逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究——主电路设计说明

目录

第一章逻辑无环流可逆直流调速系统简介 (1)

1.1逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理 (1)

1.2无环流逻辑装置的组成 (3)

1.3无环流逻辑装置的设计 (4)

第二章系统主电路设计 (9)

2.1主电路原理及说明 (9)

2.2主电路参数设计 (9)

2.3保护电路设计 (10)

第三章逻辑控制器的设计 (10)

第四章系统参数计算及测定 (13)

4.1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (13)

4.1.1 电枢回路电阻R的测定 (13)

4.1.2 主电路电磁时间常数的测定 (15)

4.1.3 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 (17)

4.1.4 系统机电时间常数TM的测定 (17)

4.1.5 测速发电机特性U

=f(n)的测定 (18)

TG

4.2逻辑无环流可逆直流调速系统特性测试 (19)

4.2.1 整流电路检测 (20)

4.2.2 控制单元调试 (21)

4.2.3 机械特性n=f (Id)的测定 (22)

4.2.4 系统动态波形的观察 (22)

总结 (23)

参考文献 (24)

第一章逻辑无环流可逆直流调速系统简介

1.1 逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理

逻辑无环流可逆直流调速系统主电路如图 1.1 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。

图1.1 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路

图1.2 逻辑无环流可逆调速系统原理图

ASR ——速度调节器

ACR1﹑ACR2——正﹑反组电流调节器

GTF 、GTR ——正反组整流装置

VF 、VR ——正反组整流桥

DLC ——无环流逻辑控制器

HX ——推β装置

TA ——交流互感器

TG ——测速发电机

M ——工作台电动机

LB ——电流变换器

AR ——反号器

GL ——过流保护环节

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。

1.2 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1.3所示。

图1.3 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 。

1.3 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0i 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1.4。

图1.4 电平检测器原理图

电平检测器的输入输出特性如图5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1.5 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0i U ，其输出为I U 。有电流时0i 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。利用逻辑代数的数学工具，可以设计出具有一定功能的逻辑运算电路。

设正转时*i U 为负，T U 为“0”；反转时*i U 为正，T U 为“1”；有电流时*i U 为正，I U 为“1”；无电流时*i U 为负，I U 为“0”。

1U 代表正组脉冲封锁信号，1U 为“1”时脉冲封锁，1U 为“0”时脉冲开放。 2U 代表反组脉冲封锁信号，2U 为“1”时脉冲封锁，2U 为“0”时脉冲开放。 T U 、I U 、1U 、2U 表示“1”，T U 、I U 、1U 、2U 表示“0”。

按系统运行状态，可列出各量要求的状态，如表1.1所示，并根据封锁条件列出逻辑代数式。

表1.1 逻辑判断电路各量要求的状态