逻辑无环流可逆调速系统.docx
《逻辑无环流可逆调速系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《逻辑无环流可逆调速系统.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
逻辑无环流可逆调速系统
沈阳理工大学课程设计
1逻辑无环流可逆直流调速系统简介.....................................................................................
1
2逻辑无环流直流调速系统参数和缓解特性的测定.............................................................
3
2.1
电枢回路电阻R的测定
.............................................................................................
3
2.2
主电路电磁时间常数的测定......................................................................................
4
2.3
电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定...............................................................
6
2.4
系统机电时间常数Tm的测定...................................................................................
6
2.5
测速发电机特性UTG
f（n）的测定..........................................................................
7
3驱动电路的设计.....................................................................................................................
9
3.1
电流调节器的设计......................................................................................................
9
3.1.1
电流调节器的原理图.......................................................................................
9
3.1.2
电流调节器的参数计算.................................................................................
10
3.2
速度调节器的设计....................................................................................................
11
3.2.1
速度调节器的原理图.....................................................................................
11
3.2.2
速度调节器的参数计算.................................................................................
12
3.3
触发电路的设计........................................................................................................
14
3.3.1
系统对触发器的要求.....................................................................................
14
3.3.2
触发电路及其特点........................................................................................
14
3.3.3KJ004的工作原理
...........................................................................................
15
4无环流逻辑控制器DLC设计.............................................................................................
18
5系统主电路设计...................................................................................................................
19
5.1
主电路原理及说明....................................................................................................
19
5.2
保护电路的设计........................................................................................................
19
总结..........................................................................................................................................
21
参考文献..................................................................................................................................
22
附录..........................................................................................................................................
23
II
沈阳理工大学课程设计
1逻辑无环流可逆直流调速系统简介
许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统。
采用两组
晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。
这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。
换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除
有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。
因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。
无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：
逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。
而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：
任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能。
至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向。
若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触
发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于Ui信
号。
同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要看工作桥又没有电流存在，有
电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路。
可见，只要用Ui信号极
性和电流“有”、“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥。
基于这种逻辑判
断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。
这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR，一个反号器AR，采用双电流调节器
1ACR和2ACR，双触发装置GTF和GTR结构。
主电路采用两组晶闸管装置反并联线
路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，但是为了保证稳定运行时的电流波形的连
续，仍应保留平波电抗器，控制线路采用典型的转速﹑电流双闭环系统，1ACR用来调
节正组桥电流，其输出控制正组触发装置GTF；2ACR调节反组桥电流，其输出控制反
1
沈阳理工大学课程设计
组触发装置GTR，1ACR的给定信号Ui经反号器AR作为2ACR的给定信号Ui,这样可使电流反馈信号Ui的极性在正﹑反转时都不必改变，从而可采用不反映极性的电流检测器，在逻辑无环流系统中设置的无环流逻辑控制器DLC，这是系统中关键部件。
它按
照系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，或者允许正组触发装置发出触发脉冲而封
锁反组，或者允许反组触发装置发出触发脉冲而封锁正组。
在任何情况下，决不允许两
组晶闸管同时开放，确保主电路没有产生环流的可能。
逻辑无环流可逆调速直流系统主要分为三部分：
主电路和稳压电源，驱动电路，逻
辑无环流控制器。
系统原理图如图1.1。
图1.1逻辑无环流可逆调速系统原理图
ASR——速度调节器
ACR1﹑ACR2——正﹑反组电流调节器
GTF、GTR——正反组整流装置
VF、VR——正反组整流桥
DLC——无环流逻辑控制器
HX——推装置
TA——交流互感器
TG——测速发电机
M——工作台电动机
LB——电流变换器
AR——反号器
GL——过流保护环节
2
沈阳理工大学课程设计
2逻辑无环流直流调速系统参数和缓解特性的测定
2.1电枢回路电阻R的测定
电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流
装置的内阻Rn，即R=Ra+RL+Rn
为测出晶闸管整流装置的电源内阻，可采用福安比较法来测定电阻。
将变压器RP
（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试
时电动机不加励磁，并使电机堵转。
MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
调节偏移电压电位器RP2，
使α=150°。
合上主电路电源开关。
调节Ug使整流装置输出电压Ud=110V，然后调整RP使电枢电流为0.88A，读取电流表A和电压表V的数值为I1，U1，则此时整流装置的理想空载电压为
UdoI1RU1
调节RP，使电流表A的读数为0.44A。
在Ud不变的条件下读取A,V表数值，则
Udo
I1RU2
求解两式，可得电枢回路总电阻
R（U2
U1）/（I1I2）
如把电机的电枢两端短接，重复上述实验，可得
RLRn（U2'
U1'）/（I1'
I2'）
则电机的电枢电阻为
RaR（RLRn）
同样，短接电抗器两端，也可测得电抗器之久电阻RL。
测试结果：
当示波器显示如图2.1时，开始测定参数。
3
沈阳理工大学课程设计
图2.1150
表2.1电枢回路总电阻测试
U/V
79
62
I/A
0.44
0.88
据公式R
（U2
U1）/（I1
I2）得，R
（79
62）/（0.880.44）
38.64
表2.2
平波电抗器的直流电阻
RL与整流装置的内阻Rn之和测试
U'
/V
82
91
I'
/A
0.88
0.44
据公式RL
Rn
U
2
U1
I1
I2
得，
L
n
（9182）/（0.88
0.44）
20.45
（
'
'）/（
'
'）
R
R
表2.3整流装置的内阻
Rn与电枢电阻Ra之和测试
U''
/V
71
85
I''
/A
0.88
0.44
据公式Ra
Rn
（
''
''）/（
''
''）
得，RaRn
（8571）/（0.88
0.44）
31.82
U
2
U1
I1
I2
所以可得：
电枢回路总电阻R≈38.64Ω
整流装置的内阻Rn≈13.63Ω
电枢电阻Ra≈18.19Ω
平波电抗器的直流电阻RL≈6.82Ω
2.2主电路电磁时间常数的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td，电枢回路突加给定电压时，电流
4
沈阳理工大学课程设计
id按指数规律上升
idId（1et/Td）
其电流变化曲线如图
2.1所示。
当t=Td时，有
i
d
d
（1e
1
）
d
I
0.63I2
MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
合上主电路电源开关。
电机不加励磁。
调节Uct，监视电流表的读数，使电机电枢电流为（50~90）Inom。
然后保持Uct不
变，突然合上主电路开关，用示波器拍摄id=f（t）的波形，由波形图上测量出当电流上
升至63.2稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。
图2.2电流变化曲线
测定结果如图2.3
图2.3主电路电磁时间常数的测定
5
沈阳理工大学课程设计
由图2.3可知，电磁时间常数Td
5.2ms
三相桥式整流电路
u2
=0.693
220
取L=0.80H
L=0.693
796.74mH
Idmin
3
1.10.1
Tl=L=0.80=0.02s
R38.64
2.3电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定
将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测得相应的n，即可由下
式算出Ce
CeKe（Ud2Ud1）/（n2n1）
Ce的单位为V/（r/min）
转矩常数（额定磁通时）CM的单位为N.m/A，可由Ce求出
CM9.55Ce
由实验测得两组数据
表2.4电动机电势常数Ce的测定
Ud/V
177
147
n/（rad/s）
1200
1000
由公式Ce
Ke
（Ud2Ud1）/（n2
n1）得，
Ce
Ke
（177
147）/（12001000）
0.15V/（r/min）
CM
9.55
0.15
1.43N.m/A
2.4系统机电时间常数Tm的测定
系统的机电时间常数可由下式计算
Tm（GD
2
M
R）/375CeL
由于Tm>>Td，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即
nK/（1TmS）Ud
当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达63.2稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。
测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。
MCL—31的给定电位器RP1逆时针调到底，使Uct=0。
6
沈阳理工大学课程设计
合上主电路电源开关。
电动机M加额定励磁。
调节Uct，将电机空载起动至稳定转速1000r/min。
然后保持Uct不变，断开主电路
开关，待电机完全停止后，突然合上主电路开关，给电枢加电压，用示波器拍摄过渡过
程曲线，即可由此确定机电时间常数。
实测曲线如图2.4所示：
由实验测得：
Tm=37ms
图2.4系统机电时间常数Tm的测定
2.5测速发电机特性UTGf（n）的测定
电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Uct，分别读取对应的UTG，的
数值若干组，即可描绘出特性曲线UTG=f（n）。
晶闸管整流装置放大倍数Ks
Ud。
实
UC
验结果如表2.5
表2.5
测速发电机特性UTG
f（n）的测定
n（r/min）
1000
1100
1200
1300
1400
Uct（V）
6.89
7.63
8.30
8.99
9.68
7
沈阳理工大学课程设计
UCT（V）
1.07
1．20
1.36
1.55
1.76
Ud（V）
152.50
166.51
180.28
194.83
209.34
分析可知
取Ks≈20
8
沈阳理工大学课程设计
3驱动电路的设计
由晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，由第二章测的，基本数据如下：
直流电动机：
220V,185W,1.1A,1600r/min；
晶闸管装置放大系数：
Ks≈20
电枢回路总电阻：
R=24.35Ω；
时间常数：
Td=21ms，Tm=49ms；
电流反馈系数：
10V/1.5IN
6.06V/A
转速反馈系数：
10V
10V
min/
r
V
min/
r
Nn
1600
0.0063
设计要求：
设计电流调节器，要求电流超调量i5%；设计转速调节器，要求转速超
调量n10%
3.1电流调节器的设计
3.1.1电流调节器的原理图
如图3.1
图3.1电流调节器原理图
9
沈阳理工大学课程设计
3.1.2电流调节器的参数计算
1.确定时间常数
1）整流装置滞后常数Ts。
三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。
2）电流滤波时间常数Toi。
三相桥式电路每个波头时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1~2）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。
3）电流环小时间常数之和Ti。
按小时间常数近似处理，取TiTsToi0.0037s
2选择电流调节器结构
根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。
电流环
控制对象是双惯性的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为：
WACR（s）
Ki
（is
1）
is
检查对电流电压的抗扰性能：
Td
0.021
5.68，参照附录表
1的典型Ⅰ型系统动态
Ti
0.0037
抗扰性能，各项指标都是可以接受的。
3.计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：
i
Td0.021s。
电流环开环增益：
要求
i
5%时，按照附录表
2，应取KITi
0.5，因此
KI
0.5
135.1s1
0.0037
于是，ACR的比例系数为
KI
KI
iR
135.10.021
24.35
KS
20
6.06
0.60
4.校验近似条件
电流环截止频率：
wciKI
135.1s1
⑴晶闸管整流装置传递函数的近似条件
1
1
196.1s1
wci
3Ts
30.0017s
满足近似条件。
⑵忽略反电动势变化对电流环动态影像的条件
10
沈阳理工大学课程设计
3
1
3
1
93.52s1
wci
TmTd
0.021
0.049
满足近似条件。
⑶电流环小时间常数近似处理条件
1
1
1
1
180.8s1
wci
3
TsToi
3
0.0017
0.002s
满足近似条件。
5计算调节器电阻和电容
如图3.2，按所用运算放大器取R040k，各电阻和电容值为
图3.2PI型电流调节器
Ki
Ri
1
R0
RCi
Toi
R
0Coi
i
i
4
Ri
KiR0
0.60
40k
24k
，取24k
Ci
i
0.021
3F
0.88
F,取0.90F
Ri
2410
4Toi
4
0.002
F
0.2
10
6
F
0.2
F,取0.2F
Coi
40
103
R0
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标
升级会员 