逻辑无环流可逆调速系统.docx

1、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 .12 逻辑无环流直流调速系统参数和缓解特性的测定.32.1电枢回路电阻 R 的测定.32.2主电路电磁时间常数的测定 .42.3电动机电势常数 C e 和转矩常数 C M 的测定 .62.4系统机电时间常数 Tm 的测定 .62.5测速发电机特性 U TGf (n) 的测定 .73 驱动电路的设计 .93.1电流调节器的设计 .93.1.1电流调节器的原理图 .93.1.2电流调节器的参数计算 .103.2速度调节器的设计 .113.2.1速度调节器的原理图 .113.2.2速度调节器的参数计算 .123.3触发电

2、路的设计 .143.3.1系统对触发器的要求 .143.3.2触发电路及其特点 .143.3.3KJ004 的工作原理.154 无环流逻辑控制器 DLC 设计 .185 系统主电路设计 .195.1主电路原理及说明 .195.2保护电路的设计 .19总结 .21参考文献 .22附录 .23II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

3、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

4、，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 U i 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 U i 信号极性和电流“

5、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

6、 U i 经反号器 AR 作为 2ACR 的给定信号 U i ,这样可使电流反馈信号 U i 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

7、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 900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

8、，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=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 I 1 ， U 1 ，则此时整流装置的理想空载电压为U do I 1 R U 1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U doI1R U2求解两式，可得电枢回路总电阻R (U2U1) /(I1 I 2)如把电机的电枢两端短接，重复上述实验，可得RL Rn (U 2U1)

9、/(I 1I2)则电机的电枢电阻为Ra R ( RL Rn )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 2.1 150表 2.1 电枢回路总电阻测试U / V7962I / A0.440.88据公式 R(U 2U1) /(I1I2)得， R(7962) /(0.88 0.44)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 /V8291I / A0.880.44据公式 RLRnU2U 1I 1I 2得，Ln(91 82) /(0.880.44)20.45()/( )RR表

10、2.3 整流装置的内阻Rn与电枢电阻 Ra 之和测试U / V7185I / A0.880.44据公式 RaRn() /( )得， Ra Rn(85 71) /(0.880.44)31.82U2U 1I 1I 2所以可得：电枢回路总电阻 R38.64整流装置的内阻 Rn13.63电枢电阻 Ra18.19平波电抗器的直流电阻 RL 6.822.2 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id Id (1 e t /Td )其电流变化曲线如图2.1 所示。当 t =Td 时，有idd(1 e1)dI

11、0.6 3 I2MCL-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 (5090) 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 Td5.2ms三相桥式整流电路u2=0.693220取 L=0.80HL=0.693796.74mHI

12、 d m in31.1 0.1Tl = L = 0.80 =0.02sR 38.642.3 电动机电势常数 C e 和转矩常数 C M 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 CeCe K e (U d 2 U d1 ) /(n2 n1 )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C M 9.55Ce由实验测得两组数据表 2.4 电动机电势常数 C e 的测定Ud/V177147n/(rad/s)12001000由公式 C eK e(U d 2 U d1 ) /(n2n1 ) 得，C

13、 eK e(177147) /(1200 1000)0.15V /(r / min)C M9.550.151.43N .m / A2.4 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 (GD2MR) / 375C e L由于 TmTd ，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即n K /(1 TmS) 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

14、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 U TG f (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 K sU d 。实U C验结果如表 2.5表 2.5测速发电机特性 U

15、 TGf (n) 的测定n（ r/min ）10001100120013001400Uct （V）6.897.638.308.999.687沈阳理工大学课程设计UCT (V)1.071 201.361.551.76Ud(V)152.50166.51180.28194.83209.34分析可知取 Ks 208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=24.35 ；时间常数： Td=21m

16、s，Tm=49ms；电流反馈系数：10V / 1.5I N6.06V / A转速反馈系数：10V10 Vmin/rVmin/rN n16000.0063设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量 i 5% ；设计转速调节器，要求转速超调量 n 10%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（ 12）Toi=

17、3.33ms，因此取 Toi=2ms=0.002s。3）电流环小时间常数之和 T i 。按小时间常数近似处理，取 T i Ts Toi 0.0037 s2 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：W ACR ( s)K i( i s1)i s检查对电流电压的抗扰性能：Td0.0215.68 ，参照附录表1 的典型型系统动态T i0.0037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：iTd 0.021s 。电流环开环增益：要求i5% 时，按照附录表

18、2，应取 K I T i0.5 ，因此K I0.5135.1s 10.0037于是， ACR 的比例系数为K IK Ii R135.1 0.02124.35K S206.060.604.校验近似条件电流环截止频率： wci K I135.1s 1 晶闸管整流装置传递函数的近似条件11196.1s 1wci3Ts3 0.0017s满足近似条件。 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313193.52s 1wciTmTd0.0210.049满足近似条件。 电流环小时间常数近似处理条件1111180.8s 1wci3TsToi30.00170.002s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 R0 40 k ，各电阻和电容值为图 3.2 PI 型电流调节器KiRi1R0RCiTo iR0C o iii4RiK i R00.6040k24k，取 24kC ii0.0213 F0.88F ,取 0.90 FRi24 104Toi40.002F0.2106F0.2F ,取0.2 FC oi40103R0按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标