邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路和穩(wěn)壓電源電路設(shè)計

1、邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路和穩(wěn)壓電源電路設(shè)計 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 課程設(shè)計任務(wù)書 II 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 摘 要 在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，電動機最基本的要素就是能改變旋轉(zhuǎn)方向。而要改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向，必須改變電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向。改變電動機電磁轉(zhuǎn)矩的方向有兩種辦法：一種是改變電動機電樞電流的方向，實際是上是改變電動機電樞電壓的極性，第二種是改變勵磁磁通的方向。與此對應(yīng)，V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式，電樞反接線路和勵磁反接可逆線路。對于大容量的系統(tǒng)，從生產(chǎn)角度出發(fā)，往往采用既沒有直流平均環(huán)流，又沒有脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)，無環(huán)流可逆系統(tǒng)省去了環(huán)流電抗器，沒有了附加的環(huán)流損耗，節(jié)省變壓器

2、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。因此， 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)中被廣泛運用。 在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)省去了環(huán)流電抗器，沒有附加的環(huán)流損耗，節(jié)省變壓器和晶閘管的附加設(shè)備容量。所謂邏輯無環(huán)流系統(tǒng)就是在一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使該組晶閘管完全處于阻斷狀態(tài)，從根本上切斷環(huán)流通路。這種系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速，還能實現(xiàn)回饋制動。和有環(huán)流相比，因換流失敗造成的事故率大為降低。 關(guān)鍵詞：邏輯無環(huán)流 可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 邏輯控制器 III 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 目 錄 第一章 邏輯無環(huán)流可逆

3、直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 . 1 1.1邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元環(huán)節(jié)介紹 . 1 1.2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理 . 3 1.3 無環(huán)流邏輯裝置的組成 . 5 1.4 無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計 . 6 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計 . 12 2.1 主電路原理及說明 . 12 2.2 主電路參數(shù)設(shè)計 . 12 2.3 保護電路設(shè)計 . 13 第三章 邏輯控制器的設(shè)計 . 15 3.1 設(shè)計原理 . 15 3.2 設(shè)計過程 . 16 第四章 系統(tǒng)參數(shù)計算及測定 . 19 4.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定 . 19 4.1.1 電樞回路電阻R的測定 . 19 4.1.2 主電路電

4、磁時間常數(shù)的測定 . 21 4.1.3 電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定 . 23 4.1.4 系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的測定 . 23 4.1.5 測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定 . 24 4.2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)特性測試 . 25 4.2.1 整流電路檢測 . 26 4.2.2 控制單元調(diào)試 . 27 4.2.3 機械特性n=f (Id)的測定 . 28 4.2.4 系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察 . 28 總 結(jié) . 29 參考文獻 . 30 IV 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 第一章 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 1.1邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主要單元環(huán)節(jié)介紹 1、速度調(diào)節(jié)器（ASR

5、） 速度調(diào)節(jié)器是一個帶有電壓限幅的P-I調(diào)節(jié)器。它主要有主調(diào)節(jié)器和最大電壓限幅環(huán)節(jié)組成，調(diào)節(jié)器的工作與封鎖由調(diào)節(jié)器釋放環(huán)節(jié)所形成的封鎖信號所控制。電位器為電壓限幅調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)圖下所示： 圖1.1速度調(diào)節(jié)器（ASR） 2、電流調(diào)節(jié)器（ACR） 電流調(diào)節(jié)器主要由絕對值放大器、比例積分器、積分器并帶有電流反饋信號形成的電路組成。電位器分別調(diào)整比例器、比例積分器電路的放大倍數(shù)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 1 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖1.2電流調(diào)節(jié)器（ACR） 3、無環(huán)流邏輯控制器(DLC) 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行，而另一組整流橋觸發(fā)脈沖是被

6、封鎖的。兩組整流橋的切換是在電動機轉(zhuǎn)矩極性需要反向時由邏輯裝置控制進行的。其切換順序可歸納如下： 由于轉(zhuǎn)速給定變化或負載變動，使電動機應(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，并由邏輯裝置對該極性進行判斷，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。 由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)35ms延時，確認電流實際值為零，封鎖原導(dǎo)通側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖。 由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)10ms延時，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

7、任務(wù)，它由電平檢測、邏輯判斷、延時電路和聯(lián)鎖保護電路四個基本環(huán)節(jié)組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號如圖4所示： 2 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖1.3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Ui*和零電流檢測信號Ui0，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號U1和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號U2。 1.2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖 1.1 所示，兩組橋在任何時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存在環(huán)流。但當兩組橋之間需要切換時，不能簡單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時把原來封鎖著的一組橋立即開通，

8、因為已經(jīng)導(dǎo)通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才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放式同時進行，原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會產(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，要妥當處理主回路中的電感儲存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(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 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖1.4 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路 圖1.5 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)

9、速系統(tǒng)原理圖 ASR速度調(diào)節(jié)器 ACR1ACR2正反組電流調(diào)節(jié)器 GTF、GTR正反組整流裝置 VF、VR正反組整流橋 DLC無環(huán)流邏輯控制器 HX推?裝置 TA交流互感器 4 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 TG測速發(fā)電機 M工作臺電動機 LB電流變換器 AR反號器 GL過流保護環(huán)節(jié) 這種邏輯無環(huán)流系統(tǒng)有一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，一個反號器AR，采用雙電流調(diào)節(jié)器1ACR和2ACR，雙觸發(fā)裝置GTF和GTR結(jié)構(gòu)。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，不用再設(shè)置環(huán)流電抗器，但是為了保證穩(wěn)定運行時的電流波形的連續(xù)，仍應(yīng)保留平波電抗器，控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，1ACR用來調(diào)節(jié)正組橋電流，

10、其輸出控制正組觸發(fā)裝置GTF；2ACR調(diào)節(jié)反組橋電流，其輸出控制反組觸發(fā)裝置GTR，1ACR的給定信號Ui經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號Ui,這樣可使電流反饋信號Ui的極性在正反轉(zhuǎn)時都不必改變，從而可采用不反映極性的電流檢測器，在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中設(shè)置的無環(huán)流邏輯控制器DLC，這是系統(tǒng)中關(guān)鍵部件。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行自動切換，或者允許正組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖反組，或者允許反組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖正組。在任何情況下，決不允許兩組晶閘管同時開放，確保主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的可能。 ? 1.3 無環(huán)流邏輯裝置的組成 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

11、流極性來選擇其中一組整流橋運行，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機轉(zhuǎn)矩極性需要反向時由邏輯裝置控制進行的。其切換順序可歸納如下： 由于轉(zhuǎn)速給定變化或負載變動，使電動機應(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，并由邏輯裝置對該極性進行判斷，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。 由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)35ms延時，確認電流實際值為零，封鎖原導(dǎo)通側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖。 由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)10ms延時，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。 5 沈陽理

12、工大學(xué)課程設(shè)計 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、邏輯判斷、延時電路和聯(lián)鎖保護電路四個基本環(huán)節(jié)組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號如圖1.3所示。 圖1.6 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Ui*和零電流檢測信號Ui0，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號U1和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號U2。 1.4 無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計 電平檢測器 邏輯裝置的輸入有兩個：一是反映轉(zhuǎn)矩極性信號的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出Ui*，二是來自電流檢測裝置反映零電流信號的Ui0，他們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯運算電路需要高、低電位兩個狀態(tài)的數(shù)字量。

13、電平檢測器的任務(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0V輸出）或“1”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為?15V輸出）。 采用射極偶合觸發(fā)器作電平檢測器。為了提高信號轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級差動放大和一級射極跟隨器。其原理圖見圖1.4。 6 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖1.7 電平檢測器原理圖 電平檢測器的輸入輸出特性如圖5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裝置輸出都具有交流分量，除入口有濾波外，電平檢測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作，本系統(tǒng)電平檢測回環(huán)特性的動作電壓Ur1?100mV，釋放電壓Ur2?80mV。調(diào)整回環(huán)的寬

14、度可通過改變射極偶合觸發(fā)器的集電極電阻實現(xiàn)。 圖1.8 電平檢測器輸入輸出特性 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出Ui*，其輸出為UT。電機正轉(zhuǎn)時Ui*為負，UT為低電位（“0”態(tài)），反轉(zhuǎn)時Ui*為正，UT為高電位（“1”態(tài)）。 零電流檢測器的輸入信號為電流檢測裝置的零電流信號Ui0，其輸出為UI。有電流時Ui0為正，UI為高電位（“1”態(tài)），無電流時Ui0為0，UI為低電位（“0”態(tài)）。 邏輯運算 電路的輸入是轉(zhuǎn)速極性鑒別器的輸出UT和零電流檢測器輸出UI。系統(tǒng)在各種運行狀態(tài)時，UT和UI有不同的極性狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），根據(jù)運行狀態(tài)的要求經(jīng)過邏輯運算電路切換其輸出去封鎖脈沖信

15、號的狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），由于采用的是鍺管觸發(fā)器，當封鎖信號為正電位（“1”態(tài)）時脈沖被封鎖，低電位（“0” 7 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 態(tài)）時脈沖開放。利用邏輯代數(shù)的數(shù)學(xué)工具，可以設(shè)計出具有一定功能的邏輯運算電路。 設(shè)正轉(zhuǎn)時Ui*為負，UT為“0”；反轉(zhuǎn)時Ui*為正，UT為“1”；有電流時Ui*為正， UI為“1”；無電流時Ui*為負，UI為“0”。 U1代表正組脈沖封鎖信號，U1為“1”時脈沖封鎖，U1為“0”時脈沖開放。 U2代表反組脈沖封鎖信號，U2為“1”時脈沖封鎖，U2為“0”時脈沖開放。 UT、UI、U1、U2表示“1”，UT、UI、U1、U2表示“0”。 按系統(tǒng)運行狀態(tài)，可

16、列出各量要求的狀態(tài)，如表1.1所示，并根據(jù)封鎖條件列出邏輯代數(shù)式。 表1.1 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài) 根據(jù)正組封鎖條件： U1?UTUIU2?UTUIU2?UTUIU2 （1-1） 根據(jù)反組封鎖條件： U2?UTUIU1?UTUIU1?UTUIU1 （1-2） 邏輯運算電路采用分立元件，用或非門電路較簡單，故將上述（1-1）式和（1-2）式最小化，最后化成或非門的形式。 U1?UTUIU2?UTUIU2?UTUIU2 ?UTU2?UTUIU2?U2(UT?UTUI) ?U2(UT?UI)?U2?(UT?UI) （1-3） U2?UTUIU1?UTUIU1?UTUIU1 8 沈陽理工大學(xué)課程

17、設(shè)計 ?UTU1?UTUIU1?U1(UT?UTUI) ?U1(UT?UI) ?U1?(UI?UT) （1-4） 根據(jù)（1-3）、（1-4）式可畫得邏輯運算電路，如圖1.6所示，它由四個或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動實現(xiàn)零電流時相互切換。現(xiàn)舉例說明其切換過程，例如，整流裝置原來正組工作，這時邏輯電路各點狀態(tài)如圖1.6中“1”、“0”所示。 圖1.9 邏輯運算電路 圖1.10 或非門電路 UT由現(xiàn)在要求整流裝置從正組切換到反組，首先是轉(zhuǎn)矩極性信號改變極性， “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（U1為“0”，正組開放。U2為“1”，反組封鎖）

18、。只有當正組電流衰減到零，零電流檢測器的狀態(tài)改變后，邏輯電路輸出才改變狀態(tài)，實現(xiàn)零電流切換，這是邏輯電路各點狀態(tài)如圖1.6所示?；蚍情T電路如圖1.7所示。 延時電路 前面的邏輯運算電路保證零電流切換，但僅僅采用零電流切換是不夠的。因為零電流檢測裝置的靈敏度總是有限的，零電流檢測裝置變成“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)置兩段延時即封鎖延時和開放延時，避免由于正反組整流裝置同時導(dǎo)通而造成短路。根據(jù)這個要求， 9 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時電路。 圖1.11 延時電路 延時電路如圖1.8所示，其工作原理如下：當延時電路輸入為“0”時，

19、輸出亦為“0”態(tài)（BG1截止、BG2導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈沖開放。當輸入由“0”變?yōu)椤?”時，電容C經(jīng)R1充電，經(jīng)一定延時后，BG1導(dǎo)通，BG2截止，即輸出由“0”延時變“1”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時封鎖。其延時時間由R1C決定，這里整定為3ms。當輸入出“1”變“0”時，電容C的電荷要經(jīng)過R2和BG1基射極回路放電，經(jīng)一定延時后，BG1截止，BG2導(dǎo)通，即輸出由“1”延時變“0”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時開放。其延時時間由CR2參數(shù)決定，這里整定為10ms，這樣就滿足了“延時3ms封鎖”、“延時10ms開放”的要求。 邏輯保護 邏輯電路正常工作時，兩個輸出端總是一個高電位，一個低電位，確保任何時候

20、兩組整流一組導(dǎo)通，另一組則封鎖。但是當邏輯電路本身發(fā)生故障，一旦兩個輸出端均出現(xiàn)低電位時，兩組整流裝置就會同時導(dǎo)通而造成短路事故。為了避免這種事故，設(shè)計有邏輯保護環(huán)節(jié)，如圖1.9所示。 邏輯保護環(huán)節(jié)截取了邏輯運算電路經(jīng)延時電路后的兩個輸入信號作為一個或非門的輸入信號。當正常工作時，兩個輸入信號總是一個是高電位，另一個是低電位。或非門輸出總是低電位，它不影響脈沖封鎖信號的正常輸出，但一旦兩個輸入信號均為低電位時，它輸出一個高電位，同時加到兩個觸發(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，起到可靠的保護作用。 10 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖1.12邏輯保護裝置結(jié)構(gòu)圖 由電平檢測

21、、邏輯運算電路、延時電路、邏輯保護四部分就構(gòu)成了無環(huán)流邏輯裝置。其結(jié)構(gòu)如圖1.10所示。 圖1.13 無環(huán)流邏輯裝置結(jié)構(gòu)圖 11 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 第二章 系統(tǒng)主電路設(shè)計 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)的主電路如下圖所示 : 圖2.1 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路 兩組橋在任何時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存在環(huán)流。但當兩組橋之間需要切換時，不能簡單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時把原來封鎖著的一組橋立即開通，因為已經(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才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈

22、沖的封鎖和開放同時進行，原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會產(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，要妥當處理主回路中的電感儲存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(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。 2.2 主電路參數(shù)設(shè)計 Ud=2.34U2cos? Ud=UN=220V, 取?=0 U2=Ud220?94.0171V 2.34cos02.34 12 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 L?0.693?U20.693?

23、94.0171?592.31mHIdmin0.1?1.1 ?Ud220U12?22?im?7.27VAUc10Idbl1.5?1.1 U2132.8L?0.693?0.693?836.64mHIdmin1.1?10%晶閘管參數(shù)計算： U2l230U2?132.8V33對于三相橋式整流電路，晶閘管電流的有效值為： 取L?837mH?0.837H1I?I?Id?0.577Id 2VT由實驗可知R?42.5?所以?i?Tl?0.020S則晶閘管的額定電流為： 由實驗可知：Tm?0.37SIVTI?0.?368Id?)0.368?1.1?A0?.00170.4048AVT).Tm(Tl?Ts)?Ts*

24、Ts(AV0020.0017?0.00171.57K?236 .2TlTs0.02?0.0017IVT(AV)?1A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滿足要求Ks? 峰值電壓均為變壓器二次線電壓峰值，即： UFM?URM?2.45U2?2.45?108.56?266V 取23倍的安全裕量，UVT?600V 2.3 保護電路設(shè)計 在主電路變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流側(cè)瞬態(tài)過電壓保護及濾波，晶閘管并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成關(guān)斷緩沖。 過電流保護可以通過電流互感器檢測輸入電流的變化，與給定值進行比較，當達到設(shè)定值時發(fā)出過流信號到邏輯控制器，再由邏輯控制器來封鎖觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)過

25、流保護。過流保護電路如下圖所示。 圖2.2 過流保護電路 過壓保護是在直流電動機的電樞兩端并上電壓取樣電阻，當電壓值超過設(shè)定 13 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 值時，發(fā)出過電壓信號，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送到邏輯控制器，由邏輯控制器封鎖觸發(fā)脈沖。 14 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 第三章 邏輯控制器的設(shè)計 3.1 設(shè)計原理 無環(huán)流邏輯控制器的任務(wù)是在正組晶閘管工作時，則封鎖反組晶閘管，在反組晶閘管工作時，則封鎖正組晶閘管。采用數(shù)字邏輯電路，使其輸出信號以0 和1 的數(shù)字信號形式來執(zhí)行封鎖與開放的作用，為了確保正反組不會同時開放，應(yīng)使兩者不能同時為1。系統(tǒng)在反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動時應(yīng)該開放反組晶閘管，封鎖正組晶閘管，在這兩

26、種情況下都要開放反組，封鎖正組。從電動機來看反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動的共同特征是使電動機產(chǎn)生負的轉(zhuǎn)矩。上述特征可以由ASR 輸出的電流給定信號來體現(xiàn)。DLC 應(yīng)該先鑒別電流給定信號的極性，將其作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個給定信號。 僅用電流給定信號去控制DLC 還是不夠，因為其極性的變化只是邏輯切換的必要條件。只有在實際電流降到零時，才能發(fā)出正反組切換的指令。因此，只有電流轉(zhuǎn)矩極性和零電流檢測信號這兩個前提同時具備時，并經(jīng)過必要的邏輯判斷，才可以讓DLC 發(fā)出切換指令。 邏輯切換指令發(fā)出后還不能馬上執(zhí)行，需經(jīng)過封鎖時時間Tdb1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時時間Tdt后才能開放另一組脈沖。通常Tdb1=

27、3ms，Tdt=7ms。 在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個輸出信號之間必須有互相連鎖的保護，決不允許出現(xiàn)兩組脈沖同時開放的狀態(tài)。 邏輯控制器裝置由PLC來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號UI*和零電流檢測信號Ui0作為PLC的輸入信號X0和X1，再由PLC的軟件來實現(xiàn)邏輯運算和控制。 在邏輯運算判斷發(fā)出切換指令UF、UR后，必須經(jīng)過封鎖延時Udb1和開放延時Udt才能執(zhí)行切換命令。用FX2系列PLC實現(xiàn)時，只要用其內(nèi)部的1ms定時器即可達到延時目的。一般封鎖延時取Udb1=3ms，此時封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時Udt=7ms開放另一組。若封鎖延時與開放延時同時開始計時，則開放 15 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 延時

28、時間為3+7=10ms，設(shè)延時后的UF、UR狀態(tài)分別用輔助繼電器M4、M5表示。 DLC裝置的最后部分為邏輯保護環(huán)節(jié)。正常時，UF與UR狀態(tài)總是相反的；一旦DLC發(fā)生故障，使UF和UR同時為“1”，將造成兩組晶閘管同時開放，必須避免此情況。滿足保護要求的邏輯真值表如下表。設(shè)DLC的輸出信號由PLC 輸出端子Y0、Y1輸出。其中Y0控制GTF，Y1控制GTR。為了實現(xiàn)邏輯保護，一方面可以用Y0、Y1實現(xiàn)聯(lián)鎖，另一方面還可以用M4、M5接通特殊輔助繼電器M8034禁止全部輸出，進行雙重保護。X2和X3是過壓和過流檢測信號。 表3.1 邏輯真值表 3.2 設(shè)計過程 1、電平檢測器 邏輯裝置的輸入有兩

29、個：一是反映轉(zhuǎn)矩極性信號的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出Ui*，二是來自電流檢測裝置反映零電流信號的Ui0，他們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯運算電路需要高、低電位兩個狀態(tài)的數(shù)字量。電平檢測器的任務(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0V輸出）或“1”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為?15V輸出）。 采用射極偶合觸發(fā)器作電平檢測器。為了提高信號轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級差動放大和一級射極跟隨器。其原理圖見圖4-2。 16 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖3-1 電平檢測器原理圖 電平檢測器的輸入輸出特性如圖4-3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裝置輸出都具有交流分量，除入口有

30、濾波外，電平檢測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作，本系統(tǒng)電平檢測回環(huán)特性的動作電壓Ur1?100mV，釋放電壓Ur2?80mV。調(diào)整回環(huán)的寬度可通過改變射極偶合觸發(fā)器的集電極電阻實現(xiàn)。 圖3-2 電平檢測器輸入輸出特性 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出Ui*，其輸出為UT。電機正轉(zhuǎn)時Ui*為負，UT為低電位（“0”態(tài)），反轉(zhuǎn)時Ui*為正，UT為高電位（“1”態(tài)）。 零電流檢測器的輸入信號為電流檢測裝置的零電流信號Ui0，其輸出為UI。有電流時Ui0為正，UI為高電位（“1”態(tài)），無電流時Ui0為0，UI為低電位（“0”態(tài)）。 2、邏輯運算 電路的輸入是轉(zhuǎn)

31、速極性鑒別器的輸出UT和零電流檢測器輸出UI。系統(tǒng)在各種運行狀態(tài)時，UT和UI有不同的極性狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），根據(jù)運行狀態(tài)的要求經(jīng)過邏輯運算電路切換其輸出去封鎖脈沖信號的狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），由于 17 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 采用的是鍺管觸發(fā)器，當封鎖信號為正電位（“1”態(tài)）時脈沖被封鎖，低電位（“0”態(tài)）時脈沖開放。利用邏輯代數(shù)的數(shù)學(xué)工具，可以設(shè)計出具有一定功能的邏輯運算電路。 設(shè)正轉(zhuǎn)時Ui*為負，UT為“0”；反轉(zhuǎn)時Ui*為正，UT為“1”；有電流時Ui*為正， UI為“1”；無電流時Ui*為負，UI為“0”。 U1代表正組脈沖封鎖信號，U1為“1”時脈沖封鎖，U1為“0”時

32、脈沖開放。 U2代表反組脈沖封鎖信號，U2為“1”時脈沖封鎖，U2為“0”時脈沖開放。 UT、UI、U1、U2表示“1”，UT、UI、U1、U2表示“0”。 按系統(tǒng)運行狀態(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3-2 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài) 18 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 第四章 系統(tǒng)參數(shù)計算及測定 4.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定 (一) 實驗設(shè)備及儀器 1MCL32電源控制屏 2MCL31低壓控制電路及儀表 3MCL33觸發(fā)電路及晶閘管主電路 4電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機（或光電編碼器） 5MEL03三相可調(diào)電阻器 6雙蹤示波器 7萬用表 8直流

33、電動機M03、直流發(fā)電機MO1 （二）注意事項 1由于實驗時裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數(shù)。 2為防止電樞過大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機前給定電位器應(yīng)調(diào)回零位，以防過流。 3電機堵轉(zhuǎn)時，大電流測量的時間要短，以防電機過熱。 （三）實驗系統(tǒng)組成和工作原理 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由晶閘管整流調(diào)速裝置，平波電抗器，電動機發(fā)電機組等組成。 本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實驗要求。 4.1.1 電樞回路電阻R的測定 電樞回路的總電阻R包

34、括電機的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內(nèi)阻Rn，即R=Ra+RL+Rn 19 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗線路如圖4.1所示。 圖4.1電樞回路電阻R 將變阻器RP（可采用兩只900電阻并聯(lián)）接入被測系統(tǒng)的主電路，并調(diào)節(jié)電阻負載至最大。測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉(zhuǎn)。 MCL-31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)偏移電壓電位器RP2，使?=150。 合上主電路電源開關(guān)。 調(diào)節(jié)Ug使整流裝置輸出電壓Ud=（3070）?Unom（可為110V），然后調(diào)整RP使電樞電流為（8090）?Inom，讀取

35、電流表A和電壓表V的數(shù)值為I1,U1，則此時整流裝置的理想空載電壓為 Udo=I1R+U1 調(diào)節(jié)RP，使電流表A的讀數(shù)為40%Inom。在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值，則 Udo=I2R+U2 求解兩式，可得電樞回路總電阻 R=(U2-U1)/(I1-I2) 如把電機電樞兩端短接，重復(fù)上述實驗，可得 20 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2) 則電機的電樞電阻為 Ra=R?（RL+Rn） 同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。 測試結(jié)果 據(jù)公式R=(U2-U1)/(I1-I2) 得 R=(90-73)/(0.9-0.5)=42.5 據(jù)公式RL+Rn=

36、(U2-U1)/(I1-I2) 得 RL+Rn=(102-92）/(0.9-0.5)=25.0 據(jù)公式Ra+Rn=(U2-U1)/(I1-I2) 得 Ra+Rn=(97-83)/(0.9-0.5)=17.5 所以可得：電樞回路總電阻 R=42.5 整流裝置的內(nèi)阻Rn=17.5 電樞電阻Ra=17.5 平波電抗器的直流電阻RL=7.5 4.1.2 主電路電磁時間常數(shù)的測定 實驗線路如圖4.2所示 21 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖4.2 主電路電磁時間常數(shù)的測定 采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升 id?Id(1?e?t/Td) 其電流變化曲線

37、如圖4.3所示。當t =Td時，有 id?Id(1?e?1)?0.632Id MCL-31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。 合上主電路電源開關(guān)。 電機不加勵磁。 調(diào)節(jié)Uct，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機電樞電流為(5090)?Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量出當電流上升至63.2?穩(wěn)定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。 圖4.3 電流變化曲線 22 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 4.1.3 電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定 將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce C

38、e=Ke?=(Ud2-Ud1)/(n2-n1) Ce的單位為V/(r/min) 轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時)CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce 由實驗測得兩組數(shù)據(jù) 當n1=1225 r/min時V1=181V; 當n2=1125 r/min時V2=161V 帶入上述公式得:Ce=0.15v/(r/min) Cm=1.432N.m/A 4.1.4 系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM的測定 系統(tǒng)的機電時間常數(shù)可由下式計算 Tm?(GD2?R)/375CeLM 由于Tm>>Td，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即 n?K/(1?TmS)?Ud 當電樞突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)

39、規(guī)律上升，當n到達63.2?穩(wěn)態(tài)值時，所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。 測試時電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。 MCL31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。 合上主電路電源開關(guān)。 電動機M加額定勵磁。 調(diào)節(jié)Uct，將電機空載起動至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關(guān)，待電機完全停止后，突然合上主電路開關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數(shù)。實測曲線如圖4.4所示： 由實驗測得：Tm=37ms 23 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 圖4.4 實測過渡過程曲線 4.1.5 測速發(fā)電機特性UTG=f(n)的測定 圖4.5 系統(tǒng)電機常數(shù)的

40、測定 實驗線路如圖4.5所示。 電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對應(yīng)的UTG,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。 表4.4 實驗結(jié)果 24 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計 4.2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)特性測試 （一）實驗系統(tǒng)組成及工作原理 邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的主回路由二組反并聯(lián)的三相全控整流橋組成，由于沒有環(huán)流，兩組可控整流橋之間可省去限制環(huán)流的均衡電抗器，電樞回路僅串接一個平波電抗器。 控制系統(tǒng)主要由速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，反號器AR，轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT，零電流檢測器DPZ，無環(huán)流邏輯控制器DLC，觸發(fā)器，電流變換器FBC，速度變換器FBS

41、等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖2.10所示。 正向起動時，給定電壓Ug為正電壓，無環(huán)流邏輯控制器的輸出端Ublf為”0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機正向運轉(zhuǎn)。 減小給定時，Ug<Un,使Ui 反向，整流裝置進入本橋逆變狀態(tài)，而Ublf,Ublr不變，當主回路電流減小并過零后，Ublf，Ublr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ublf為“1”態(tài)，Ublr為“0”態(tài)，即進入它橋制動狀態(tài)，使電機降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成正向運行；當Ug=0時，則電機停轉(zhuǎn)。 反向運行時，Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，主電路反組可控整流橋工作。 無環(huán)流邏輯控制器的

42、輸出取決于電機的運行狀態(tài)，正向運轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動它橋逆變狀態(tài)，Ublf為”0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動它橋逆變階段，則Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于邏輯控制器的作用，在邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會同時觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過程中既無直流環(huán)流也無脈沖環(huán)流。 （二）實驗設(shè)備及儀器 1MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏 2 MCL31組件 3MCL33組件 4MEL-11掛箱 5MEL03三相可調(diào)電阻 6電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、 25 沈陽理工大學(xué)

43、課程設(shè)計 7直流電動機M03、直流發(fā)電機M01 8示波器 9?CL?34組件 （三）注意事項 1實驗時，應(yīng)保證邏輯控制器工作；邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運行。 2為了防止意外，可在電樞回路串聯(lián)一定的電阻，如工作正常，則可隨Ug的增大逐漸切除電阻。 4.2.1 整流電路檢測 1按圖4.6接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。 圖4.6邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（A） （1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖 （2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。 （3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關(guān)