邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究——保護(hù)電路

1、摘 要在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)最基本的要素就是能改變旋轉(zhuǎn)方向。而要改變電動(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。所謂邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)就是在一組晶閘管工作時(shí)，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(shí)現(xiàn)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速，還能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。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(méi)有直流平均環(huán)流，又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)，無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)省去了環(huán)流電抗器，沒(méi)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大為降低。因此，邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)中被廣泛運(yùn)用。關(guān)鍵

2、詞：邏輯無(wú)環(huán)流；可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；DLC；保護(hù)電路；觸發(fā)電路。目錄1 緒論21.1 無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介21.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)42系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)53 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)63.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)63.2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)74 DLC設(shè)計(jì)85觸發(fā)電路設(shè)計(jì)96保護(hù)電路設(shè)計(jì)116.1 過(guò)電流保護(hù)116.2過(guò)電壓保護(hù)13總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄一17附錄二221 緒論1.1 無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速的啟動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆調(diào)速系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)問(wèn)題，但是，如果兩

3、組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱做環(huán)流。這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。換流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)過(guò)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(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流原理的不同而分為兩大類：邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少，邏輯無(wú)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)，當(dāng)

4、一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路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)，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(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)，組成邏輯無(wú)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(jiàn)，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)。同時(shí)還要考慮什么時(shí)候封鎖原來(lái)工作橋的問(wèn)題，這要看工作橋又沒(méi)有電流存在，有電流時(shí)不應(yīng)封鎖，否則，開(kāi)放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路?？梢?jiàn)，只要用信號(hào)極性和電流“有”、“

5、無(wú)”信號(hào)可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋，開(kāi)放哪一組橋?；谶@種邏輯判斷電路的“指揮”下工作的可逆系統(tǒng)稱邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。 下圖為邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖。 圖1-1 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)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(wú)環(huán)流邏輯控制器HX推裝置TA交流互感器TG測(cè)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(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(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(wú)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

6、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PLC來(lái)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?，并且要能方便的改變觸發(fā)脈沖的相位，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓的目的，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。保護(hù)電路有瞬時(shí)過(guò)壓抑制，過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)，當(dāng)過(guò)壓或過(guò)流時(shí)封鎖觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)邏輯無(wú)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(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)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(lái)工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來(lái)封

7、鎖著的一組橋立即開(kāi)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(kāi)放同時(shí)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(kāi)通，出現(xiàn)兩組橋同時(shí)導(dǎo)通的情況，因沒(méi)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?，使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開(kāi)通原來(lái)封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。3 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)圖3-1 電流調(diào)節(jié)器3.2速度調(diào)節(jié)器的

8、設(shè)計(jì)圖3-3 速度調(diào)節(jié)器4 DLC設(shè)計(jì)無(wú)環(huán)流邏輯控制器的任務(wù)是在正組晶閘管工作時(shí)，則封鎖反組晶閘管，在反組晶閘管工作時(shí)，則封鎖正組晶閘管。采用數(shù)字邏輯電路，使其輸出信號(hào)以0 和1 的數(shù)字信號(hào)形式來(lái)執(zhí)行封鎖與開(kāi)放的作用，為了確保正反組不會(huì)同時(shí)開(kāi)放，應(yīng)使兩者不能同時(shí)為1。系統(tǒng)在反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)應(yīng)該開(kāi)放反組晶閘管，封鎖正組晶閘管，在這兩種情況下都要開(kāi)放反組，封鎖正組。從電動(dòng)機(jī)來(lái)看反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)的共同特征是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。上述特征可以由ASR 輸出的電流給定信號(hào)來(lái)體現(xiàn)。DLC 應(yīng)該先鑒別電流給定信號(hào)的極性，將其作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個(gè)給定信號(hào)。僅用電流給定信號(hào)去控制DLC 還是不夠，因?yàn)槠錁O性的變

9、化只是邏輯切換的必要條件。只有在實(shí)際電流降到零時(shí)，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(cè)信號(hào)這兩個(gè)前提同時(shí)具備時(shí)，并經(jīng)過(guò)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(guò)封鎖時(shí)時(shí)間Tdb1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過(guò)開(kāi)放延時(shí)時(shí)間Tdt后才能開(kāi)放另一組脈沖。通常Tdb1=3ms，Tdt=7ms。在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個(gè)輸出信號(hào)之間必須有互相連鎖的保護(hù)，決不允許出現(xiàn)兩組脈沖同時(shí)開(kāi)放的狀態(tài)。圖4.1 無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC5觸發(fā)電路設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)觸發(fā)器的上述要求，選用同步信號(hào)為正弦波的晶體管觸發(fā)電路。原理線路見(jiàn)圖4-12，這種線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，

10、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(lái)說(shuō)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)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能沒(méi)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

11、，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°。圖5.1 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路原理圖觸發(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。脈沖波形如圖4-3所示。觸發(fā)器還設(shè)計(jì)有和保護(hù)，保證系統(tǒng)逆變時(shí)可靠工作，不致逆變顛覆，取，由于采用邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)，不要求，取。 觸發(fā)器共有五部分組成：脈沖形成和放大環(huán)節(jié)，脈沖移相環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)，雙脈沖環(huán)節(jié)和強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。脈沖移相

12、環(huán)節(jié) 當(dāng)管從導(dǎo)通到截止（即管由截止到導(dǎo)通）的瞬間產(chǎn)生脈沖。把一個(gè)直流控制信號(hào)電壓和一個(gè)交流正弦波同步電壓同時(shí)輸入到管的基極點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，點(diǎn)電位完全由決定，為負(fù)半波時(shí)，點(diǎn)電位小于0，導(dǎo)通，為正半波時(shí)，點(diǎn)電位大于0，截止。由負(fù)變正的瞬間就是輸出脈沖的瞬間。 圖5-2 脈沖波形圖一般當(dāng)然希望在控制電壓時(shí)整流電壓輸出為0，對(duì)三相整流電路電感性負(fù)載或電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，則整流電壓。這就要求時(shí)的脈沖相位應(yīng)對(duì)應(yīng)于主回路的位置，也就要求同步電壓的正弦波由負(fù)半波到正半波的過(guò)0點(diǎn)在處，在 位于0的瞬時(shí)是在瞬時(shí)值為負(fù)值時(shí)出現(xiàn)，因此的線圖中反而畫到橫坐標(biāo)下面了，這時(shí)脈沖相位相對(duì)于時(shí)是前移了，即，整流電路工作在整流狀態(tài)。

13、反之，脈沖就后移，即，整流電路工作在逆變狀態(tài)。這種把同步電壓相位固定，而利用交直流疊加進(jìn)行移相控制的方法，稱為正弦波移相的“垂直控制”，實(shí)質(zhì)上它就是使，當(dāng)由正的最大值到負(fù)的最大值之間變化時(shí)，與得到不同的交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)的相位理論上說(shuō)可以有180°的變化，也就是脈沖信號(hào)可以在0180°范圍內(nèi)移相。在實(shí)際工作中，當(dāng)較大時(shí)，與正弦同步電壓相交在正弦波的峰值附近，正弦電壓變化較慢，的開(kāi)關(guān)過(guò)程不干脆，的導(dǎo)通過(guò)程也較慢，為此，由的集電極到的基極接上一個(gè)180K電阻形成正反饋，使剛開(kāi)始導(dǎo)通就加速的截止，也就反過(guò)來(lái)加速了的導(dǎo)通，這樣輸出脈沖前沿就比較陡。在這里移相信號(hào)就是同步電壓，采用同一個(gè)

14、正弦波。整流裝置為防止脈沖丟失引起工作不正常，要求有限制。對(duì)可逆?zhèn)鲃?dòng)，整流裝置需要工作在逆變狀態(tài)，為防止逆變顛覆還要求有限制。本系統(tǒng)采用無(wú)環(huán)流控制系統(tǒng)，不要求的配合控制，故取，。的限制在圖4-12所示的觸發(fā)電路中是采用在同步電壓正弦波上疊加安全正弦波的措施實(shí)現(xiàn)的。從同步變壓器的另外兩個(gè)繞組上取兩個(gè)電壓，其中一個(gè)經(jīng)R-Cl濾波通過(guò)二極管取其負(fù)半波作為限制，記作，另一個(gè)電壓經(jīng)R-C浸波通過(guò)二極管取其正半波作為限制，記作，如圖4-5所示圖5-3、的波形圖6保護(hù)電路設(shè)計(jì)6.1 過(guò)電流保護(hù)由于過(guò)載、直流側(cè)短路、逆變失敗、環(huán)流和交流側(cè)短路等原因會(huì)引起系統(tǒng)過(guò)流而損壞可控硅。系統(tǒng)采用了三種過(guò)流保護(hù)措施： 電流

15、調(diào)節(jié)器限流，電流整定值為250A， 過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)，整定值為350A， 快速熔斷器；對(duì)直流回路和每個(gè)可控硅元件設(shè)快速熔斷作最后一道過(guò)流保護(hù)。它可以在沖擊電流很大，沖擊時(shí)間又很短的情況下保護(hù)設(shè)備不受損壞，從而使系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、操作方便圖6.1電流檢測(cè)裝置過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)的電路如圖 4-20所示。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，電流檢測(cè)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(guò)350A 時(shí)，電流檢測(cè)裝置輸出大于14V，穩(wěn)壓管DW被雪崩擊穿，BG1導(dǎo)通，BG2截止，B

16、G3導(dǎo)通，發(fā)射極輸出高電位+15V，同時(shí)封鎖正反兩組觸發(fā)器的脈沖。當(dāng)BG1導(dǎo)通時(shí)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(kāi)，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6.2過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)6.2過(guò)電壓保護(hù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的過(guò)電壓保護(hù)包括輸入過(guò)電壓保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)。開(kāi)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(guò)高,使開(kāi)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(guò)電壓保護(hù)電路。用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路如圖3所示。 圖6.3 輸入過(guò)電壓保護(hù) 在該電路

17、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(shí)，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻R，使晶體管V導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，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(guò)電壓保護(hù)結(jié)合在一起,構(gòu)成極性保護(hù)鑒別與過(guò)電壓保護(hù)電路。 輸出過(guò)電壓保護(hù)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對(duì)輸出為5V的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō),它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時(shí),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的開(kāi)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(shí)造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。最簡(jiǎn)單的過(guò)電壓保電路如圖4所示。 圖6.4 簡(jiǎn)單的輸出過(guò)電壓保護(hù) 當(dāng)輸

18、出電壓過(guò)高時(shí),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(guò)電流,通過(guò)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(shí)間相當(dāng)于晶閘管的開(kāi)通時(shí)間，約為510s。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動(dòng)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(hào)相同但過(guò)電壓起動(dòng)值卻各不相同，給調(diào)試帶來(lái)了困難。圖6.5是改后的電路。其中R1、R2是取樣電路，Vz是基準(zhǔn)電壓。 圖6.5 輸出過(guò)電壓保護(hù) 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)/R1 ，來(lái)確定，UBE1為V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓降。本電路的動(dòng)作電壓可變，并且動(dòng)作

19、點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)穩(wěn)壓管為7V時(shí)，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(duì)于輸出為55.5V的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)，其常用的動(dòng)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(chǎng)合保護(hù)電路還會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。采用集成電路電壓比較器來(lái)檢測(cè)開(kāi)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(guò)電壓保護(hù)電路，總結(jié)我們將課程設(shè)計(jì)分為主電路設(shè)計(jì)，觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，保護(hù)電路設(shè)計(jì)，及DLC設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。主電路設(shè)計(jì)部分主要是設(shè)計(jì)了主電路，選擇主電路參數(shù)，觸發(fā)

20、電路部分是利用數(shù)字集成電路進(jìn)行觸發(fā)器設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器部分分為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，保護(hù)電路部分分為過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。本次課程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)均是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，所以比較可靠，我們也按要求完成了課程設(shè)計(jì)的各部分內(nèi)容。 參考文獻(xiàn)<1> 陳伯時(shí)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2003.7<2> 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2007.7<3> 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ),北京,高等教育出版社,2006.01<4> 付文.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.<5> 楊松才.電力拖動(dòng)

21、自動(dòng)控制系統(tǒng)圖集附錄一 參數(shù)設(shè)置（晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定實(shí)驗(yàn)）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電力電子及電氣傳動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及布線情況。2熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。3掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)定方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻R2測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù)Td3測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM4測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM5測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f (Uct)6測(cè)定測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f (n)三實(shí)驗(yàn)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(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。本實(shí)驗(yàn)中

22、，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(shí)驗(yàn)要求。四實(shí)驗(yàn)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(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)（或光電編碼器）5MEL03三相可調(diào)電阻器6雙蹤示波器7萬(wàn)用表8直流電動(dòng)機(jī)M03、直流發(fā)電機(jī)MO1 五注意事項(xiàng)1由于實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動(dòng)，可取平均讀數(shù)。2為防止電樞過(guò)大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動(dòng)電動(dòng)機(jī)前給定電位器應(yīng)調(diào)回零位，以防過(guò)流。3電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，大電流測(cè)量的時(shí)間要短，以防

23、電機(jī)過(guò)熱。六實(shí)驗(yàn)方法1電樞回路電阻R的測(cè)定電樞回路的總電阻R包括電機(jī)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為測(cè)出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來(lái)測(cè)定電阻，其實(shí)驗(yàn)線路如圖A1所示。圖A1.1 電樞回路電阻R的測(cè)定將變阻器RP（可采用兩只900電阻并聯(lián)）接入被測(cè)系統(tǒng)的主電路，并調(diào)節(jié)電阻負(fù)載至最大。測(cè)試時(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)偏移電壓電位器RP2，使a=150°。合上主電路電源開(kāi)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R

24、P使電樞電流分別為（8090）%Inom和40%Inom，在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值I1、I2，U1、U2。表A1.1U(V)7389I(A)0.90.5可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)=40.0W如把電機(jī)電樞兩端短接，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可得表A1.2U(V)92101I(A)0.90.5RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)=22.5W則電機(jī)的電樞電阻為Ra=R-（RL+Rn）=17.5W短接電抗器兩端，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可得電抗器直流電阻RL。表A1.3U(V)7389I(A)0.90.5 RL=R-（Ra+Rn）=40.0W-32.5W=7.5W2主電路電磁時(shí)間常

25、數(shù)的測(cè)定圖A1.2 主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路如圖A2所示。采用電流波形法測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流id按指數(shù)規(guī)律上升 其電流變化曲線如圖2.5所示。當(dāng)t =Td時(shí)，有 MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開(kāi)關(guān)。電機(jī)不加勵(lì)磁。調(diào)節(jié)Uct，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機(jī)電樞電流為(5090)%Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升至63.2%穩(wěn)定值時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。5ms圖A1.3 電流變化曲線由上圖可知Td=0.632×5

26、=3.2ms3電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)定將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使之空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測(cè)得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)=0.12 V/(r/min)表A1.4Ud(V)69159n(r/min)10091013轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時(shí))CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce=1.114系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算 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)，即當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)63.2%穩(wěn)態(tài)值時(shí)，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常

27、數(shù)。測(cè)試時(shí)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(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)M加額定勵(lì)磁。調(diào)節(jié)Uct，將電機(jī)空載起動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開(kāi)主電路開(kāi)關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過(guò)渡過(guò)程曲線，即可由此確定機(jī)電時(shí)間常數(shù)為30.2ms。5測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路如圖2.3所示。電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對(duì)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A1.5n（r/min）21049680011001500UTG

28、（V）1.323.064.936.768.70Uct（V）0.50.841.362.226.82Ud（V）85136188237287圖A1.3 系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)的測(cè)定附錄二系統(tǒng)調(diào)試（邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)）一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解并熟悉邏輯無(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)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)態(tài)特性。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1控制單元調(diào)試2系統(tǒng)調(diào)試3正反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f (Id)的測(cè)定4正反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性n=f (Ug)的測(cè)定5系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的觀察三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成及工作原理邏輯無(wú)環(huán)流

29、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(méi)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(gè)平波電抗器?？刂葡到y(tǒng)主要由速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，反號(hào)器AR，轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT，零電流檢測(cè)器DPZ，無(wú)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等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖A4所示。正向起動(dòng)時(shí)，給定電壓Ug為正電壓，無(wú)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(kāi)通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。減小給定時(shí)，Ug<Un,使Ui 反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而Ublf,U

30、blr不變，當(dāng)主回路電流減小并過(guò)零后，Ublf，Ublr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ublf為“1”態(tài)，Ublr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)速后再切換成正向運(yùn)行；當(dāng)Ug=0時(shí)，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行時(shí)，Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，主電路反組可控整流橋工作。無(wú)環(huán)流邏輯控制器的輸出取決于電機(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)，Ublf為”0”態(tài)，Ublr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(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)脈沖環(huán)流。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏2MCL31組件3MCL33組件4MEL-11掛箱5MEL03三相可調(diào)電阻6電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)、7直流