邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì).

1、邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)蜀戈歹療城南學(xué)院CHENGNANCOLLEGEOF CUST課程設(shè)計(jì)（論文）題目：邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：吳艷蘭學(xué) 號(hào)： 201佃7250104班 級(jí)：1101班專 業(yè)：D自動(dòng)化（工業(yè)自動(dòng)化）指導(dǎo)教師： 李益華吳軍2014年7月邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：吳艷蘭學(xué)號(hào):201佃7250104班級(jí)：1101 班所在院（系）：電氣與信息工程系指導(dǎo)教師：李益華吳軍完成日期：2014年7月11日第5頁(yè)共27頁(yè)邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能，易于廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性 能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

2、直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上 都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)， 所以首先應(yīng)該掌握好直流系統(tǒng)。在許多生產(chǎn)機(jī)械中，常要求電動(dòng)機(jī)既能正反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)，需要四象限 運(yùn)行的特性，此時(shí)必須采用可調(diào)速系統(tǒng)。本文著重介紹“邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào) 速系統(tǒng)”。邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)省去了環(huán)流電抗器， 沒(méi)有了附加的環(huán)流 損耗，節(jié)省變壓器和晶閘管裝置的附加設(shè)備容量。 和有環(huán)流系統(tǒng)相比，因換流失 敗造成的事故率大為降低。關(guān)鍵詞：無(wú)環(huán)流；可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；邏輯控制器目錄1緒論 41.1設(shè)計(jì)的目的和意義 41.2設(shè)計(jì)要求 42系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的選擇 53主回路的選擇 63.1主電

3、路形式的選擇與論證 63.2交流電源的選擇（單相或三相）73.3晶閘管元件的計(jì)算與選擇 73.4晶閘管保護(hù)措施的電路設(shè)計(jì)與計(jì)算 73.5平波電抗器的計(jì)算與選擇 83.6測(cè)速機(jī)的選擇與可變電位器的選擇與計(jì)算 103.7電機(jī)勵(lì)磁回路設(shè)計(jì) 104觸發(fā)器的設(shè)計(jì)和同步相位的配合 114.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與選擇 114.2同步相位的配合 125輔助電路設(shè)計(jì) 135.1高精度給定電源的設(shè)計(jì) 135.2其他輔助電路設(shè)計(jì) 135.2.1 轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT） 135.2.2 零電平檢測(cè)（DPZ） 145.2.3 邏輯控制（DLC） 145.2.4電流反饋與過(guò)流保護(hù)（FBC+FA） 165.2.5 轉(zhuǎn)速變換（F

4、BS） 175.2.6 反號(hào)器（AR） 176電流環(huán)設(shè)計(jì) 196.1調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 196.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn) 197轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) 227.1調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 227.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn) 228系統(tǒng)原理框圖 25課程設(shè)計(jì)總結(jié) 26參考文獻(xiàn) 27第#頁(yè)共27頁(yè)邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1緒論1.1設(shè)計(jì)的目的和意義(1) 了解、熟悉邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成。(2) 掌握各控制單元的原理、作用及調(diào)試方法。(3) 掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。(4) 了解邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。1.2設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量Gw5%空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 6

5、 <10%電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取參數(shù)KT=0.5。(1) 選擇轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。(2) 計(jì)算電流環(huán)的截止頻率，ci和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，cn，并考慮它們是否 合理？(3) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖(4) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，分析邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)起、制動(dòng)的 過(guò)程；(5) 匯出動(dòng)態(tài)波形，說(shuō)明在每個(gè)階段中ASR AC各起什么作用，VF和VF各處 什么狀態(tài)；(6) 繪制雙閉環(huán)直流調(diào)速邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖；第9頁(yè)共27頁(yè)2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案的選擇2.1選擇變壓調(diào)速對(duì)于要求在一定

6、范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方 式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不 大，往往只能配合調(diào)壓方案，在基速（即電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的升速。 因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。2.2選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突 加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系 統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，

7、但 它只是在超過(guò)臨界電流Ider值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊， 并不 能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。 電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之 減小，因而加速工程必然拖長(zhǎng)。綜上所訴，選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能得到較好系統(tǒng)性能，以滿足要求。3主回路的選擇3.1主電路形式的選擇與論證邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖3.1所示圖3.1邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路本方案的主回路由正橋及反橋反向并聯(lián)組成， 并通過(guò)邏輯控制來(lái)控制正橋和 反橋的工作與關(guān)閉，并保證在同一時(shí)刻只有一組橋路工作，另一組橋路不工作， 這樣就沒(méi)有環(huán)流產(chǎn)生。由于沒(méi)有環(huán)流，主回路不需要再設(shè)置平衡電抗器，但為了 限制整流電

8、壓幅值的脈動(dòng)和盡量使整流電流連續(xù)，仍然保留了平波電抗器。正向啟動(dòng)時(shí)，給定電壓Ug為正電壓，“邏輯控制”的輸出端 Ulf為“0”態(tài), Ulr為“1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路“正橋三相全 控整流”工作，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)Ug反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而Ulf、Ulr不變，當(dāng)主回路電流減 小并過(guò)零后，Ulf、Ulr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ulf為“ 1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，即進(jìn)入 它橋制動(dòng)狀態(tài)，使電機(jī)降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成反向電動(dòng)運(yùn)行 ；當(dāng)Ug=0寸， 則電機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行時(shí)，Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，主電路“反橋三相全控整流” 工作。邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9、“邏輯控制”的輸出取決于電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，正向運(yùn)轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變 及反轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變狀態(tài)，Ulf為“0”態(tài)，Ulr為“ 1”態(tài)，保證了正橋工作，反 橋封鎖；反向運(yùn)轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變階段，則Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于“邏輯控制”的作用，在 邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會(huì)同時(shí)觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時(shí)，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過(guò)程中既無(wú)直流環(huán)流也無(wú)脈動(dòng)環(huán)流。3.2交流電源的選擇交流電源選擇三相電路，一次側(cè)相電壓為 5=220V為了得到零線，變壓器二 次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。在進(jìn)行變壓器計(jì)

10、算之前，應(yīng)該確定負(fù)載要求的直流電壓和電流，確定變流設(shè) 備的主電路接線形式和電網(wǎng)電壓。先選擇其次級(jí)電壓有效值U2, U2數(shù)值的選擇不可過(guò)高和過(guò)低，如果U2過(guò)高會(huì)使得設(shè)備運(yùn)行中為保證輸出電流電壓符合要求 而導(dǎo)致控制角過(guò)大，使功率因數(shù)變小。如果U2過(guò)低又會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)當(dāng)a =a min 時(shí)仍然得不到負(fù)載要求的直流電壓的現(xiàn)象。通常次級(jí)電壓，初級(jí)和次級(jí)電流根據(jù)設(shè)備的容量，主接線結(jié)構(gòu)和工作方式來(lái)定。由于有些主接線形式次級(jí)電流中含有 直流成分，有的又不存在，所以變壓器容量的計(jì)算要根據(jù)具體情況來(lái)定。3.3晶閘管元件的計(jì)算與選擇晶閘管參數(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：1I2 =Ivt =勇人

11、=0.577時(shí)（3-1）則晶閘管的額定電流為：Ivt（av） 山 0.368ld =0.368 760A = 279.68A（3-2）1.57取1.52倍的安全裕量，Ivt（av）=420A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：UFM -URM =2.45U2 =2.45 75 1837.5V（3-3）取23倍的安全裕量，Uvt =4OOOV3.4晶閘管保護(hù)措施的電路設(shè)計(jì)圖3.2 RC保護(hù)電路晶閘管有一個(gè)重要特性參數(shù)一斷態(tài)電壓臨界上升率dlv/dlt 。它表明晶閘管在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最低電壓上升率。 若 電壓上升率過(guò)大，超過(guò)了

12、晶閘管的電壓上升率的值，則會(huì)在無(wú)門極信號(hào)的情況下 開通。即使此時(shí)加于晶閘管的正向電壓低于其陽(yáng)極峰值電壓，也可能發(fā)生這種情況。因?yàn)榫чl管可以看作是由三個(gè) PN結(jié)組成。在晶閘管處于阻斷狀態(tài)下，因各層相距很近，其J2結(jié)結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)電容CO。當(dāng)晶閘管陽(yáng)極電壓變化時(shí)，便會(huì)有充電電流流過(guò)電容CO,并通過(guò)J3結(jié)，這個(gè)電流起了門極觸發(fā)電流作用。如果晶閘管在關(guān)斷時(shí)，陽(yáng)極電壓上升速度太快， 則CO的充電電流越大，就有可能造成門極在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)的情況下，晶閘管誤 導(dǎo)通現(xiàn)象，即常說(shuō)的硬開通，這是不允許的。因此，對(duì)加到晶閘管上的陽(yáng)極電壓 上升率應(yīng)有一定的限制。為了限制電路電壓上升率過(guò)大，確保晶閘管安全運(yùn)行，常在晶閘管

13、兩端并聯(lián) RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)限制電壓上升率。因?yàn)?電路總是存在電感的（變壓器漏感或負(fù)載電感），所以與電容C串聯(lián)電阻R可起阻 尼作用，它可以防止R、L、C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò) 電壓損壞晶閘管。同時(shí)，避免電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。由于晶閘管過(guò)流過(guò)壓能力很差，如果不采取可靠的保護(hù)措施是不能正常工作 的。RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)就是常用的保護(hù)方法之一。3.5平波電抗器的計(jì)算與選擇在使用晶閘管整流裝置供電時(shí)，其供電電壓和電流中，含有各種諧波成份。當(dāng)觸發(fā)角:-增大，負(fù)載電流減小到一定程度時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電流斷續(xù)現(xiàn)象，造成對(duì) 變流器特性

14、的不利影響。當(dāng)負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電流斷續(xù)和直流電動(dòng)機(jī)的 脈動(dòng)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通角二減小，整流器等效內(nèi)阻增大，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟， 換相條件惡化，并且增加電動(dòng)機(jī)的損耗。因此，除在設(shè)計(jì)變流裝置時(shí)要適當(dāng)增大 晶閘管和二極管的容量，選擇適于變流器供電的特殊系列的直流電動(dòng)機(jī)外，通常還采用在直流電路內(nèi)串接平波電抗器，以限制電流的脈動(dòng)分量，維持電流連續(xù)。若要求變流器在某一最小輸出電流Idmin時(shí)仍能維持電流連續(xù)，則電抗器的電 感按下式計(jì)算：Li(3-4)U2d min式中U2為交流測(cè)電源相電壓有效值;Idmin為要求連續(xù)的最小負(fù)載電流平均值。對(duì)于不同控制角，所需的電感量Li第13頁(yè)共27頁(yè)(3-5)L

15、kUsi n：1 d min本設(shè)計(jì)中的參數(shù)為： U2 =750V，ld =760丄，ldmin 二 5%10% ld =38 -76：，ki =0.693，臨界值：一 90。將以上所述參數(shù)代入可計(jì)算出本設(shè)計(jì)所需的臨界電 感參數(shù)值為750Lj =0.69313.68mH38整流變壓器漏電感折算到次級(jí)繞組每相的漏電感Lt按下式計(jì)算：Lt= kLTuk% U 2100 ld(3-6)式中kTL 與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，本設(shè)計(jì) U2二750V , J = 760二，山=5, kTL =3.9。將以上所需參數(shù)代入式可計(jì)算出漏電感Lt的值，即邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)L3. x = 0.385mH

16、10038綜上所述，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電感為 Ld =7mH，可得使輸出電流連續(xù) 的臨界電感量Lh = L, -Ld -Lt =13.68-0.385-7 = 6.295mH(3-7)電抗器要選的值應(yīng)比Lh大，故選10mH的電感作為平波電抗器。3.6測(cè)速機(jī)的選擇與可變電位器的選擇與計(jì)算直流測(cè)速機(jī)的額定數(shù)據(jù)分別為10W 10V, 0.2A，1900轉(zhuǎn)/分；可變電位器RP220%這樣，測(cè)速機(jī)的選擇：考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定 電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小，于是其中R=d/0053*16002096In= 212"0.2*0.2(3-8)10V1900 r / m

17、in=0.0053v min/ r第19頁(yè)共27頁(yè)此時(shí)所消耗的功率為:(3-9)20%CNnln =0.34W為了使電位器溫度不要很高，實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上。故選擇RP2為1W 2501的可調(diào)電位器3.7電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主 磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為下列幾種類型。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。本 設(shè)計(jì)采用他勵(lì)形式給電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁。將線路電壓經(jīng)過(guò)變壓器和整流二極管變成 220V的直流電壓，給電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁4觸發(fā)器的設(shè)計(jì)和同步相位的配合4.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)與選擇正弦波同步移相

18、觸發(fā)電路正弦波同步移相觸發(fā)電路由同步移相、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成，其原理如圖4.1所示。同步信號(hào)由同步變壓器副邊提供，三極管 V1左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在 V1的基極綜合了同步信號(hào)電壓 UT偏移電壓Ub及控制電壓Uct（RP1電位器調(diào) 節(jié)Uct，RP2調(diào)節(jié)Ub）。調(diào)節(jié)RP1及RP2均可改變V1三極管的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，從而控 制觸發(fā)角的位置。脈沖形成整形環(huán)節(jié)是一分立元件的集基耦合單穩(wěn)態(tài)脈沖電路， V2的集電極耦合到V3的基極，V3的集電極通過(guò)C4 RP3耦合到V2的基極。當(dāng)V1未導(dǎo)通時(shí)，R6供給V2足夠的基極電流使之飽和導(dǎo)通，V3截止。電源電壓通過(guò)R9 T1、VD6 V2對(duì)C4充電至15V左右，極性為左

19、負(fù)右正。HP I丄卄譏RP2 <TP2R4K5R5TP3RP3C3 d F-H7T卜TVD7工_G120D8工KIRl R2l-r-t-1_Vvi)2C2 *Jhi Z0d4Vl 7池 3AC30V #TP1TP4RS圖4.1正弦波同步移相觸發(fā)電路原理圖當(dāng)V1導(dǎo)通的時(shí)候，V1的集電極從高電位翻轉(zhuǎn)為低電位，V2截止，V3導(dǎo)通, 脈沖變壓器輸出脈沖。由于設(shè)置了 C4 RP3阻容正反饋電路，使 V3加速導(dǎo)通, 提高輸出脈沖的前沿陡度。同時(shí) V3導(dǎo)通經(jīng)正反饋耦合，V2的基極保持低電壓，V2維持截止?fàn)顟B(tài)，電容通過(guò) RP3 V3放電到零，再反向充電，當(dāng)V2的基極升到0.7V后，V2從截止變?yōu)閷?dǎo)通，V

20、3從導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。V2的基極電位上升0.7V的時(shí)間由其充放電時(shí)間常數(shù)所決定，改變RP3的阻值就改變了其時(shí)間常數(shù)，也就改 變了輸出脈沖的寬度。4.2同步相位的配合晶閘管控制角表4-1晶閘管控制角:-與觸發(fā)電壓Uct的關(guān)系Uct00.51.01.502.02.53.03.454.04.55.05.4a_ _o9082o72。66。54。48。36。30o24o12o6o0o5輔助電路設(shè)計(jì)5.1高精度給定電源的設(shè)計(jì)給定的原理圖如圖5.1所示電壓給定由兩個(gè)電位器RP1 RP2及兩個(gè)鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極 性切換開關(guān)，輸出的正、負(fù)電壓的大小分別由 RP1 RP2來(lái)調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍 為

21、0士 I5V , S2為輸出控制開關(guān)，打到“運(yùn)行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止” 側(cè)，則輸出恒為零。5.2其它輔助電路設(shè)計(jì)5.2.1 轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測(cè)器，用于檢測(cè)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是 一個(gè)由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成邏 輯運(yùn)算所需的“ 0”、“T電平信號(hào)。其原理圖如圖5.2所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的 輸入輸出特性如圖5.4a所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對(duì)于零點(diǎn)的位置。繼電 特性的回環(huán)寬度為：U sr2 U sr1K1(Uscm2scm1(5-1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正

22、反饋越強(qiáng)，回環(huán)寬度就越??；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓；Uscm1和Uscm分別為反向和正向輸出電壓。邏輯邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中的電平檢測(cè)環(huán)寬一般取 0.20.6V，環(huán)寬大時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾 能力，但環(huán)太寬時(shí)會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作遲鈍。圖5.2轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖5.2.2零電平檢測(cè)(DPZ)零電平檢測(cè)器也是一個(gè)電平檢測(cè)器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在第21頁(yè)共27頁(yè)控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測(cè)，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時(shí)，電平檢測(cè)器檢測(cè)到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平和圖5.4b所示。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖5.3JU sen

23、2U1iik1PIUsrl Usr2 IKcnL(a)轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè)(b)零電平檢測(cè)圖5.4轉(zhuǎn)矩極性鑒別及零電平檢測(cè)輸入輸出特性5.2.3 邏輯控制(DLC)邏輯控制用于邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對(duì)轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖， 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖 5.5所示。其主要由邏輯判斷電路、延 時(shí)電路、邏輯保護(hù)電路、推電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。(1) 邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測(cè)的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切 換條件是否具備(

24、由UI是否從“ 0”變“ 1”決定)。即當(dāng)UM號(hào)后，零電平檢測(cè) 到主電路電流過(guò)零(UI = “ 1”)時(shí)，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)保證在任何 時(shí)刻邏輯判斷電路的輸出U巒UF犬態(tài)必須相反。(2) 延時(shí)環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)中 的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF后，經(jīng)關(guān)斷等待時(shí)間t1 (約3mS和觸發(fā)等 待時(shí)間t2(約10ms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路，延時(shí)電路中 的VD1 VD2 C1、C2起t1的延時(shí)作用，VD3 VD4 C3 C4起t2的延時(shí)作用。(3) 邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時(shí)

25、，UZ UF的輸出同時(shí)為“ 1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個(gè)輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造 成兩組整流裝置同時(shí)開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng) UZ UF全為“ 1”狀態(tài)時(shí)，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出 A點(diǎn)電位變?yōu)椤?0”，使Ulf和Ulr都為 高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時(shí)封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。推B環(huán)節(jié)在正、反橋切換時(shí)，邏輯控制器中的 G8俞出“1”狀態(tài)信號(hào)，將此信號(hào)送入 調(diào)節(jié)器II的輸入端作為脈沖后移推B信號(hào)，從而可避免切換時(shí)電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動(dòng) Ulf、Ulr,故增加了 V3 V4組成 的功率放大級(jí)。5.2.4電流反饋與過(guò)流保護(hù)(F

26、BC+FA)(1) 電流反饋與過(guò)流保護(hù)單元的輸入端 TA1、TA2 TA3,來(lái)自電流互感器的輸 出端，反映負(fù)載電流大小的電壓信號(hào)經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至 RP1 RP2 及R1、R2 VD7組成的3條支路上，其中： R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在VD7勺陽(yáng)極取零電流檢測(cè)信號(hào)從“ 1 ”端輸 出，供零電平檢測(cè)用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時(shí)候，“ 1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時(shí)候，“ 1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接近0.6V左右時(shí)，VD7導(dǎo)通，使“1”端輸出始終鉗位在0.6V 左右。 將RP的滑動(dòng)抽頭端輸出作為電流反饋信號(hào)，從“2”端輸

27、出，電流反饋系數(shù)由RP進(jìn)行調(diào)節(jié)。 RP2的滑動(dòng)觸頭與過(guò)流保護(hù)電路相連，調(diào)節(jié) RP刑調(diào)節(jié)過(guò)流動(dòng)作電流的大 小。圖5.6電流反饋與過(guò)流保護(hù)原理圖 當(dāng)電路開始工作時(shí)，由于 V2的基極有電容C2的存在，V3必定比V2要 先導(dǎo)通，V3的集電極低電位，V4截止，同時(shí)通過(guò)R4 VD8將V2基極電位拉低， 保證V2 一直處于截止?fàn)顟B(tài)。(3) 當(dāng)主電路電流超過(guò)某一數(shù)值后，RP2E取得的過(guò)流電壓信號(hào)超過(guò)穩(wěn)壓管 V1 的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導(dǎo)通，從而V3截止，V4導(dǎo)通使繼電器K動(dòng)作。(4) 過(guò)流的同時(shí)，V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)從“3”端輸出，作為推B信號(hào)供電流調(diào)節(jié)器(調(diào)節(jié)器II )

28、使用。(5) 當(dāng)過(guò)流動(dòng)作后，電源通過(guò)SB R4 VD8及C2隹持V2導(dǎo)通，V3截止、V4導(dǎo)通、 繼電器保持吸合，持續(xù)告警。SE為解除過(guò)流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過(guò)流故障排除后， 則須按下SB以解除記憶，告警電路才能恢復(fù)。當(dāng)按下S敢紐后，V2基極失電進(jìn)入 截止?fàn)顟B(tài)，V3導(dǎo)通、V4截止，電路恢復(fù)正常。5.2.5轉(zhuǎn)速變換(FBS)轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，反映轉(zhuǎn)速變化并把與轉(zhuǎn)速成正比的 電壓信號(hào)變換成適用于控制單元的電壓信號(hào)。圖 5.7為其原理圖：RI第25頁(yè)共27頁(yè)±C1*03圖5.7轉(zhuǎn)速變換原理圖使用時(shí)，將DD03-3(或DD03-2等)導(dǎo)軌上的電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端1”和

29、“ 2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP份壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。5.2.6反號(hào)器(AR)反號(hào)器由運(yùn)算放大器及相關(guān)電阻組成，用于調(diào)速系統(tǒng)中信號(hào)需要倒相的場(chǎng)合，如圖5.8所示反號(hào)器的輸入信號(hào)U1由運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓 U2為:邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)U2 二 -（RP1 R3） /R1 Ui（5-2 ）調(diào)節(jié)電位器RP的勺滑動(dòng)觸點(diǎn)，改變RP1 勺阻值，使RP1+R3=R1則u2 二-S輸入與輸出成倒相關(guān)系。電位器RP裝在面板上，調(diào)零電位器RP2裝在內(nèi)部線 路板上（在出廠前我們已經(jīng)將運(yùn)放調(diào)零，用戶不需調(diào)零）。第27頁(yè)共27頁(yè)6電流環(huán)設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量 g乞5%，

30、空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量610%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取參數(shù)KT=0.5。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為： PN =500kW UN =750V IN =760A，nN=375 r/min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce =1.82V min/r,電樞回路總電阻 R=0.14Q ,允許電流過(guò)載倍數(shù) 入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)T=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n =0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓 Unm*=Uim*=Unm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40k6.1調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算(1八

31、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts :三相橋式電路平均失控時(shí)間Ts = 0.0017s。(2) 、電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi : Toi=0.002sT<-Ts Toi 二 0.0037s(3) 、電流小時(shí)間常數(shù)T旦：按小時(shí)間常數(shù)近似處理:6.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖6.1所示。圖中Ui為電流給定電壓，-Id為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力 電子變換器的控制電壓U邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)第33頁(yè)共27頁(yè)根據(jù)設(shè)計(jì)要求；_5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I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

32、:WACR ( S)Ki( iS 1)TiS檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：衛(wèi)二衛(wèi)空蘭之."T 旦 0.0037s電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：訂=0.03s取電流反饋系數(shù)：B =血=10“009V/AIn1.5 漢 760電流環(huán)開環(huán)增益：取K|T =0.5，因此K|0.50.50.0037s= 135.14s于是，ACR勺比例系數(shù)為:135.14 0.031 0.14759009=0.8689(6-1 )(6-2)(6-3)(6-4)(6-5)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率： 丄二Ki =135.14s13TS晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:，滿足近似條件1196.1s> " c

33、i3 0.0017s忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件:3二=3 0.18s 10.031s82宀ci，滿足近似條件電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件:，滿足近似條件按所用運(yùn)算放大器取R)=40k，各電阻和電容值為:R 二怡尺=0.8689 40k" - 34.76k，取 35k.1t0 031Ci1-F =0.89 10“ F =0.89F，取 09R 35 1034T 4 況 0 0026卄Coi 二1 二 F =0.2 10 F =0.2嚇，取20R,40 103(6-6)(6-7)(6-8)按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)q 二 4.3% 乞 5%7轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)7.1

34、調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算1 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：2T<2 0.0037s = 0.0074s（7-1 ）Ki-轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：Ton = 0.02s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1T竊Ton = 0.0074s 0.02s =0.0274s（7-2）-Ki電壓反饋系數(shù)：也吧=_10/_=0.03V min.'r（7-3）nN375r min7.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖7.1所示。圖中Un為轉(zhuǎn)速給定電壓，-n為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的 輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U。按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:Wasr(S)= Kn( nS "( 7-4 )“