V-M邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名: 專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師:題目：v-m邏輯無環(huán)流轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：1.電機(jī)參數(shù)直流屯動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)型號(hào)z2-32z2-42zys-3a額定界量(kw)2.23.50. 022額定電壓(v)220230110額定電流(a)12.515.30.22最大電流(a)18.7522. 95額定轉(zhuǎn)速(rpm)150014502000額定勵(lì)磁(八)0.610.61永磁gd2 (kg.ni 2 )0. 1050. 18電動(dòng)機(jī)電樞電阻ra(q )1.3電動(dòng)機(jī)電樞電感l(wèi)a(mh)102. k它參數(shù)名稱數(shù)值整流側(cè)內(nèi)阻rn(q )0. 92整流變壓器漏

2、感 (mh)6電抗器直流電阻(q )0.6電抗器電感(mh)8.0設(shè)計(jì)要求:1凋速范圍d=20,靜差率5%。在整個(gè)凋速范圍內(nèi)要求轉(zhuǎn)速無極，平滑可調(diào); 2.動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：電流環(huán)超凋量5； s 5%;空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速吋的轉(zhuǎn)速超調(diào)10%目錄摘要:11系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21. 1方案論證21.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)22轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)32.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路32.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成32.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理43轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)53.1.1電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算53. 1.2確定吋間常數(shù)63.1.3電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的

3、選擇63. 1.4電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算73. 1.5校驗(yàn)近似條件73. 1.6計(jì)算調(diào)節(jié)器電附和電容83.2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)93.2.1確定吋間常數(shù)93.2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)93.2.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)93. 2.4檢驗(yàn)近似條件103.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容113.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量114邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)124. 1邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)工作原理124.2邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)144. 3無環(huán)流邏輯裝置的組成144. 4無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。4. 4.1電平檢測器錯(cuò)誤！未定義書簽。4. 4.2邏輯運(yùn)算164. 4. 3延時(shí)電路184.2.4邏輯保護(hù)195系統(tǒng)主電路設(shè)

4、計(jì)205. 1主電路原理及說明205. 2主電路參數(shù)設(shè)計(jì)216保護(hù)電路設(shè)計(jì)227集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)238電氣原理總圖269基于matlab/simulink的調(diào)速系統(tǒng)的仿真27心得與體會(huì)28対汰29木科生課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定表30摘要木次的課程設(shè)計(jì)是對(duì)雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雙閉環(huán)直流 調(diào)速系統(tǒng)是電力拖動(dòng)g動(dòng)控制系統(tǒng)中一個(gè)很重要的系統(tǒng)，而邏輯無環(huán)流可逆直流 調(diào)速系統(tǒng)是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的典型系統(tǒng)。木文對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和邏輯無環(huán)流控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行y理論分析，并對(duì) 其原理進(jìn)行y些簡要說明，闡述了了其主電路及其保護(hù)電路、電流轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào) 節(jié)器、無環(huán)流邏輯裝置以及觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)根據(jù)題目設(shè)

5、計(jì)的數(shù)據(jù)要求并按 照工程設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟以及一些調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算。最后我利用matlab simulink工貝箱，分別對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流反饋環(huán)和 轉(zhuǎn)速反饋環(huán)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，檢驗(yàn)理論計(jì)算參數(shù)是否符合實(shí)際設(shè)計(jì)要求。并仿真過 程中，根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)波形和參數(shù)來調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器參數(shù)。關(guān)鍵詞：直流雙環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器邏輯無環(huán)流控制matlab仿具雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1方案論證本系統(tǒng)采用雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的 直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和n調(diào)節(jié) 器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提k實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜

6、差，而在此 甚礎(chǔ)上再加屮電流負(fù)反饋，則可使系統(tǒng)的電流不能無限制的增加，而當(dāng)系統(tǒng)在最 大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制吋，調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過程。由此可知，雙 閉環(huán)使得系統(tǒng)的調(diào)速性能大大提高。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)是前在生產(chǎn)屮應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng)。在可逆 調(diào)速系統(tǒng)屮，電動(dòng)機(jī)最基本的要素就是能改變旋轉(zhuǎn)方向。而耍改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn) 方向有兩種辦法：一種是改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓的極性，第二種是改變勵(lì)磁磁通的 方向。對(duì)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 沒有瞬吋脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)，無環(huán)流可逆系統(tǒng)宵去了環(huán)流電抗器，沒有 了附加的環(huán)流損耗，和有環(huán)流系統(tǒng)相比，因換流失敗造成的事故率

7、大為降低。但 為保證穩(wěn)定運(yùn)行吋電流波形的連續(xù)，仍保留平波電抗器ld。所以它兼有無環(huán)流 和電流波形連續(xù)的特點(diǎn)，所以比直流平均環(huán)流與配合控制有更好的效果。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)邏輯無環(huán)流可逆凋速，就要采用橋式全控整流逆變電路。要達(dá)到電流 和轉(zhuǎn)速的超凋要求就要設(shè)計(jì)電流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速器；邏輯無環(huán)流的重要部分就 是要采用邏輯控制，保證只有一組橋路工作，另一組封鎖。邏輯控制器可以采用 組合邏輯元件和一些分立的電子器件組成，也可用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，本文使用dlc 來實(shí)現(xiàn)邏輯控制；觸發(fā)電路要保證晶閘管在合適的時(shí)候?qū)ɑ蚪刂?，并且要能?便的改變觸發(fā)脈沖的和位，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓的h的，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。保護(hù) 電路有瞬

8、時(shí)過壓抑制，過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)，當(dāng)過壓或過流時(shí)封鎖觸發(fā)脈沖, 從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路釆用n調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)宵流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí) 現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足 需耍。在單閉環(huán)宵流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反一+饋是專門用來控制電流的，但 它只能在超過臨界電流/&.值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，丼不 能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。在起動(dòng)過程中，應(yīng)始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng) 以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速吋，立即ii:電流降

9、下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載 相t衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得 一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，釆用某個(gè)物理景 的負(fù)反饋就可以保持該景基木不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的 恒流過程。應(yīng)該在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，沒脊轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 后，又希望只耍轉(zhuǎn)逨負(fù)反饋，不再u:電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)屮設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器， 分別用來調(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。兩者之間實(shí)行 嵌套連接，如閣2-1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)做電流調(diào)節(jié)

10、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upe。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里而， 稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)v器都是采用pi調(diào)節(jié)器， 這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2-2所示：圖中含有兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，他們是按照電力電子變換器 的變換電壓t/。為正電壓的情況標(biāo)fli的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒向作用。圖中 還貪有兩個(gè)調(diào)v器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)v器asr的輸出限幅電壓 t/:,決定了電

11、流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器acr的輸出限幅電壓限制了 電力電子變換器的最大輸出電壓。+圖2-2雙閉環(huán)立流調(diào)速糸統(tǒng)電路原理圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于/&,時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)， 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到/&,后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系 統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。如果采用了w個(gè)pi調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性 姑然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán) 放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為了避免零點(diǎn)飄移而采用“準(zhǔn)n調(diào)節(jié)器”時(shí)， 靜特性的叫段實(shí)際上都略有很小的靜差。3轉(zhuǎn)

12、速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢是一個(gè)變化較 慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢基木不變，即a£ = 0。把 給定濾波和反饋濾波網(wǎng)個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成# ,則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。rs.和7；般都比7；小得多，可以當(dāng)作小慣 性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)問常數(shù)為=7； + 7；,.。電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型i型系統(tǒng)，應(yīng)采用n型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成+一電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；r,.tts一電流調(diào)節(jié)器的超前吋間常數(shù)。3. 1. 1電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)

13、算電流反饋系數(shù)：/? = - = 0.05i由己知條件計(jì)算電樞冋路總電感量£73x140x0.1</minl=0. 693 -=0. 693220=6. 3mh取 l=0. 0063h則勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)7；t l 0.0063hr, = = 0.01265r 0.5q計(jì)算電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系數(shù)c；1100c、= h= 220-140x0.4=0. m9v.r/min3.1.2確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)打。取三和橋式電路的平均失控時(shí)間為7； =0.00175,。整流濾波時(shí)間常數(shù)7；.。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3. 3ms,為了基木濾 個(gè)波頭，皮有（1 2）toi = 3.33ms

14、，因此収 7,. =2ms=0.002s。電流環(huán)小吋間常數(shù)之和7按小時(shí)間常數(shù)近似處理，3.1.3電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流誤差，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：尺,(f+ 1)t-s檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能:4=3-41參照表3-1的典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。txt771=t,t215110120130cmax xloo%q55.5%33.2%18.5%12.9%2.83.43.84.0tjt14.721.728.730.4表3-1典型i型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系3.

15、1.4電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算電流調(diào)節(jié)去超前時(shí)間常數(shù)：& =7； =0.0126。電流環(huán)開環(huán)增益：要求ex, 5%時(shí)，按表3-2，應(yīng)取j35.1x0.0126x0q417 ksfi40x0.051經(jīng)計(jì)算得：于是,acr的比例系數(shù)為:參數(shù)關(guān)系kt0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量70%1.5%4.3 %9.5 %16.3 %上升時(shí)間&cc6.674.773.3t2.47峰值時(shí)間&co8.376.274.773.27相角穩(wěn)定裕度/76.3°69.9°65.5°59.2 °51.8 °

16、;截止頻率叫0.243/70.367/70.455/70.596/70.786/7表3-2典型t型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系3. 1.5校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率： = kj = 一一 = 135.15-1 °70.00371、晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件:=sl =196.0785 一1 > a).37；3x0.0017('滿足近似條件。2、校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件3 = 3'! 635_, < 69 tj, vo. 18x0.0126cl3、電流環(huán)小吋間常數(shù)近似處理?xiàng)l件均滿足近似耍求3. 1.6計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容罔3

17、 1 pt型電流調(diào)節(jié)器丄工導(dǎo)k, = t. rc,roi =r: = k:r, = 0.448x40 = 17.92沿c，=五=q，q126 = 0.63/f ,1 r 20xl03取 /?0 =40k q，則取 20h1 取 0.7/zf6/c47；f _ 4x0.0024x0.002r()40x103= 0.2/zf尺仲+ l)_33.1(0.0126y + l)按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為<7, =4.3%<5% （見 表3-2），滿足設(shè)計(jì)要求。3.2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.2.1確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)問常數(shù)1/,：有前面的計(jì)算可得=27；. = 2x0.0

18、0375 = 0.0074k!轉(zhuǎn)速濾波吋間常數(shù)7；,.冇條件可知0.01s。轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù) tzn :按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取+t= 0.00745 + 0.01 = 0.01743.2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用n調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為3.2.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：= = 0.0091nn按跟隨和抗擾性能都比較好的原則，取/2 = 5,則asr的超前時(shí)問常數(shù)為rn=5x0.0174 = 0.0875轉(zhuǎn)速開環(huán)增益/? + 12/z% 22x52x0.01742396.35尸1asr的比例系數(shù)么k : (/z + l)/,7；，(5 + 1)x0.051x0.149x

19、0.18 = 1q37 - 2x5x0.0091x0.5x0.0.74 -3.2.4檢驗(yàn)近似條件由公式k二風(fēng)可得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為o)n = knth = 396.35 xo.0875'1 = 34.48s1(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為=63.6955一169(."丄醫(yī)=1 i 135j ,3 vref. 3 v 0.0037*(2)轉(zhuǎn)逨環(huán)小吋間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為=38.74叫."均滿足近似要求。3.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容an閣3-2 pl型轉(zhuǎn)速凋節(jié)器隊(duì) =,con，rnrn = knr = 14.51x40m = 580.4mc，t=s=0145圩c. = 4

20、x00!"f = 1/fonl040x10取/?()=40kq,則取600松，取 0.15/f，取 1"fo3. 2. 6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量h345678910cmaj/cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tjt2.452.702.853.003.153.253.303.40tjt13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85表3-3典型ii型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)勾參數(shù)的乂系當(dāng)/z = 5時(shí)，由表3-3得，1=37.6%,不能滿足設(shè)計(jì)<7/; < 10%的要求。 實(shí)際上，由于表3-3是按

21、線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，asr飽和，不符 合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按asr退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量。下面對(duì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算：設(shè)理想空載啟動(dòng)時(shí)z = 0, = 81.2% ,帶入140x0.4可得（7 =2x81.2%x 1.4x 0.149 x0.0174 = 7.51% <10%1100 0.18可以滿足設(shè)計(jì)要求。4邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)4.1邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)工作原理這種邏輯無環(huán)流系統(tǒng)有一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr, 個(gè)反號(hào)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)。主電路采用兩組品閘管裝置反 并聯(lián)線路，由于沒有環(huán)流，不用再設(shè)置環(huán)流電抗

22、器，但是為了保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)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，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(hào)f/f經(jīng)反號(hào)器ar作為 2acr的給定信號(hào)z7人這樣uj使電流反饋信號(hào)的極性在正、反轉(zhuǎn)時(shí)都不必改 變，從而討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(jìn)行自 動(dòng)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

23、不允許兩組晶閘管同時(shí)幵放，確 保主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的川能。o圖4-1邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖asr速度調(diào)節(jié)器acre acr2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a裝置ta交流互感器tg測速發(fā)電機(jī)m工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)lb電流變換器ar反號(hào)器gl過流保護(hù)環(huán)節(jié)4.2邏輯無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)邏輯無環(huán)流吋逆調(diào)速，就要采用橋式全控整流逆變電路。要達(dá)到電流 和轉(zhuǎn)速的超調(diào)要求就要設(shè)計(jì)電流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速器；邏輯無環(huán)流的重要部分就 是要采用邏輯控制，保證只有一組橋路工作，另一組封鎖。邏輯控制器可以采用 組合邏輯元件和一些分立的電子器件組成，本文使用

24、dlc來實(shí)現(xiàn)邏輯控制；觸發(fā) 電路要保證晶閘管在合適的吋候?qū)ɑ蚪刂?，并且要能方便的改變觸發(fā)脈沖的相 位，達(dá)到實(shí)吋調(diào)整輸出電壓的0的，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。保護(hù)電路冇瞬吋過壓抑制， 過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)，當(dāng)過壓或過流吋封鎖觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。4.3無環(huán)流邏輯裝置的組成在無環(huán)流控制系統(tǒng)屮，反井聯(lián)的兩組整流橋需要根據(jù)所要求的電樞電流極性 來選擇其屮一組整流橋運(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)矩極性需耍反向時(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)

25、該極性進(jìn)行判 斷，然后發(fā)出切換幵始的指令。 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(hào)后，經(jīng)35mx延時(shí)，確認(rèn)電流實(shí)際值為 零，封鎖原異通側(cè)整流橋的觸發(fā)脈沖。 由零電流檢測器得到零電流信號(hào)活，經(jīng)10ms延時(shí)，確保原導(dǎo)通側(cè)整流橋 品閘管完全附斷后，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、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4-2所示。dlc轉(zhuǎn)矩極性零電流圖4-2無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)dlc其輸入為電流給定或轉(zhuǎn)矩極性鑒邏輯裝置

26、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)器輸岀t/;,二 是來自電流檢測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w個(gè)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輸山）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(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4-3。電平檢測器的輸入輸出特性如圖4-4所示，具有冋環(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 有一定寬度的冋環(huán)

27、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 測冋環(huán)特性的動(dòng)作電壓=100mv,釋放電壓=80mv 調(diào)整冋環(huán)的寬度可通過改變射極偶合觸發(fā)器的集電極電附實(shí)現(xiàn)。圖4-4電平檢測器輸入輸出特性轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸岀其輸出為電機(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)）。零電流檢測器的輸入信號(hào)為電流檢測裝置的零電流信號(hào),其輸出為（7,。 有電流時(shí)為正，t/,為高電位（“1”態(tài)），無電流時(shí)為0,（7,為低電位（“0” 態(tài)）。4. 4.2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器輸出t/,。系統(tǒng)在各 種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，人和仏有不同的極性狀

28、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)出具有一 定功能的邏輯運(yùn)算電路。設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)f/f為負(fù)，為“0” ；反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為“1” ；有電流時(shí) 為正，仏為“1” ；無電流時(shí)t/f為負(fù)，t/,為“0”。%代表正組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，u'為“q”時(shí)脈沖開放。 t/2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。ut、u丨、u、t/2表示 “1”，ut、u, ,

29、 u。t/2 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，并根裾封鎖條件 列出邏輯代數(shù)式。運(yùn)行狀態(tài)ut",u'u2正向起動(dòng)，1=00001正向運(yùn)行，1有0101正向制動(dòng)，i有1101正向制動(dòng)，1=01010反向起動(dòng)，1=01010反向運(yùn)行，1有1110反向制動(dòng)，i有0110反向制動(dòng)，1 = 00001表4-1邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài)根據(jù)止組封鎖條件：£/, = ut uul + utuj u2 + 1ttui ul(4-1)根據(jù)反組封鎖條件："2 =+ uu x + 7-/(4-2)邏輯運(yùn)算電路采用分立元件，用或非門電路較簡單，故

30、將上述(4-1)式和(4-2)式最小化，最后化成或非門的形式。£/, = ut itjvl + vtvj u2 + lttv j (a= utit2luiul = ul(<utuui)+(7r+c/z)(4-3)t/2 =+utujt'=uu +utuj ( = £(77 += (77/)=u' +(", +eq(4-4)根據(jù)(4-3)、(4-4)式可畫得邏輯運(yùn)算電路，如圖4-5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g動(dòng)實(shí)現(xiàn)零電流時(shí)相互切換。10圖4-5邏輯運(yùn)兌電路4. 4. 3延時(shí)電路前面的邏輯運(yùn)算電路保證零電流切

31、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冇限的，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(shí)即封 鎖延吋和開放延吋，避免由于正反組整流裝置同吋導(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冇延吋電路。延吋電路如圖4-6所示，苒工作原理如下：當(dāng)延時(shí)電路輸入為“0”時(shí)，輸 出亦為“0”態(tài)截止、562導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈沖開放。當(dāng)輸入由“0” 變?yōu)椤?”吋，電容c經(jīng)充電，經(jīng)一定延時(shí)后，導(dǎo)通，5g2截止，即輸出 由“0”延吋變“1”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)封鎖。其延時(shí)時(shí)間由&c決定，這 里整定為3zm

32、。當(dāng)輸入岀“1”變“0”時(shí)，電容c的電荷要經(jīng)過/?2和5(基射極 冋路放電，經(jīng)一定延時(shí)后，bg,截止，bg2導(dǎo)通，即輸出由“1”延時(shí)變“0”。 和應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)開放。其延時(shí)時(shí)問由c/?2參數(shù)決定，這里整定為10/m, 這樣就滿足了 “延時(shí)封鎖”、“延時(shí)10/m，開放”的要求。4. 2.4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i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4-7所示。邏輯保護(hù)環(huán)w截取了邏輯運(yùn)算電路經(jīng)延時(shí)電路

33、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i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、邏輯運(yùn)算電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)四部分就構(gòu)成了無環(huán)流邏 輯裝置。其結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。圖4-8無環(huán)流邏輯裝s結(jié)構(gòu)圖5系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)5. 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:不會(huì)存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時(shí)，不能簡單的把原來工作著的一紺橋 的觸

34、發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來封鎖著的一組橋立即幵通，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)冰 能關(guān)斷。如果對(duì)兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和幵放同時(shí)進(jìn)行，原先導(dǎo)通的那紺橋不 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(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)處理主冋路巾的電感儲(chǔ)存的一部分能量冋饋給電網(wǎng)， 其余部分消耗在電機(jī)上，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主冋路電流變?yōu)榱?，使原晶閘 管恢復(fù)附斷能力，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。5. 2主電路參數(shù)設(shè)計(jì)ud二2.

35、34u2cos<zu220ud=ux=220v,取漢=0 °u2=(1 = 94.017iv2.34cos02.34uin=(5%-10%)in，這里取 10% 貝ijl=0. 693x- = 0.693x940171 = 37.2308z«h a/min 0.1x17.5v=°°°671.5x28710=0.0232 v/a品閘管參數(shù)計(jì)算：對(duì)丁三相橋式整流電路品閘管電流的侖效值為： i2=ivt=id=0md則品閘管的額定電流為:vt(av) = 0.3680.368x287x05.6164取1.52倍的安全裕量，= 200a由于電流連

36、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 = u =2.45/2 =2.45x108.56 = 266v取23倍的安全裕量，uvt = 600v6保護(hù)電路設(shè)計(jì)祚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(hù)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(hù)可以通過電流互感器檢測輸入電流的變化，與給定值進(jìn)行比較， 當(dāng)達(dá)到設(shè)定值吋發(fā)出過流信號(hào)到邏輯控制器，再由邏輯控制器來封鎖觸發(fā)脈沖， 實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。過流保護(hù)電路如下圖所示。r1d4d5d6r8r212v12vr23過流信號(hào)圖6-1過流保護(hù)電路過壓保護(hù)是在直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端并上電壓取樣電阻，當(dāng)電壓值超過

37、設(shè)定 值吋，發(fā)出過電壓信號(hào)，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，從而構(gòu)成過電壓保護(hù)電路，這種電路既靈敏又穩(wěn)定。圖6-2過屯壓保護(hù)7集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)觸發(fā)電路采用集成移相觸發(fā)芯片tc787,與tca785及kj （或kc）系列移相觸 發(fā)集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范岡 寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過過零和極性檢測單元檢測出零點(diǎn)和極性后，作 為內(nèi)部三個(gè)恒流源的形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號(hào)相位對(duì)應(yīng)且與移 相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號(hào)送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。假設(shè)系統(tǒng)米發(fā)生過電流、 過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止端的信號(hào)

38、無效，此吋脈沖分配電路根據(jù) 用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖（引腳6為高電平）或單脈沖（引腳6為低電 平）的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路功率放大后輸出；一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過 電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止信號(hào)有效，脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的邏 輯電路動(dòng)作，封鎖脈沖輸出，確保集成塊的12、11、10、9、8、7六個(gè)引腳輸出 全為低電平，同步信號(hào)與雙脈沖觸發(fā)關(guān)系如圖8所示：晶閘管的導(dǎo)通采用雙脈 沖觸發(fā)，脈沖寬度為10° ,每組脈沖之間的間隔為60°觸發(fā)脈沖由tc787集成 電路完成。tc787的原理框圖如圖7-1所示11 7-1 tc787原理框閣由圖可見：在它的內(nèi)部集成了三

39、個(gè)過零和極性檢測單元、三個(gè)鋸齒波形成單 元、三個(gè)比較器、一個(gè)脈沖發(fā)生器、一個(gè)抗干擾鎖定電路、一個(gè)脈沖形成電路、一個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。引腳18、1、2分別為三和同步電壓va、vb、vc輸人端。引腳16、15和14分別為產(chǎn)生和對(duì)于a、b和c三相同步電壓的鋸齒波充電電容連接端。電容值大小決定了移和鋸齒波的斜率和幅值。引腳13為觸發(fā)脈沖寬度調(diào)節(jié)電容cx，該電容的容量決定著tc787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，輸出脈沖寬度越寬。引腳5為輸岀脈沖禁止端，該端用來在故障狀態(tài)下封鎖tc787的輸岀，高 電平有效。引腳4為移和控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著tc787 輸岀脈沖的移和范圍。引

40、腳12、10、8、9、7和11是脈沖輸出端。其中引腳12、10和8分別控制 上半橋臂的a、b、c和晶閘管；引腳9、7和11分別控制下半橋臂的a、b和c相晶閘管。正組晶閘管觸發(fā) 電路原理圖如圖7-2所示，反組的與正組和同。觸發(fā)波形如圖7-3.12v20k200kww_r/vwr三相同步變壓器uhucftc787vacavbcbvccccxvddavss-apcbpi-bcvr一 c18220k 12v 173ublf 512v 6416141513129107811vf丄丄丄丄-a-b-c閣7-2il:組觸發(fā)屯路原理閣i/m<圖7-3觸發(fā)電路波形8電氣原理總 (=»cib-9基于

41、matlab/simulink的調(diào)速系統(tǒng)的仿真通過對(duì)整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)，用matlab/simulink對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，加入本系統(tǒng)初始條件以及計(jì)算參數(shù)， 即討繪出雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下9-1:meed圖9-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型根據(jù)動(dòng)態(tài)模型圖以及計(jì)算參數(shù)，用matlab/simulink進(jìn)行仿真，雙閉環(huán)直 流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)直到額定負(fù)載時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的 動(dòng)態(tài)過程示丁下閣9-2。圖9-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程電流、轉(zhuǎn)速波形心得與體會(huì)木次課程設(shè)計(jì)要求結(jié)合給定的初始條件來完成雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流宵流可逆 調(diào)逨系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)邏輯無環(huán)流宵流可逆調(diào)速系統(tǒng)有了更 深入的理解。其中涉及到多方面的知識(shí)，主要包括轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)、邏 輯控制器的設(shè)計(jì)及晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，涉及到了電力電子，電力拖動(dòng)和plc 等多學(xué)科。在電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雙閉環(huán)系統(tǒng)的核心是電流調(diào)節(jié)器和速度