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、課程設(shè)計(jì)基本要求課程設(shè)計(jì)是工科學(xué)生十分重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)水平的重要依據(jù)。為了加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)管理，提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，特?cái)M定如下基本要求。1. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)一般可分為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應(yīng)有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題要符合本課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的要求，該項(xiàng)目應(yīng)能突出學(xué)生實(shí)踐能力、

2、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項(xiàng)目有一定的實(shí)用性，且學(xué)生通過努力在規(guī)定的時間內(nèi)是可以完成的。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱、目的及技術(shù)要求記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書一、二項(xiàng)中，課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題考核成績占10%左右。3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要包括可行性設(shè)計(jì)方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實(shí)施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證內(nèi)容記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第三項(xiàng)中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要考核設(shè)計(jì)方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占30%左右。4. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析主要包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作結(jié)果的工藝水平，項(xiàng)目測試性能指標(biāo)的正確性和完整性，項(xiàng)目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3、結(jié)果分析記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第四項(xiàng)中，考核成績占25%左右。5. 學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中應(yīng)認(rèn)真閱讀與本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習(xí)慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻(xiàn)閱讀摘要記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第五項(xiàng)中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師向答辯學(xué)生提出23個問題，通過答辯可進(jìn)一步了解學(xué)生對課程設(shè)計(jì)中理論知識和實(shí)際技能掌握的程度，以及對問題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績占25%左右。7.學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計(jì)周內(nèi)認(rèn)真參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書交給課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)

4、計(jì)全過程，認(rèn)真評閱學(xué)生的每一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告，給出課程設(shè)計(jì)綜合評閱意見和每一個環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評分成績轉(zhuǎn)換為五級分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評成績。8. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書是實(shí)踐教學(xué)水平評估的重要資料，應(yīng)按課程、班級集成存檔交實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理。一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)要求設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)，分析系統(tǒng)工作原理，掌握調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法。技術(shù)要求及初始條件：1.直流電機(jī)額定參數(shù)： UN220V，IN140A，nN1100 r/min，Ra0.4電機(jī)過載倍數(shù)1.4 。2.測速發(fā)電機(jī)參數(shù)：23W，

5、110V，0.21A，1900 r/min，永磁式。3.主電路采用三相全控橋，交叉連接，進(jìn)線交流電源：三相380V 。4.穩(wěn)態(tài)無靜差，轉(zhuǎn)速超調(diào)量不超過10，電流超調(diào)量不超過5。設(shè)計(jì)任務(wù): 1.ASR及其反饋電路設(shè)計(jì)。2.ACR及其反饋電路設(shè)計(jì)。3.無環(huán)流邏輯控制器DLC設(shè)計(jì)。4.主電路及保護(hù)電路設(shè)計(jì)。5.集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。6. 提供系統(tǒng)總電路圖。設(shè)計(jì)要求: 1對系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說明系統(tǒng)工作原理。2. 畫出單元電路圖，說明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過程。3. 對項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。3. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號及文字符號符合國家標(biāo)準(zhǔn)。4.課程設(shè)計(jì)說明書

6、應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖)1 方案選擇1.1 方案一：采用單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程中，起動電流達(dá)到最大值Idm后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。1.2 方案二：采用帶電流截止負(fù)反饋的有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)1.3 方案三：采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的無環(huán)流調(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PI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)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，而在此甚礎(chǔ)上

7、再加中電流負(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）受限制時，調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。由此可知，雙閉環(huán)使得系統(tǒng)的調(diào)速性能大大提高。帶電流截止負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)雖然能大大改善系統(tǒng)在起動和堵轉(zhuǎn)時的性能，但實(shí)際上由于其實(shí)質(zhì)是電流與轉(zhuǎn)速共用一個調(diào)節(jié)器，所以在實(shí)際生產(chǎn)過程中，電流和轉(zhuǎn)速之間出現(xiàn)互相扯皮的現(xiàn)象，不能在根本上解決問題。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)是目前在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng)。由于無環(huán)流，所以不在設(shè)置環(huán)流電抗器。但為保證穩(wěn)定運(yùn)行時電流波形的連續(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。綜上所述，且

8、因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)要求，故選擇方案三。下面對方案三進(jìn)行詳細(xì)說明。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)的原理框圖如下圖1所示。圖1 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 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，但是為了保證運(yùn)行時電流波形的連續(xù)性，應(yīng)保留平波電抗器?？刂凭€路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器ACR1和ACR2，ACR1用來控制正組觸發(fā)裝置，ACR2 控制反組觸發(fā)裝置，ACR1的給定信號Ui*經(jīng)反向器AR同時作為ACR2的給定信號Ui*，這樣就可以使電流反饋信號Ui*的極性在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時都不用改變，從而可采

9、用不反應(yīng)電流極性的電流檢測器，即交流互感器和整流器。由于在主電路中不設(shè)均衡電抗器，一旦出現(xiàn)環(huán)流將造成嚴(yán)重的短路事故，所以對工作時的可靠性要求特別高，為此在系統(tǒng)中加入了無環(huán)流控制器DLC，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，所以DLC是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。3 電路設(shè)計(jì)3.1 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.1.1 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算由已知條件計(jì)算電樞回路總電感量 L=0.693=0.6936.3mH 取L=0.0063H則勵磁時間常數(shù) =0.0158s計(jì)算電動機(jī)電動勢系數(shù) =0.149計(jì)算電流反饋系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=3.1.2 確定時間常數(shù) 整流裝置滯后時間常數(shù) 。取三相橋式電路的平均失控時間為。 整流濾波時間常數(shù) 。由

10、條件可知 電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取。3.1.3 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 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)控制對象是雙慣性的，因此可用 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 檢查對電流電壓的抗擾性能： 表1 典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能參照表1典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。3.1.4 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：參數(shù)關(guān)系0.250.390.500.691.0阻尼比1.00.80.7070605超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時間6.64.73.32.4峰值時間8.36.24.73.6相角穩(wěn)定裕度截止頻率表2

11、 典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系電流開環(huán)增益：要求時，按表2，應(yīng)取于是，ACR的比例系數(shù)為3.1.4 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：（1）閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 （2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 （3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 均滿足近似要求計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖2 PI型電流調(diào)速器如圖2所示 取=40k,則， 取， 取3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)3.2.1 確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù):有前面的計(jì)算可得 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) ：有條件可知。轉(zhuǎn)速環(huán)時間常數(shù) ：按小時間常數(shù)近似處理，取3.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為

12、 3.2.3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都比較好的原則，取 ,則ASR的超前時間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開環(huán)增益ASR的比例系數(shù) 3.2.4 檢驗(yàn)近似條件由公式 可得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 （2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 均滿足近似要求。3.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖3 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器， 取=40K,則， 取， 取，, 取。3.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 34567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%2.402.652.853.03.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.3012.251

13、3.2514.2032211111表3 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) 當(dāng) 時，由表3得，不能滿足設(shè)計(jì) 的要求。實(shí)際上，由于表3是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時，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。 下面對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算：設(shè)理想空載啟動時 ， ， 帶入 可得 可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.3 無環(huán)流邏輯控制器DLC設(shè)計(jì)3.3.1 無環(huán)流邏輯裝置的組成反并聯(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機(jī)轉(zhuǎn)矩極性需要反向時由邏輯裝置控制進(jìn)行的。其切換順序可歸納如下：

14、由于轉(zhuǎn)速給定變化或負(fù)載變動，使電動機(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。由零電流檢測器得到零電流信號后，經(jīng)延時，確認(rèn)電流實(shí)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)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)邏輯裝置要完成的任務(wù)，它由電平檢測、邏輯判斷、延時電路和聯(lián)鎖保護(hù)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。 圖4 無環(huán)流邏

15、輯控制環(huán)節(jié)DLC其輸入為電流給定或轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號和零電流檢測信號，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號。3.3.2 無環(huán)流邏輯裝置的設(shè)計(jì) 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，二是來自電流檢測裝置反映零電流信號的，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5。圖5 電

16、平檢測器原理圖電平檢測器的輸入輸出特性如圖6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，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6 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，其輸出為。電機(jī)正轉(zhuǎn)時為負(fù)，為低電位（“0”態(tài)），反轉(zhuǎn)時為正，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，其輸出為。有電流時為正，為高電位（“1”態(tài)），無電流時為0，為低電位（“0”態(tài)）。邏輯運(yùn)

17、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。系統(tǒng)在各種運(yùn)行狀態(tài)時，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(jì)出具有一定功能的邏輯運(yùn)算電路。設(shè)正轉(zhuǎn)時為負(fù)，為“0”；反轉(zhuǎn)時為正，為“1”；有電流時為正，為“1”；無電流時為負(fù)，為“0”。代表正組脈沖封鎖信號，為“1”時脈沖封鎖，為“0”時脈沖開放。代表反組脈沖封鎖信號，為“1”時脈沖封鎖，為“0”時脈沖開放。、表示“1”，、

18、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所示，并根據(jù)封鎖條件列出邏輯代數(shù)式。 根據(jù)正組封鎖條件： 根據(jù)反組封鎖條件： 運(yùn) 行 狀 態(tài) 正向起動，I=00001 正向運(yùn)行，I有0101 正向制動，I有1101 正向制動，I=01010 反向起動，I=01010 反向運(yùn)行，I有1110 反向制動，I有0110 反向制動，I00001表4 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài) 邏輯運(yùn)算電路采用分立元件，用或非門電路較簡單，故將上述式子最小化，最后化成或非門的形式。 根據(jù)上述式子可畫得邏輯運(yùn)算電路，如圖7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(shí)現(xiàn)零電流時相互切換。圖

19、7 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，這時邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖8中“1”、“0”所示。圖8 或非門電路 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，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”，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3-5所示。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

20、的。因?yàn)榱汶娏鳈z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，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時電路。 圖9 延時電路延時電路如圖9所示，其工作原理如下：當(dāng)延時電路輸入為“0”時，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，電容C經(jīng)充電，經(jīng)一定延時后，導(dǎo)通，截止，即輸出由“0”延時變“1”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時封鎖。其延時時間由決定，這里整定為。當(dāng)輸入出“1”變“0”時，電容C的電荷要經(jīng)過和基射極回路放電

21、，經(jīng)一定延時后，截止，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。其延時時間由參數(shù)決定，這里整定為，這樣就滿足了“延時封鎖”、“延時開放”的要求。 邏輯保護(hù) 邏輯電路正常工作，兩個輸出端總是一個高電位，一個低電位，確保任何時候兩組整流一組導(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(jì)有邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)，如圖10所示。邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)截取了邏輯運(yùn)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(dāng)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?；蚍情T輸出總是低電位，它不影響脈沖

22、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(hù)作用。 圖10 邏輯保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖 由電平檢測、邏輯運(yùn)算電路、延時電路、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11所示。 圖11 無環(huán)流邏輯裝置結(jié)構(gòu)圖3.4 主電路設(shè)計(jì) 圖12 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路如圖12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(dāng)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

23、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才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放同時進(jìn)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(dāng)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(jī)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。3.5 保護(hù)電路設(shè)計(jì)3.5.1 過電流保護(hù)由于過載、直流側(cè)短路、逆變失敗、環(huán)

24、流和交流側(cè)短路等原因會引起系統(tǒng)過流而損壞可控硅。系統(tǒng)采用了三種保護(hù)措施： 電流調(diào)節(jié)器限流，電流整定值為250A， 過流保護(hù)環(huán)節(jié)，整定值為350A， 快速熔斷器；對直流回路和每個可控硅元件設(shè)快速熔斷作最后一道過流保護(hù)。它可以在沖擊電流很大，沖擊時間又很短的情況下保護(hù)設(shè)備，從而使系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、操作方便。 過流保護(hù)環(huán)節(jié)的電路如圖13所示。在系統(tǒng)正常工作時，電流檢測裝置輸出電壓小于14V （相當(dāng)于主回路電流350A），穩(wěn)壓管DW不導(dǎo)通。BG1截止，繼電器釋放，BG2導(dǎo)通，BG3截止，發(fā)射極輸出零電位，不影響正反組晶閘管整流裝置的正常工作。當(dāng)主回路電流超過350A 時，電流檢測裝置輸出大于14V，

25、穩(wěn)壓管DW被雪崩擊穿，BG1導(dǎo)通，BG2截止，BG3導(dǎo)通，發(fā)射極輸出高電位+15V，同時封鎖正反兩組觸發(fā)器的脈沖。當(dāng)BG1導(dǎo)通時繼電器得電吸合。一方面自鎖，另一方面使繼電器得電吸合，在交流側(cè)線路接觸器S-B線圈中的常閉觸頭打開，使S-B跳閘，切斷主回路交流電源。改變電阻和數(shù)值或選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管DW即可整定不同的跳閘電流。 圖13 過流保護(hù)環(huán)節(jié)過電壓保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(hù)。開關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源諸如蓄電池和整流器的電壓如果過高,使開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此,有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路。用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路如

26、圖14所示。 圖14  輸入過電壓保護(hù) 在該電路中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻R，使晶體管V導(dǎo)通，繼電器動作，常閉接點(diǎn)斷開，切斷輸入。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Vz=ESrmaxUBE。輸入電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過電壓保護(hù)結(jié)合在一起,構(gòu)成極性保護(hù)鑒別與過電壓保護(hù)電路。輸出過電壓保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對輸出為5V的開關(guān)穩(wěn)壓器來說,它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時,開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)三極管突然損壞,輸出電位就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值,瞬時造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。最簡單的過電壓

27、保護(hù)電路如圖15所示。 圖15  簡單的輸出過電壓保護(hù) 當(dāng)輸出電壓過高時,穩(wěn)壓管被擊穿,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,把輸出端短路,造成過電流,通過保險(xiǎn)絲或電路保護(hù)器將輸入切斷,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時間相當(dāng)于晶閘管的開通時間，約為510s。它的缺點(diǎn)是動作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動作點(diǎn)不穩(wěn)定。另外，穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性，型號相同但過電壓起動值卻各不相同，給調(diào)試帶來了困難。 圖16  輸出過電壓保護(hù) 圖16是改進(jìn)后的電路。其中R1、R2是取樣電路，Vz是基準(zhǔn)電壓。 輸出電壓Esc突然升高，晶體管V1、V2導(dǎo)通，晶閘管就導(dǎo)通?；鶞?zhǔn)電壓Vz由式Esc=(R1R2)(VzUBEI)/R

28、1 ，來確定，UBE1為V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓降。本電路的動作電壓可變，并且動作點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)穩(wěn)壓管為7V時，其溫度系數(shù)和晶體管V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓的溫度系數(shù)可以抵消，能使溫度系數(shù)降得很低。但是對于輸出為55.5V的直流開關(guān)穩(wěn)壓器來說，其常用的動作電壓是5.56V。那么穩(wěn)壓管電壓必在3.5V以下，此電壓附近的穩(wěn)壓管的溫度變化系數(shù)是2030mV/。因此,溫度變化大的場合保護(hù)電路還會發(fā)生誤動作。采用集成電路電壓比較器來檢測開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法，利用比較器的輸出狀態(tài)的改變跟相應(yīng)的邏輯電路配合，構(gòu)成過電壓保護(hù)電路，這種電路既靈敏又穩(wěn)定。 3.6 集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)觸發(fā)電路采用

29、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、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)。只需要一塊這樣的集成電路，就可以完成三塊TCA785與一塊KJ041、一塊KJ042器件組合才能具有的三相移相功能。TC787的原理框圖如圖17所示。圖17 TC787原理框圖由圖可見：在它的內(nèi)部集成了三個過零和極性檢測單元、三個鋸齒波形成單元、三個比較器、一個脈沖發(fā)生器、一個抗干擾鎖定電路、一個脈沖形成電路、一個脈沖分配及驅(qū)動電路。引腳18、l、2分別為三相同步電壓Va、Vb、Vc輸人端。引腳16、15和14分別為產(chǎn)生相對于A、B和C

30、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相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為輸出脈沖禁止端，該端用來在故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出，高電平有效。引腳4為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787輸出脈沖的移相范圍。引腳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相晶閘管；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18所示，反組的與正組相同。圖18 正組觸發(fā)電路原理圖四

31、、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析（分析試驗(yàn)過程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結(jié)果的原因和處理方法）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程： 設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于圖19。圖19 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個階段。 第I階段-電流上升的階段 突加給定電壓后，上升，當(dāng)小于負(fù)載電流時，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。 當(dāng) 后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)

32、速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 ，強(qiáng)迫電流 迅速上升直到， 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第II階段-恒流升速階段 在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電機(jī)的反電動勢E 也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。 當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須

33、維持一定的恒值，也就是說，應(yīng)略低于，恒流升速階段是起動過程中的主要階段。第III階段-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 ，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， 和很快下降。但是,只要仍大于負(fù)載電流 ,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時,轉(zhuǎn)矩,則，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值(t =時)。 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 盡快地跟隨其給定值,或者說,電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。五、參考文摘（相關(guān)文摘不少于5篇，記錄每篇文獻(xiàn)的作者姓名.文獻(xiàn)名稱.文獻(xiàn)發(fā)行城市：文獻(xiàn)出版社，出