1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 題目： 閉環(huán)無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 李小朋 院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化13-01班 學(xué) 號(hào)： 541301010124 指導(dǎo)教師： 陳志武、刁智華 成 績(jī)： 時(shí)間：2016 年 12 月 20 日至 2017 年1 月13 日目 錄1 緒論1 1.1電力拖動(dòng)簡(jiǎn)介1 1.2直流調(diào)速系統(tǒng)1 1.3無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介22 系統(tǒng)總體參數(shù)33 無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 3.1系統(tǒng)組成3 3.2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)13 3.3觸發(fā)電路16 3.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)18 3.5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)194 仿真結(jié)果截屏顯示225 總結(jié)236 參考文獻(xiàn)24閉環(huán)無環(huán)流調(diào)

2、速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論1.1電力拖動(dòng)簡(jiǎn)介隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人力勞動(dòng)被大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械所代替。電力拖動(dòng)及其自動(dòng)化得到不斷的發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求越來越高，尤其在其準(zhǔn)確性、快速性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等方面的要求，與日俱增。因此，需要不斷地改進(jìn)和完善電氣控制設(shè)備，使電力拖動(dòng)自動(dòng)化可以跟得上技術(shù)要求。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)及其供電電源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制裝置等四部分組成。電動(dòng)機(jī)及其供電電源是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把機(jī)械能進(jìn)行傳遞與分配；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是使機(jī)械能完成所需的轉(zhuǎn)變；電氣控制裝置是控制系統(tǒng)按著生產(chǎn)工藝的要求來動(dòng)作，并對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用。隨著生產(chǎn)的要求不斷提高，

3、技術(shù)不斷更新，拖動(dòng)系統(tǒng)也隨之更新。同時(shí)，新型電機(jī)、大功率半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代控制理論發(fā)展的發(fā)展使電力拖動(dòng)自動(dòng)化發(fā)生了巨大的變革。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)由于其良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，在電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位，雖然近年來交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展很快，但是交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制的基礎(chǔ)仍是直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)技術(shù)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)各種控制系統(tǒng)，也容易實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的“最佳化”直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度看，它又是

4、交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)可以更好的研究交流拖動(dòng)系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。1.3無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介無環(huán)流控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)主電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管組成，當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路或邏輯算法去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終

5、究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過程對(duì)系統(tǒng)過度特性的平滑性要求不高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)現(xiàn)無環(huán)流原理的不同而分為兩大類：邏輯無環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少，邏輯無環(huán)流系統(tǒng)目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng)，組成邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是：任何時(shí)候只觸發(fā)一組整流橋，另一組整流橋封鎖，完全杜絕了產(chǎn)生環(huán)流的可能。至于選擇哪一組工作，就看電動(dòng)機(jī)組需要的轉(zhuǎn)矩方向。若需正向電動(dòng)，應(yīng)觸發(fā)正組橋；若需反向電動(dòng)，就應(yīng)觸發(fā)反組橋，可見，觸發(fā)的選擇應(yīng)決定于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性，在恒磁通下，就決定于信號(hào)

6、。同時(shí)還要考慮什么時(shí)候封鎖原來工作橋的問題，這要看工作橋又沒有電流存在，有電流時(shí)不應(yīng)封鎖，否則，開放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路。可見，只要用信號(hào)極性和電流“有”、“無”信號(hào)可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋，開放哪一組橋。基于這種邏輯判斷電路的“指揮”下工作的可逆系統(tǒng)稱邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。2 系統(tǒng)總體參數(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)如下:晶閘管三相橋式全控整流電路供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī):220V,136A,1460r/min,電樞電阻Ra=0.2,允許過載倍數(shù)=1.5;電樞回路總電阻:R=0.5,電樞回路總電感:L= 15mH,電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩:GD2= 22.5N·m2,晶閘管裝

7、置:放大系數(shù)Ks=40,電流反饋系數(shù):=0.05V/A,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=0.007Vmin/r,濾波時(shí)間常數(shù):Toi=0.002s ,Ton=0.01s3 無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)組成主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。1、電流環(huán)分設(shè)兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GT

8、R。 2、速度環(huán)把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器。 3、為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動(dòng)切換。 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACRU snU fn-U siUcfU c1Uc2UcrUsiUfiUsiUiLdA-+3.1.1邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖圖3-1邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)原理圖（ TG：永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)；DLC：邏輯控制器；TA：三相電流傳感器；ASR：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ；Ld：平波電抗器；ACR：電流調(diào)節(jié)器； TR：聯(lián)接的三相整

9、流變壓器；U：三相整流橋；GTR、GTF為正反組晶閘管觸發(fā)電路； A:反相器）3.1.2邏輯無環(huán)流系統(tǒng)組成及其工作原理在無環(huán)流控制系統(tǒng)中，反并聯(lián)的兩組整流橋需要根據(jù)所要求的電樞電流極性來選擇其中一組整流橋運(yùn)行，而另一組整流橋觸發(fā)脈沖是被封鎖的。兩組整流橋的切換是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩極性需要反向時(shí)由邏輯裝置控制進(jìn)行的。其切換順序可歸納如下：由于轉(zhuǎn)速給定變化或負(fù)載變動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩極性反向。由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出反映這一轉(zhuǎn)矩的極性，并由邏輯裝置對(duì)該極性進(jìn)行判斷，然后發(fā)出切換開始的指令。使導(dǎo)通側(cè)的整流橋（例如正組橋）的電流迅速減小到零。由零電流檢測(cè)器得到零電流信號(hào)后，經(jīng)延時(shí)，確認(rèn)電流實(shí)際值為零，封鎖原導(dǎo)通

10、側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖。由零電流檢測(cè)器得到零電流信號(hào)后，經(jīng)延時(shí)，確保原導(dǎo)通側(cè)整流橋晶閘管完全阻斷后，開放待工作側(cè)整流橋（例如反組橋）的觸發(fā)脈沖。電樞內(nèi)流過與切換前反方向的電流，完成切換過程。根據(jù)邏輯裝置要完成的任務(wù)，它由電平檢測(cè)、邏輯判斷、延時(shí)電路和聯(lián)鎖保護(hù)電路四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號(hào)如圖3-2所示。圖3-2 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC其輸入為電流給定或轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)和零電流檢測(cè)信號(hào)，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，采用了兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器和兩套觸發(fā)裝置分別控制正、反組晶閘管。實(shí)際上任何時(shí)刻都只有一組晶閘管在工作，另一

11、組由于脈沖被封鎖而處于阻斷狀態(tài)，這時(shí)它的電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置都是等待狀態(tài)。采用模擬控制時(shí)，可以利用電子模擬開關(guān)選擇一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置工作，另一套裝置就可以節(jié)省下來了。3.1.3無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計(jì) 邏輯控制器模塊DLC是根據(jù)控制器的輸入來判斷輸出的邏輯狀態(tài)。邏輯控制器有兩個(gè)輸入輸出，兩個(gè)輸出信號(hào)Ublr和Ublf分別通過觸發(fā)器來控制是否產(chǎn)生還是封鎖觸發(fā)脈沖，輸出信號(hào)Ublf和Ublr的狀態(tài)必須始終保持相反，以保證兩組整流器不會(huì)同時(shí)處于工作狀態(tài)。由于電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)和改變轉(zhuǎn)向都需要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向，即電樞電流的方向，在系統(tǒng)控制中電流的方向是由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出Ui*的極性來決定的，也就是說Ui

12、*的符號(hào)改變是邏輯控制器切換的條件之一。從a=配合控制的分析中已經(jīng)知道，可逆系統(tǒng)的快速制動(dòng)或反轉(zhuǎn)過程要經(jīng)歷本橋逆變，反饋制動(dòng)和回饋制動(dòng)三個(gè)階段。在本橋逆變階段電動(dòng)機(jī)電流下降至零，然后才經(jīng)歷反接制動(dòng)階段建立反向電流，如果在本橋逆變階段尚未結(jié)束時(shí)就關(guān)斷該整流器，就可能產(chǎn)生逆變失敗現(xiàn)象，并損壞整流器，所以在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出Ui*改變極性后，還必須等待電動(dòng)機(jī)原方向電流減小到零后，Ui=0，才能關(guān)斷原來工作的整流器，而開通原封鎖的另一組整流器，因此電樞電流下降為零Ui=0是邏輯切換的條件之二。只有在Ui*改變極性和Ui=0兩個(gè)條件滿足后，邏輯控制器的輸出狀態(tài)才能改變。但是邏輯控制器的輸入端分別聯(lián)接轉(zhuǎn)速調(diào)

13、節(jié)器的輸出Ui*和電流的反饋信號(hào)Ui。因電流反饋取自電動(dòng)機(jī)的電樞電流，因此電流信號(hào)可以有正向，反向和零三種工作狀態(tài)，而邏輯控制器僅需要判斷電樞電流的有無，因此需增加絕對(duì)值計(jì)算環(huán)節(jié)。控制器輸出的整流器切換信號(hào)Ublf和Ublr，則分別通過觸發(fā)模塊控制是否輸出移相觸發(fā)脈沖，而此觸發(fā)模塊的block端的要求是邏輯控制器輸出的信號(hào)為“0”時(shí)，則該觸發(fā)器允許輸出脈沖，如果邏輯控制器輸出的信號(hào)為“1”，則該觸發(fā)器沒有脈沖輸出。電平檢測(cè)器邏輯裝置的輸入有兩個(gè)：一是反映轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出，二是來自電流檢測(cè)裝置反映零電流信號(hào)的，他們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯運(yùn)算電路需要高、低電位兩個(gè)狀態(tài)的數(shù)字量。電

14、平檢測(cè)器的任務(wù)就是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，也就是轉(zhuǎn)換成“0”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）或“1”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）。采用射極偶合觸發(fā)器作電平檢測(cè)器。為了提高信號(hào)轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級(jí)差動(dòng)放大和一級(jí)射極跟隨器。其原理圖見圖3-3。圖3-3 電平檢測(cè)器原理圖電平檢測(cè)器的輸入輸出特性如圖3-4所示，具有回環(huán)特性。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出和電流檢測(cè)裝置輸出都具有交流分量，除入口有濾波外，電平檢測(cè)需要具有一定寬度的回環(huán)特性，以防止由于交流分量使邏輯裝置誤動(dòng)作，本系統(tǒng)電平檢測(cè)回環(huán)特性的動(dòng)作電壓，釋放電壓。調(diào)整回環(huán)的寬度可通過改變射極偶合觸發(fā)器的集電極電阻實(shí)現(xiàn)。圖3-4 平檢測(cè)器輸入輸出特性轉(zhuǎn)

15、矩極性鑒別器的輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出為。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，為低電位（“0”態(tài)），反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為高電位（“1”態(tài)）。零電流檢測(cè)器的輸入信號(hào)為電流檢測(cè)裝置的零電流信號(hào)，其輸出為。有電流時(shí)為正，為高電位（“1”態(tài)），無電流時(shí)為0，為低電位（“0”態(tài)）。邏輯運(yùn)算電路的輸入是轉(zhuǎn)速極性鑒別器的輸出和零電流檢測(cè)器輸出。系統(tǒng)在各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，和有不同的極性狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的要求經(jīng)過邏輯運(yùn)算電路切換其輸出去封鎖脈沖信號(hào)的狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），由于采用的是鍺管觸發(fā)器，當(dāng)封鎖信號(hào)為正電位（“1”態(tài)）時(shí)脈沖被封鎖，低電位（“0”態(tài)）時(shí)脈沖開放。利用邏輯代數(shù)的數(shù)學(xué)工具，可以設(shè)計(jì)出

16、具有一定功能的邏輯運(yùn)算電路。設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，為“0”；反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為“1”；有電流時(shí)為正，為“1”；無電流時(shí)為負(fù)，為“0”。代表正組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。代表反組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。、表示“1”，、表示“0”。按系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可列出各量要求的狀態(tài)，如表4-1所示，并根據(jù)封鎖條件列出邏輯代數(shù)式。表3-1 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài) 正向起動(dòng)，I=00001正向運(yùn)行，I有0101正向制動(dòng)，I有1101正向制動(dòng)，I=01010反向起動(dòng)，I=01010反向運(yùn)行，I有1110反向制動(dòng)，I有0110反向制動(dòng)，I00001根據(jù)正組

17、封鎖條件： （3-1）根據(jù)反組封鎖條件： （3-2）邏輯運(yùn)算電路采用分立元件，用或非門電路較簡(jiǎn)單，故將上述（3-1）式和（3-2）式最小化，最后化成或非門的形式。 （3-3） （3-4）根據(jù)（3-3）、（3-4）式可畫得邏輯運(yùn)算電路，如圖3-5所示，它由四個(gè)或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零電流時(shí)相互切換。圖3-5 邏輯運(yùn)算電路 現(xiàn)舉例說明其切換過程，例如，整流裝置原來正組工作，這時(shí)邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖3-5中“1”、“0”所示。現(xiàn)在要求整流裝置從正組切換到反組，首先是轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)改變極性，由“0”變到“1”，在正組電流未衰減到0以前，邏輯電路的輸出仍維持原狀（為“0”

18、，正組開放。為“1”，反組封鎖）。只有當(dāng)正組電流衰減到零，零電流檢測(cè)器的狀態(tài)改變后，邏輯電路輸出才改變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)零電流切換，這是邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖3-4所示。或非門電路如圖3-6所示。圖3-6 或非門電路采用鍺二極管2AP13和硅開關(guān)三極管3DK4C是為了減小正向管壓降。延時(shí)電路 前面的邏輯運(yùn)算電路保證零電流切換，但僅僅采用零電流切換是不夠的。因?yàn)榱汶娏鳈z測(cè)裝置的靈敏度總是有限的，零電流檢測(cè)裝置變成“0”態(tài)的瞬間，不一定原來開放組的晶閘管已經(jīng)斷流。因此必須在切換過程中設(shè)置兩段延時(shí)即封鎖延時(shí)和開放延時(shí)，避免由于正反組整流裝置同時(shí)導(dǎo)通而造成短路。根據(jù)這個(gè)要求，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時(shí)電路圖

19、3-7 延時(shí)電路延時(shí)電路如圖3-7所示，其工作原理如下：當(dāng)延時(shí)電路輸入為“0”時(shí)，輸出亦為“0”態(tài)（截止、導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈沖開放。當(dāng)輸入由“0”變?yōu)椤?”時(shí)，電容C經(jīng)充電，經(jīng)一定延時(shí)后，導(dǎo)通，截止，即輸出由“0”延時(shí)變“1”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)封鎖。其延時(shí)時(shí)間由決定，這里整定為。當(dāng)輸入出“1”變“0”時(shí)，電容C的電荷要經(jīng)過和基射極回路放電，經(jīng)一定延時(shí)后，截止，導(dǎo)通，即輸出由“1”延時(shí)變“0”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)開放。其延時(shí)時(shí)間由參數(shù)決定，這里整定為，這樣就滿足了“延時(shí)封鎖”、“延時(shí)開放”的要求。 邏輯保護(hù) 邏輯電路正常工作時(shí)，兩個(gè)輸出端總是一個(gè)高電位，一個(gè)低電位，確保任何時(shí)候兩組整流

20、一組導(dǎo)通，另一組則封鎖。但是當(dāng)邏輯電路本身發(fā)生故障，一旦兩個(gè)輸出端均出現(xiàn)低電位時(shí)，兩組整流裝置就會(huì)同時(shí)導(dǎo)通而造成短路事故。為了避免這種事故，設(shè)計(jì)有邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)，如圖3-8所示。圖3-8 邏輯保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)截取了邏輯運(yùn)算電路經(jīng)延時(shí)電路后的兩個(gè)輸入信號(hào)作為一個(gè)或非門的輸入信號(hào)。當(dāng)正常工作時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)總是一個(gè)是高電位，另一個(gè)是低電位。或非門輸出總是低電位，它不影響脈沖封鎖信號(hào)的正常輸出，但一旦兩個(gè)輸入信號(hào)均為低電位時(shí)，它輸出一個(gè)高電位，同時(shí)加到兩個(gè)觸發(fā)器上，將正反兩組整流裝置的觸發(fā)脈沖全部封鎖了，使系統(tǒng)停止工作，起到可靠的保護(hù)作用。由電平檢測(cè)、邏輯運(yùn)算電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)四部分就

21、構(gòu)成了無環(huán)流邏輯裝置。其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖3-9 無環(huán)流邏輯裝置結(jié)構(gòu)圖表3.2 邏輯控制器真值UTUIUblfUblr1110101000100101000110013.2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)3.2.1主電路原理及說明邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路，兩組橋在任何時(shí)刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不會(huì)存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時(shí)，不能簡(jiǎn)單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來封鎖著的一組橋立即開通，因?yàn)橐呀?jīng)導(dǎo)通的晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)斷，必須待晶閘管承受反壓時(shí)才能關(guān)斷。如果對(duì)兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放同時(shí)進(jìn)行，原先導(dǎo)通的那組橋不能

22、立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時(shí)導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理主回路中的電感儲(chǔ)存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機(jī)上，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱悖乖чl管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開通原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。3.2.2主電路參數(shù)設(shè)計(jì)1、整流變壓器的計(jì)算三向橋式整流電路變壓器副邊相電壓與最大整流直流電壓的關(guān)系是： （3.1）在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問題，因此 （3.2）應(yīng)該等于電動(dòng)機(jī)額定電壓加上過載電流所產(chǎn)生的附加壓降再加上晶閘管的管壓降，另外考慮整

23、流電源內(nèi)阻壓降及電網(wǎng)電壓波動(dòng)，通常還需要再增加，因此 （3.3） （3.4）根據(jù)整流負(fù)載的要求，所需要的變壓器：副邊線電壓 （3.5）副邊電流 （3.6）原邊電流 （3.7）副邊功率 （3.8）考慮到工作負(fù)荷不會(huì)過重，并且變壓器也容許一定過載，所以選取一臺(tái)額定功率為，的變壓器 2、晶閘管的選擇晶閘管參數(shù)計(jì)算：對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管電流的有效值為： （3.10）則晶閘管的額定電流為： （3.11）取1.52倍的安全裕量，由于電流連續(xù)，因此晶閘管最大正反向峰值電壓均為變壓器二次線電壓峰值，即： （3.12）取23倍的安全裕量，故可選的可控硅整流元件3.3觸發(fā)電路3.3.1系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)器的要求1

24、、為保證較寬的調(diào)速范圍和可逆運(yùn)行，要求觸發(fā)脈沖能夠在180°范圍內(nèi)移向。2、對(duì)于三相全控橋式整流電路，為了保證可控硅可靠換流，要求觸發(fā)脈沖寬度大于60°，或者用雙窄脈沖。3、為了使可控硅可靠導(dǎo)通，要求脈沖的電壓和電流必需大于相應(yīng)可控硅的控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。對(duì)200A可控硅一般要求觸發(fā)電壓為4V左右，觸發(fā)電流為200mA左右。為減小可控硅元件的導(dǎo)通時(shí)間提高元件承受電流上升率的能力要求脈沖前沿陡，上升時(shí)間在10us以內(nèi)，采用強(qiáng)觸發(fā)。4、 對(duì)可逆系統(tǒng)，為了防止逆變顛覆和提高工作的可靠性，觸發(fā)脈沖需要有和限制。3.3.2觸發(fā)電路及其特點(diǎn) 根據(jù)對(duì)觸發(fā)器的上述要求，選用同步信號(hào)為

25、正弦波的晶體管觸發(fā)電路。原理線路見圖3-10，這種線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，調(diào)整容易。理論上移相范圍可達(dá)180°，實(shí)際上由于正弦波頂部平坦移相范圍只能有150°左右。移相的線性度就觸發(fā)器本身來說較差，如把觸發(fā)器和可控硅看成一個(gè)整體則由于相互補(bǔ)償關(guān)系，它的線性度則較好，即控制電壓與可控硅整流電壓的控制特性是接近線性的，由于作同步信號(hào)的正弦波電壓隨電源電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，當(dāng)不變時(shí)，控制角也隨電源電壓的波動(dòng)圖3-10 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路原理圖而波動(dòng)，而可控硅整流電壓，隨電源電壓增高而增高，而則隨電源電壓的增高而減小，故可維持近于不變。但當(dāng)電源電壓降得太低時(shí)，同步電壓和控制電壓可

26、能沒有交點(diǎn)，觸發(fā)器不能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，致使可控硅工作混亂，造成事故，所以這種觸發(fā)器不宜用于電網(wǎng)電壓波動(dòng)很大的場(chǎng)合，此外，正弦波觸發(fā)器容易受電源電壓波形畸變的影響，因此同步電壓輸入信號(hào)必須加RC濾波器，移相角度一般要大于30°。觸發(fā)器采用內(nèi)雙窄脈沖（由與門電路實(shí)現(xiàn)），可以減小脈沖變壓器體積。為保證可控硅可靠的觸發(fā)，脈沖寬度為20°，脈沖幅值為200mA，為了提高可控硅承受的能力，脈沖帶有強(qiáng)觸發(fā)，強(qiáng)觸發(fā)脈沖的幅值為400600mA。3.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.4.1調(diào)節(jié)器基本思路1、 先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。2、在選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能

27、指標(biāo)的要求。將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外系統(tǒng)校正控制對(duì)象 調(diào)節(jié)器 典型系統(tǒng) 輸入輸出輸入輸出環(huán)”如下圖所示： 圖3-12 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的基本思路整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts為三相橋式電路平均失控時(shí)間Ts = 0.0017s。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭應(yīng)有（12）Toi = 3.33s。則電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s按小時(shí)間常數(shù)近似處理：電流小時(shí)間常數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：，電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間取電流反饋系數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增

28、益：取，因此，于是，ACR的比例系數(shù)為：3.4.2計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為：，取，取，取3.5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)圖3-13PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 忽略高次項(xiàng)，可降階近似為： 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：3.5.1確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取電壓反饋系數(shù)：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：于是，ASR的比例系數(shù)為：3.5.2計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容值按所用運(yùn)算放大器取，則，取66k，取，取按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：4 仿真結(jié)果截屏顯示轉(zhuǎn)速電流圖：勵(lì)磁電流：電磁轉(zhuǎn)矩圖：5 總結(jié)