机运行，在这里使用590直流数字调速器来做直流传动的控制，直流传动控制系统组态图如下：
图3-30 直流控制系统组态图
由上图可以看出在此牵扯到直径计算模块、设定值总数1和设定值总数2模块、转矩计算模块、速度回路模块以及电流回路模块。
（1）直径计算
本功能块运算出卷轴直径，作为卷轴速度与线速度的一个函数。
参数描述：
直径（Diameter）：该参数是功能块的输出值，能够连接到卷取机的相应的点上。范围：xxx.xx %
线速模数 (Mod of Line Speed) 范围：xxx.xx %
卷轴速度模式(Mod of Reel Speed 范围：xxx.xx %
未滤波直径（Unfiltered Diameter）：直径的未滤波值。范围：xxx.xx %
线速度(Line Speed)：通常需配置为模拟测速输入，并在校准期间进行相应换算。范围：-105.00到105.00 %
卷轴速度(Reel Speed) ：通常需配置为调速器自身的速度反馈，即编码器或者电枢电压反馈。范围：-105.00到105.00 %
最小直径(MIN Diameter)：通常指的是空卷心直径。范围：0.00到100.00 %
最小速度(MIN Speed)：指的是最小的“线速度”水平，在此水平以下无法运算直径。范围：0.00到100.00 %
复位值(Reset Value)：通常针对卷绕器的需要，需设定为“最小直径”。在启用“外部复位”时，该参数值将提前加载到斜坡（滤波器）输出中。范围：0.00到100.00 %
外部复位(External Reset)：在启用本输入的同时，斜坡将保持在“复位值”上。0:已禁用，1:已启用。
斜坡率 (RAMP Rate) 用于过滤直径运算器的输出结果。范围：0.1到600.0秒
（2）设定值总数1
可以对该参数进行配置，从而根据一定数量的输入来执行几个功能中的一种功能。
参数描述：
设定值总数（SPT.SUM）（设定值总数输出）
比率1(Ratio1)：模拟输入1换算。范围：-3.0000到3.0000
比率0(Ratio0)：输入0换算。范围：-3.0000到3.0000
符号1(Sign1)：模拟输入1极性。 【注：0:负向，1:正向】
符号0(Sign0)：模拟输入0极性。 【注：0:负向，1:正向】
除数1(Divider1)：模拟输入1换算，除以0（零）的结果是零输出。范围：-3.0000到3.0000
除数0(Divider0)：模拟输入0换算，除以0（零）的结果是零输出。范围：-3.0000到3.0000
死区（死区宽度）：模拟输入1的死区宽度。 范围：0.00到100.00 %（h）
限值(Limit)：“设定值总和”可编程限值具有对称性，其范围自0.00%至200.00%。该限值适用于“比率”运算的中间结果和全部输出。
输入2(Input2)：输入2参数值在默认情况下，并不连接到任何模拟输入端上。范围：-200.00到200.00 %
输入1(Input1)：输入1参数值在默认情况下，将连接到模拟输入1(A2)。范围：-200.0到200.00 %
输入0(Input0)：输入0参数值在默认情况下，并不连接到任何模拟输入端上。范围：-200.00到200.00 %
对于设定值总数2和设定值总数1基本一致，在此不做介绍。
（3）转矩计算
此功能块用来分离电机电流给定并根据卷轴的旋转方向使用适当的电流限制钳位。
参数描述：
正电流钳位(POS. I CLAMP)：正电流钳位输出目的，默认为没有连接。范围：0到549
负电流钳位(NEG. I CLAMP)：负电流钳位输出目的。默认为没有连接。范围：0到549
转矩给定（TORQUE DEMAND）：这是功能块的转矩给定。范围：-200.00到200.00
张力使能(TENSION ENABLE)：启用时，适用转矩给定；禁用时，转矩给定为0。【注：0：DISABLED（禁用），1：ENABLED（启用）】
过卷（OVER WIND）：启用时，选择“过卷”，就是说转矩给定被施加在正象限（正电流钳位，标记编号.301）；禁用时，选择“欠卷”，就是说转矩给定被施加在负象限（负电流钳位， 标识号为48）。【注：0：DISABLED（禁用），1：ENABLED（启用）】
功能描述
（4）速度回路
本功能块包括设置速度回路所需的参数。可通过人机接口上的两个菜单来查阅本功能块。
参数描述：
输出(OUTPUT)（设定值回路输出）范围：xxx.xx %
速度反馈(SPEED FBK)（初始速度反馈）：该速度反馈值来自“速度反馈选择”所选取的参数源。范围：xxx.xx %
速度设定值(SPPED SETPOINT) 范围：xxx.xx %
速度误差（SPEED ERROR）（初始速度误差）范围：xxx.xx %
比例增益(PROP GAIN)（设定值比例增益）:速度回路PI比例增益调节。范围：0.00到200.00
积分时间常数(INT TIME CONST)（设定值积分时间）速度回路PI积分增益调节。范围：0.001到30,000秒
（5）电流回路
使用本功能模块可使用户对调速器传统电流/转矩回路进行参数设定。
参数描述：
AT电流限值(AT CURRENT LIMT) 0 :假，1 :真
电流给定（IA DEMAND）(IaDmd，未过滤)
电流反馈（IA FEEDBACK）(IaFbk，未过滤)
IF反馈 (IF FEEDBACK) （励磁电流反馈电流）
自动调整（AUTOTUNE）：这是自动调整功能触发输入。 0：关闭，1打开
电流回路暂停(ILOOP SUSPEND) 0：假，1真
主电桥 (MASTER BRIDGE) ：“诊断”功能块指明当前所使用的电桥，主电桥＝打开、从电桥＝关闭。 0：关闭，1打开。
主电流限值(MAIN CURR.LIMIT)：独立于电流限值换算器以外并且与其它三种电流限值组并行的主电流限值。范围：0.00到200.00 %
比例增益（PROP GAIN）：电枢电流PI回路的比例增益控制。该参数将在启用自动调整功能期间进行设定。范围：0.00到200.00
积分增益（INT.GAIN）：电枢电流PI回路的综合增益控制。该参数将在启用自动调整功能期间进行设定。范围：0.00到200.00
总结：通过以上模块间的相互配合，结合直流双闭环可逆调速的原理，便可设计出直流控制系统原理图见附录图3。
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