逻辑无环流可逆直流调速

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专业自动化班级自动化12本姓名学号

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目录

前言 (1)

一.逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理 (2)

二．无环流逻辑装置的组成 (7)

三．无环流逻辑装置的设计 (8)

四．逻辑无环流可逆调速控制系统各种运行状态 (11)

五．系统参数选择 (14)

六．参考文献 (18)

前言

随着电力传动装置在现代化工业生产中的广泛应用，以及对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。

本设计的课题是逻辑选触无环流直流调速系统。该系统属于模拟系统，虽然不是很先进，但仍然在工矿企业中有着广泛的应用，本设计有较高的集成度，大量采用了LM和CMOS、HTL集成器件,使模拟数字集成电子电路的各种型号的运放. 逻辑单元,时序单元,触发器,光电器件纷呈在电路版上，同时也大量的使用分立元件等特点。

本文将先分析主回路及计算,论述其工作原理,接着讲解各个控制单元,本系统的控制线路采用速度、电流、双闭环调速系统。此外，为了控制给定信号的加速度，系统中又加入了一个给定积分器，两个环节的调节器均采用PI调节器

在本论文的最后，对系统进行动态校正和工作过程各阶段进行较详细的图文讨论。本系统采用的是串联校正。

本设计采用逻辑选触无环流调速系统,投资少,调整方便,较符合实际需要,并且使用起来也比较的安全和方便，出故障时能及时察觉和排除。

主回路方案的论述、比较及选择

生产控制过程中，当要为某生产机械制造一台晶闸管整流装置。首先要确定采用什么样的整流电路，只有整流电路的形式确定后，才能根据负载来决定晶闸管、变压器、电抗器、熔断器等元件，才能对触发电路提出移相范围、脉冲等技术要求，才能选择适当的保护元件。为此，我们的首要任务是选择比较理想的主电路方案。

对于晶闸管可控整流电路而言，主要分单相和三相可控整流电路，其中，单相可控整流电路的整流电压脉动大，脉动频率低，而且对三相电网电源而言，仅是其中的一相负载，就影响三相电网的平衡运行，所以我们在设计中就不采用单相整流电路。

一般当负载容量较大（4KW以上），或者要求直流电压脉动较小、易滤波或要求快速控制时，应考虑采用三相可控整流电路，这是因为三相整流装置三相是平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小以及控制滞后时间短的缘故。三相整流的类型有很多，例如：三相半波、三相全控桥式、三相半控桥式整流电路等。

此次设计采用的是在工业上广泛应用的三相桥式反并联整流电路。三相桥式全控整流电路的实质是三相半波共阴极与共阳极组的串联。

一、逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理

（一）主电路及其原理图

逻辑无环流可逆直流调速系统主电路如图 1 所示，两组桥在任何时刻只有一组投入工作（另一组关断），所以在两组桥之间就不会存在环流。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通，因为已经导通晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放式同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通。

这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR ，一个反号器AR ，采用双电流调节器1ACR 和2ACR ，双触发装置GTF 和GTR 结构。主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，但是为了保证稳定运行时的电流波形的连续，仍应保留平波电抗器，控制线路采用典型的转速﹑电流双闭环系统，1ACR 用来调节正组桥电流，其输出控制正组触发装置GTF ；

2ACR 调节反组桥电流，其输出控制反组触发装置GTR ，1ACR 的给定信号*

i U 经反号器AR 作为

2ACR 的给定信号*

i U ,这样可使电流反馈信号

i

U 的极性在正﹑反转时都不必改变，从而可采用不反

映极性的电流检测器，在逻辑无环流系统中设置的无环流逻辑控制器DLC ，这是系统中关键部件。它按照系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，或者允许正组触发装置发出触发脉冲而封锁反组，或者允许反组触发装置发出触发脉冲而封锁正组。在任何情况下，决不允许两组晶闸管同时开放，确保主电路没有产生环流的可能。

ASR ——速度调节器 TA ——交流互感器 ACR1﹑ACR2——正﹑反组电流调节器 TG ——测速发电机 GTF 、GTR ——正反组整流装置 M ——工作台电动机 VF 、VR ——正反组整流桥 AR ——反号器 DLC ——无环流逻辑控制器

图2 逻辑无环流可逆调速系统原理框图

（二）系统原理图各部件电路结构及原理

1、给定

给定的原理图如图1所示。电压给定由两个电位器RP1、RP2及两个钮子开关S1、S2组成。S1为正、负极性切换开关，输出的正、负电压的大小分别由RP1、RP2来调节，其输出电压范围为0～士l5V ，S2为输出控制开关，打到“运行”侧，允许电压输出，打到“停止”侧，则输出为零。

按以下步骤拨动S1、S2，可获得以下信号：

(1)将S2打到“运行”侧，S1打到“正给定”侧，调节RP1使给定输出一定的正电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从正电压突跳到0V 的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V 突跳到正电压的阶跃信号。

(2)将S2打到“运行”侧，S1打到“负给定”侧，调节RP2使给定输出一定的负电压，拨动S2到“停止”侧，此时可获得从负电压突跳到0V 的阶跃信号，再拨动S2到“运行”侧，此时可获得从0V 突跳到负电压的阶跃信号。

图1电压给定原理图

ASR

DLC -1 TA VR

VF

GTR

2 ACR

M T G GTF

1

ACR

+U*n Un -

Ui

U*i

Ucf Ublf

Ublr

Ucr

U*i

+Ui

U*i Ui

0 Ld A R

--

--

+

(3)将S2打到“运行”侧，拨动S1，分别调节RP1和RP2使输出一定的正负电压，当S1从“正给定”侧打到“负给定”侧，得到从正电压到负电压的跳变。当S1从“负给定”侧打到“正给定”侧，得到从负电压到正电压的跳变。

元件RP1、RP2、S1及S2均安装在挂件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流数字电压表指示输出电压值。要注意的是不允许长时间将输出端接地，特别是输出电压比较高的时候，可能会将RP1、RP2损坏。

2、转速变换

转速变换用于有转速反馈的调速系统中，它将反映转速变化并与转速成正比的电压信号变换成适用于控制单元的电压信号。图2为其原理图：

图2 速度变换

使用时，将DD03-2(或DD03-3)导轨上的电压输出端接至转速变换的输入端“1”和“2”。输入电压经R1和RP1分压，调节电位器RP1可改变转速反馈系数。

3、速度调节器

速度调节器的功能是对给定和反馈两个输入量进行加法、减法、比例、积分和微分等运算，使其输出按某一规律变化。速度调节器由运算放大器、输入与反馈环节及二极管限幅环节组成。其原理见图3。

在图3中“1、2、3”端为信号输入端，二极管VD1和VD2起运放输入限幅，保护运放。二极管VD3、VD4和电位器RP1、RP2组成正负限幅可调的限幅电路。由C1、R3组成微分反馈校正环节，有助于抑制振荡，减少超调。R7、C5组成速度环串联校正环节，其电阻、电容均从DJK08挂件上获得。改变R7的阻值改变了系统的放大倍数，改变C5的电容值改变了系统的响应时间。RP3为调零电位器。

电位器RP1、RP2、RP3均安装面板上。电阻R7、电容C1和电容C5两端在面板上装有接线柱，可根据需要外接电阻及电容。

图3速度调节器原理图

4、反号器

反号器由运算放大器及有关电阻组成，用于调速系统中信号需要倒相的场合，如图4。

图4反号器原理图

反号器的输入信号U1由运算放大器的反相输入端输入，故输出电压U2为：

U2 = -（RP1+R3）/R1×U1

调节电位器RP1的滑动触点，改变RP1的阻值，使RP1+R3=R1，则

U2 = -U1

输入与输出成倒相关系。电位器RP1装在面板上，调零电位器RP2装在内部线路板上（在出厂前我们已经将运放调零，用户不需调零）。

5、电流调节器

电流调节器由运算放大器、限幅电路、互补输出、输入阻抗网络及反馈阻抗网络等环节组成，工作原理基本上与速度调节器相同，其原理图如图5所示。电流调节器也可当作速度调节器使用。元件RP1、RP2、RP3均装在面板上，电容C1、电容C7和电阻R13的数值可根据需要，由外接电阻、电容来改变。

电流调节器与速度调节器相比，增加了几个输入端，其中“3”端接推β信号，当主电路输出过流时，电流反馈与过流保护的“3”端输出一个推β信号（高电平）信号，击穿稳压管，正电压信号输入运放的反向输入端，使调节器的输出电压下降，使α角向180度方向移动，使晶闸管从整流区移至逆变区，降低输出电压，保护主电路。“5、7”端接逻辑控制器的

图5电流调节器原理

相应输出端，当有高电平输入时，击穿稳压管，三极管V4、V5导通，将相应的输入信号对地短接。在逻辑无环流实验中“4、6”端同为输入端，其输入的值正好相反，如果两路输入都有效的话，两个值正好抵消为零，这时就需要通过“5、7”端的电压输入来控制。在同一时刻，只有一路信号输入起作用，另一路信号接地不起作用。

6、转矩极性鉴别

转矩极性鉴别为一电平检测器，用于检测控制系统中转矩极性的变化。它是一个有比较器组成的模数转换器，可将控制系统中连续变化的电平信号转换成逻辑运算所需的“0”、“1”电平信号。其原理图如图6所示。转矩极性鉴别器的输入输出特性如图8a所示，具有继电特性。调节运放同相输入端电位器RP1可以改变继电特性相对于零点的位置。继电特性的

回环宽度为:

Uk = Usr2一Usr1 = K1(Uscm2一Uscm1)式中，K1为正反馈系数，K1越大，则正反馈越强，回环宽度就越小；Usr2和Usr1分别为输出由正翻转到负及由负翻转到正所需的最小输入电压；Uscm1和Uscm2分别为反

图6转矩极性鉴别原理图

向和正向输出电压。逻辑控制系统中的电平检测环宽一般取0.2～0.6V，环宽大时能提高系统抗干扰能力，但环太宽时会使系统动作迟钝。

图7零电平检测器原理

7、零电平检测

零电平检测器也是一个电平检测器，其工作原理与转矩极性鉴别器相同，在控制系统中进行零电流检测，当输出主电路的电流接近零时，电平检测器检测到电流反馈的电压值也接近零，输出高电平。其原理图和输入输出特性分别如图7和图8b所示。

(a)转矩极性检测(b)零电平检测

图8 转矩极性鉴别及零电平检测输入输出特性

二、无环流逻辑装置的组成

在无环流控制系统中，反并联的两组整流桥需要根据所要求的电枢电流极性来选择其中一组整流桥运行，而另一组整流桥触发脉冲是被封锁的。两组整流桥的切换是在电动机转矩极性需要反向时由逻辑装置控制进行的。其切换顺序可归纳如下：

①由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向。

②由转速调节器输出反映这一转矩的极性，并由逻辑装置对该极性进行判断，然后发出切换开始的指令。

③使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。

④由零电流检测器得到零电流信号后，经3～ms 5延时，确认电流实际值为零，封锁原导通侧整流桥的触发脉冲。

⑤由零电流检测器得到零电流信号后，经ms 10延时，确保原导通侧整流桥晶闸管完全阻断后，开放待工作侧整流桥（例如反组桥）的触发脉冲。

⑥电枢内流过与切换前反方向的电流，完成切换过程。

根据逻辑装置要完成的任务，它由电平检测、逻辑判断、延时电路和联锁保护电路四个基本环节组成，逻辑装置的功能和输入输出信号如图4-1所示。

图2-1 无环流逻辑控制环节DLC

其输入为电流给定或转矩极性鉴别信号*

i U 和零电流检测信号0i U ，输出是控制正组晶闸管触发

脉冲封锁信号1U 和反组晶闸管触发脉冲封锁信号2U 。

软件逻辑控制切换程序流程图

三、无环流逻辑装置的设计

①电平检测器

逻辑装置的输入有两个：一是反映转矩极性信号的转速调节器输出*i U ，二是来自电流检测装

置反映零电流信号的

i U ，他们都是连续变化的模拟量，而逻辑运算电路需要高、低电位两个状态

的数字量。电平检测器的任务就是将模拟量转换成数字量，也就是转换成“0”状态（将输入转换成近似为V 0输出）或“1”状态（将输入转换成近似为V 15+输出）。

采用射极偶合触发器作电平检测器。为了提高信号转换的灵敏度，前面还加了一级差动放大和一级射极跟随器。其原理图见图3-1。

图3-1 电平检测器原理图

电平检测器的输入输出特性如图3-2所示，具有回环特性。由于转速调节器的输出和电流检测

装置输出都具有交流分量，除入口有滤波外，电平检测需要具有一定宽度的回环特性，以防止由于交流分量使逻辑装置误动作，本系统电平检测回环特性的动作电压mV U r 1001=，释放电压

mV U r 802=。调整回环的宽度可通过改变射极偶合触发器的集电极电阻实现。

图3-2电平检测器输入输出特性

转矩极性鉴别器的输入信号为转速调节器的输出*i U ，其输出为T U 。电机正转时*i U 为负，T

U 为低电位（“0”态），反转时*

i U 为正，T U 为高电位（“1”态）。

零电流检测器的输入信号为电流检测装置的零电流信号

i U ，其输出为I U 。有电流时

i U 为正，

I U 为高电位（“1”态），无电流时0i U 为0，I U 为低电位（“0”态）。

②逻辑运算

电路的输入是转速极性鉴别器的输出T U 和零电流检测器输出I U 。系统在各种运行状态时，

T

U 和I U 有不同的极性状态（“0”态或“1”态），根据运行状态的要求经过逻辑运算电路切换其输出去封锁脉冲信号的状态（“0”态或“1”态），由于采用的是锗管触发器，当封锁信号为正电位（“1”态）时脉冲被封锁，低电位（“0”态）时脉冲开放。

其逻辑运算电路，如图3-3所示，它由四个或非门电路组成。依靠它来保证两组整流桥的互锁，并自动实现零电流时相互切换。

图3-3 逻辑运算电路

现举例说明其切换过程，例如，整流装置原来正组工作，这时逻辑电路各点状态如图3-3中“1”、“0”所示。

图3-4 或非门电路

现在要求整流装置从正组切换到反组，首先是转矩极性信号改变极性，T U 由“0”变到“1”，在正组电流未衰减到0以前，逻辑电路的输出仍维持原状（1U 为“0”，正组开放。2U 为“1”，反组封锁）。只有当正组电流衰减到零，零电流检测器的状态改变后，逻辑电路输出才改变状态，实现零电流切换，这是逻辑电路各点状态如图3-3所示。或非门电路如图3-4所示

采用锗二极管2AP13和硅开关三极管3DK4C 是为了减小正向管压降。

③延时电路 前面的逻辑运算电路保证零电流切换，但仅仅采用零电流切换是不够的。因为零电流检测装置的灵敏度总是有限的，零电流检测装置变成“0”态的瞬间，不一定原来开放组的晶闸管已经断流。因此必须在切换过程中设置两段延时即封锁延时和开放延时，避免由于正反组整流装置同时导通而造成短路。根据这个要求，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。

图3-5 延时电路

延时电路如图3-5所示，其工作原理如下：当延时电路输入为“0”时，输出亦为“0”态（1BG 截止、2BG 导通），相应的整流桥脉冲开放。当输入由“0”变为“1”时，电容C 经1R 充电，经一定延时后，1BG 导通，2BG 截止，即输出由“0”延时变“1”。相应的整流桥脉冲延时封锁。其延时时间由C R 1决定，这里整定为ms 3。当输入出“1”变“0”时，电容C 的电荷要经过2R 和1BG 基射极回路放电，经一定延时后，1BG 截止，2BG 导通，即输出由“1”延时变“0”。相应的整流桥脉冲延时开放。其延时时间由2CR 参数决定，这里整定为ms 10，这样就满足了“延时ms 3封锁”、“延时ms 10开放”的要求。

④逻辑保护

逻辑电路正常工作时，两个输出端总是一个高电位，一个低电位，确保任何时候两组整流一组导通，另一组则封锁。但是当逻辑电路本身发生故障，一旦两个输出端均出现低电位时，两组整流装置就会同时导通而造成短路事故。为了避免这种事故，设计有逻辑保护环节，如图3-6所示。

逻辑保护环节截取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个或非门的输入信号。当正常工作时，两个输入信号总是一个是高电位，另一个是低电位。或非门输出总是低电位，它不影响脉冲封锁信号的正常输出，但一旦两个输入信号均为低电位时，它输出一个高电位，同时加到两个触发器上，将正反两组整流装置的触发脉冲全部封锁了，使系统停止工作，起到可靠的保护作用。

图3-6 逻辑保护装置结构图

由电平检测、逻辑运算电路、延时电路、逻辑保护四部分就构成了无环流逻辑装置。其结构如图3-7所示。

图3-7 无环流逻辑装置结构图

四、逻辑无环流可逆调速控制系统各种运行状态

（一）、正向起动到稳定运转

当给出正向起动讯号，*

n U 为正，转速调节器ASR 的输出*

i U 为负，转矩极性鉴别器DPT 输出T U 的状态仍为“0”。在起动电流未建立以前，零电流检测器DPZ 输出的状态也不变，仍为“0”，所以逻辑装置输出仍封锁反向组脉冲，正向组开放。在给定电压的作用下，正向组触发器的脉冲控制角α由?90往前移动，正组整流装置VF 的平均整流电压逐渐增加，电机开始正向起动，在起动过程中由正组电流调节器ACR1的调节作用使起动电流维持最大允许值，得到恒加速起动。在起动电流作用下，电动机一直加速到给定转速，进入稳定运行。当主回路电流建立后，通过电流检测装置送给零电流检测器DPZ 一个信号0i U 为正，这时DPZ 的输出I U 为“1”，但由于逻辑电路的记忆作用，其输出状态不变，正向组开放，反向组封锁。电动机稳定运行，转速的高低取决于给定电压*

n U 的大小，改变*

n U 的大小，可以在一定范围内任意调速。

（二）、正向减速过程

正向减速时，则要突减给定电压*

n U （其极性不变），系统便进入降速过程。本系统降速过程可分为以下四个阶段：

①.本桥逆变阶段

由于*

n U 极性不变，仅数值突然减小，而转速来不及改变，所以使得转速调节器ASR 的输入偏差为负，其输出*

i U 立即变正，但电枢电流不为零，逻辑装置的输出不发生翻转。此时电流调节器为负的最大值，?=30min

β，使正

向整流装置进入逆变状态。电枢电流d I 减小，主回路电感通过处于逆变状态的正组整流装置将能量回送电网。此过程一直进行到d I 衰减到零，本桥逆变结束。

②.第一次切换

当d I 衰减到零，本桥逆变结束，零电流检测器输出I U 从1态变为0 态，经封锁延时dbl t ，逻辑装置的输出1U 从0态变为1态，封锁正组整流装置触发脉冲，再经开放延时dt t ，2U 由1态变为0态，开放反组晶闸管整流装置脉冲。但是，在dt t 延时过程中，逻辑装置输出1U 已经变为1态，而2U 还没有变为0态仍是1态，但由于推β环节的T 型滤波网络的惯性，可以将逆变状态保持一小段时间，避免了换向时电流的冲击。

③.他桥逆变阶段

经过dt t 延时后，逻辑装置的输出2U 变为0态。此阶段电流调节器输出退出负限幅值，向正的ctf U 变化，β前移（向增大方向移），当反组的逆变电压小于电动机反电势后，建立反向组的逆变电流。在反电势作用下，这个逆变电流上升到（dm I -）后，电动机的转速n 直线下降，反组整流装置处于有效逆变状态，电动机处于发电制动状态，通过反组整流装置逆变将电机的机械能回馈到电网，称此过程为它桥回馈制动。

待电动机转速下降到新的转速给定电压后，转速调节器的输入偏差为正，转速调节器的输出*

i U 退出限幅成为负值。由于此时电枢电流不为零，逻辑装置输出不翻转。这时电流调节器输出为负的限幅值ctf U ，则?=30min

β，

反组整流装置输出逆变电压又变为最大值，使反组逆变电流减小，在主回路电感两端产生感应电势，阻碍逆变电流减小。电感释放能量，维持反组继续逆变工作。此过程仍为它桥逆变，其作用迫使逆变电流衰减到零。

④.第二次切换

当反组逆变电流衰减到零后，逻辑装置经dbl t 延时，2U 变为1态，封锁反组脉冲，再经dt t 延时，1U 变为0态，开放正组脉冲。待电流调节器输出ctf U 变为正值并且正组整流电压E U d >1

后，建立整流电流1d I ，使正组

整流装置又重新进入整流状态工作。电枢电流开始上升，待电流上升到负载电流值并略有超调后，经系统调节作用，使系统重新稳定于正向低速度运行状态。 （三）、正转制动

当给定停车命令后，0*

=n

U ，由于机械惯性，转速负反馈仍存在，在它的作用下，转速调节器的输出*i U 由

负变正。因此DPT 输出T U 由“0”变“1”，如图4-1所示。但是只要电流未衰减到零，DPZ 输出I U 仍为“1”。或非门HF1、HF2状态不变，逻辑装置总输出状态亦不变，仍维持正组整流装置电流导通，只有当DPZ 输出变为“0”即电流过零了，或非门HF2输出的状态才改变，由“0”变为“1”，HF4输出的状态由“1”变为“0”，致使HF3的输出由“0”变“1”。经延时电路延时3ms 后输出由“0”变“1”，逻辑装置输出至正组触发器的脉冲封锁信号

1U 由“0”经dbl t 延时后变“1”，即当电流过零后正组整流装置的脉冲经dbl t 封锁延时后被封锁。在HF4输出的状

态由“1”变“0”后，经延时电路，延时10ms 后输出由“1”变“0”，故它的输出由“1”变“0”时延时dt t （ms 7）逻辑装置输出至反组触发器的脉冲封锁信号2U 由“0”经dt t 延时后变“1”，即当电流过零后反组整流装置的脉冲经dt t 开放延时后开放。

从制动过程来看大体可以分为两个阶段。制动的第一阶段是主回路电流过零以前，这是由于转速调节器输出*

i

U 改变了极性，正组触发装置GTF 的输入移相控制信号ctf U 变负，而正组整流装置仍然是导通的，故处于逆变状态。主回路电感很快衰减，释放能量，通过处于逆变状态的正组整流装置将能量送回电网，这个过程称为“本桥逆变”过程。这个过程是很短的，因为此刻E U dt

di

L df +=（E —电机的反电势，df U —正组整流装置的逆变电压），

所以电流的衰减是很快的。

图4-1 制动时的逻辑电路图

制动的第二阶段，也就是制动的主要阶段，是在切换到反组整流装置以后。当切换开始，由于转速调节器的输出由负变正。这个极性使1U 为正，对正组整流装置是逆变状态（?>90α）

。而使2U 为负，对反组整流装置则是整流状态（?<90α

）

。因此，刚切换过来反组整流装置开放时是处在整流状态，其整流电压与电动机反电势同极性相串联，形成很大的制动电流，这电流通过电流调节器的作用才把反组的触发脉冲推向?=90α的逆变状态，而且维持电流为恒值，直到最后电机转速制动到零为止。

同理，可分析反向时的各种运行状态。当反向起动的主令信号给出后，由于首先要完成逻辑切换，解除反向组触发脉冲的封锁，因此反向起动要滞后一个延时时间。

（四）、停车状态

停车时，转速给定信号0*

=n U ，

转速调节器ASR 和电流调节器ACR 的输出*

i U 和ct U 均为零，触发器GT 输出的触发脉冲在?=90α

位置，变流装置输出整流电压为零，电动机处于停止状态。此时，零电流检测器DPZ

的输出I U 为0态，但转矩极性鉴别器输出T U 的状态却有两种可能：一种是*

i U 由负变为零，则T U 为0态；另一种是*

i U 由正变为零，则T U 为1态。所以停车状态是正组晶闸管有脉冲，还是反组晶闸管有脉冲，则视接通电源时，T U 的状态而定，或者是系统已经工作了一段时间之后，则由停车前一时刻的状态而定。为方便以下分析，先假设停车时，T U 为0态，I U 为0态，则1U 为0态，2U 为1态，此时再正向起动，其逻辑装置不必进行切换；若是再反向起动，逻辑装置输出就应切换，且有dt dbl t t +的延时，才能反向起动，比正向起动拖长了约ms 10的时

间。

五、系统参数选择

本系统主电路为三相桥式反并联电路,被控电机额定电压220V,对于本电路,采取了阻容保护,非线性电路及过电流保护,现对电路中各元件参数选择做简要说明。

（一）、整流变压器额定参数的计算与选择

在平均电压Ud和主电路形式一定的条件下,晶闸管交流侧的电源相电压有效值U2只能在一个较小的范围内变化。因为电压U2选择过高,则晶闸管装置运行的控制角α过大造成功率因数变坏,无功功率增大。并在电源回路的电感上产生很大的电压降,但若电压U2过低,则有可能在晶闸管控制角α=0时仍达不到负载要求的电压额定值因而达不到负载要求的功率,在一般情况下,晶闸管装置所要求的交流供电电压于电网电压往往不一致,另外,为了尽可能减小电网与晶闸管装置的相互干扰,要求能够隔离,所以通常需配用整流变压器,整流变压器的一次相电压U1就是电网相电压,根据本系统要求的整流电压Ud=220V,及整流电流Id=10A,在下面对整流变压器的额定参数,二次相电压U2、二次相电流I2、一次相电流I1、二次容量S2、一次容量S1和平均容量S进行一些必要的计算。

1、二次相电压U2的计算

U2=(1.2～1.5)U0/A=1.3×220/2.34=122V

U0—电动机电枢额定电压

A—系数对于三相桥式，A=2.34

2、二次相电流I2和一次相电流I1

I2=k2×Id I1=I2/k k=U1/U2

则I2=0.816×17.2=14.04A

I1=14.04/380/122=4.51A

Id—电动机的额定电流

K2—电流的波形系数为0.816

3、二次容量S2、一次容量S1和平均计算容量S

S1=3U1I1=3×220×4.51=5141.4V A

S2=3U2I2=3×122×14.04=5138.64V A

S=(S1+S2)/2=5140.02V A

（二）、晶闸管和整流管的选择及计算

1、整流器件的额定电压UTN

Um=61/2U2=299V

UTN=(2～3)Um取系数为2.5则可得UTN=747V

2、整流器件的额定电流IT(A V)

IT(A V)=(1.5～2)kfbIdmax=1.8×0.368×17.2×1.5=14.7A

式中kfb=0.368Idmax=λ×电动机的额定电流

λ—为过载倍数

（三）、平波电抗器的电感量的选择及计算

在使用晶闸管装置时,为了提高它对负载供电的性能和提高运行的安全可靠性,常在直流侧使用带有空气隙的铁芯电抗器,本节着重于电抗器的计算,电抗器的主要参数是:流过电抗器的电流和电抗器的电感量。

1、使输出电流连续所需的电感量

当晶闸管的控制角α较大,负载电流小到一定程度时,会出现输出电流不连续的现象,为保证电流连续,电枢回路中应有的电感量: Ll=KlU2/Idmin=0.693×122/（5%×17.2）=98.3mH

Idmin—要求连续的最小负载电流平均值为5%Inom Kl=0.693

2、平波电抗器电感的计算

LD—电动机的电枢电感

LD=KDUe/2PneIe×103=6×220/2×2×1500×17.2×103=12.8mH式中P—极对数(P=2) KD=8~12（无补偿的电机）KD=5~6（有补偿的电机）

LB—变压器二次测每相的漏电感

LB=KBUk%×U2/100×Ie= 3.9×5/100×122/17.2=1.38mH

Uk%—变压器的短路比,对于100KV A以下的变压器Uk%=5% KB=3.9

LP—平波电抗器的电感

LP=Ll－(LD+2LB)=98.3－(12.8+2×1.38)=82.74mH

（四）、闸管的保护装置及其计算

晶闸管虽然具备多种优点，但是它承受过电流和过电压的能力较差。为了使器件能长期的运行，必须采用适当的保护装置。

1、过电压保护

凡超过晶闸管正常工作时承受的最大峰值电压Um的都算过电压，其中一种为操作过电压是由晶闸管装置的拉闸合闸和器件关断等电磁过程引起的过电压，这些操作过程经常发生是不可避免的，另一种过电压是由于雷击等原因为从电网侵入的偶然性浪涌电压，它可能比操作过电压更高，采取过电压保护措施后，应使经常发生的操作过电压限制在额定电压UTN以下，而希望使偶然性的浪涌电压限制在器件的断态和反向不重复峰值电压Udsm和Ursm 以下。

⑴交流侧过电压保护

阻容保护

在变压器二次并联电阻和电容，构成阻容保护电路。计算单相变压器交流侧过电压保护电容C和电阻R的公式：C≥6i0%S/U22，R≥2.3U22/S（UK%/i0%）1/2

其中：S—变压器每相平均计算容量U2—变压器二次相电压有效值i0%—变压器激磁电流百分数,100KV A 以下i0%=7Uk%—变压器的短路比,100KV A以下Uk%=5

由以上的公式可得:C≥6×7×5140.02/1222=14.5μF R≥2.3×1222/5140.02×（5/7）1/2=5.63Ω

变压器的接法单相三相二次侧Y接法

阻容装置的接法与变压器次极并联 Y接法△接法

电容C C C C/3

电阻R R R 3R

则根据上表得到:电容=C/3=4.83μF 电阻=3R=16.89Ω

阻容保护

压敏电阻保护

护装置只能把操作过电压一直在允许的范围内，因此在采用阻容保护的同时，可以设置非线性电阻。它们接近于稳压管的伏安特性，能把浪涌电压一直在允许范围之内。压敏电阻可按下式选取它的额定电压Ue:

Ue≥ε/(8-9)×(压敏电阻承受的额定电压峰值)

压敏电阻保护

⑵直流侧过电压保护

直流侧也有发生过电压的可能，例如在快熔断时，平波电抗器所贮能量释放，可以造成过电压，或是在雷击时，过电压到直流侧。因此，在直流侧也搭接了压敏电阻保护。

2、晶闸管关断过电压保护

晶闸管在开关过程中瞬时电压的分配决定于晶管的结电容、导通时间和关断时间等等差别。为了使开关过程中的电压分配均匀，应对晶闸管并联电容C。为了防止晶闸管导通瞬间，电容C对晶闸管放电造成过大的di/dt，还应在电容支路中串联电阻R。这样就采用RC回路来进行抑制。

电容值C=(2～5)×10－3×IT=4×10－3×14.7=0.06μF

电容值R=(1～3)(LB/C)2/1=2×(1.38/0.06)2/1=9.59Ω式中：IT—器件的额定电流B—变压器每相的漏感

RC回路

3.过电流保护

由于过载短路，晶闸管正向误导通和反向击穿，以及在逆变时换流失败等原因，都会产生过电流。过电流的保护措施有数种，我们这里采用快速熔断器来防止晶闸管过电流的损坏。其原理图所示：

总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关自动控制——电机拖动方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

一周的课程设计，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但在老师的教导下，最终都得到了解决。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。