1、逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究主电路设计1 绪论1.1电力拖动简介随着科学技术的发展，人力劳动被大多数生产机械所代替。 电力拖动及其自 动化得到不断的发展。随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统的要求越来越 高，尤其在其准确性、快速性、经济性、先进性等方面的要求，与日俱增。因此, 需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化可以跟得上技术要求。电力拖动系统由电动机及其供电电源、 传动机构、执行机构、电气控制装置 等四部分组成。电动机及其供电电源是把电能转换成机械能； 传动机构的作用是 把机械能进行传递与分配；执行机构是使机械能完成所需的转变； 电
2、气控制装置 是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用。随着生产的要求不断提高，技术不断更新，拖动系统也随之更新。同时，新 型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展 的发展使电力拖动自动化发生了巨大的变革。1.2直流调速系统直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占 有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快， 但是交流电动机传动控制的基础仍是直流电动机的传动技术。 直流电动机具有良好的起、制动性 能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领 域中得到了广泛的应用。直流电机容易实现各种控制系
3、统，也容易实现对控制目标的“最佳化” ，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟， 而且从控制的角度看，它又是交 流拖动控制系统的基础。因此，掌握直流拖动控制系统可以更好的研究交流拖动 系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置 随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型， 各种系统往往都是 通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。1.3无环流调速系统简介无环流控制的可逆调速系统主电路由两组反并联的晶闸管组成， 当一组晶闸 管工作时，用逻辑电路或逻辑算法去封锁另一组晶闸管的触发脉冲， 使它完全处 于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工
4、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。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， 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
5、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“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。2系统总体参数2.1系统已知参数及设计指标设计一个逻辑无环流直流可逆调速系统，基本技术数据如下:2.1.1已知参数1、 拖动设备：直流电动机： P
6、=185W U =22V I =1.1AN NNn =16O0/m inN，过载倍数怎=1.5。2、 负载：直流发电机： P =100W U =220/ I =0.5A n= 1 500 /mi nNN N N3、 机组：转动惯量GD 2 = 0.065 Nm 22.1.2设计指标1、 D =4,稳态时无静差。2、 稳态转速n=1200r/min,负载电流0.8A。3、 电流超调量Ci 0时，UT=1,当Ui*0时,UT=0;(2) 零电流检测。当有电流Ui不为零时，UI=0;当电流为零时，UI不为 零;2、 逻辑判断电路由转速电流闭环控制系统模型主要参数可以得到逻辑控制器输入和输出的逻辑关系
7、表达式为(用与非门实现)：UF =UR(UT.UI)UR =UF (UTUI )UI 逻辑判断由与非门YF1YF4组成，其输入为转矩极性和零电流信号 UT, UI; 输出为逻辑切换信号UF, UR3、 延时电路逻辑判断电路发出切换指令后还不能立即改变整流器工作状态， 因为在检测电流为零时，电枢电流还不一定真正到零，必须延时3ms左右以保证电流真正为 零后，才能发出指令使导通的整流器截止， 并且为了确保截止的整流器能恢复阻 断状态，需开放的整流器也需要延迟一段时间再开放， 即开放延时，一般开放延时取7ms左右。关断延时和开放延时由逻辑控制器中的延时电路产生。 由于延时发生在逻辑判断电路输出UF和
8、UR从“0”变“1”时的上升沿，而信号的下降沿 不需要延时。4、 联锁保护为了保护正反两组整流器不会发生同时开放，逻辑控制器中由与非门 YF5YF7组成了联锁保护电路，YF5和YF6采用与非门是因为输出Ublf和Ublr 的电平与触发单元Block端的电平要求一致。在 UF和UR同时为“ 1”时，两组 整流器都关断，避免发生整流器短路故障。5、 DLC的逻辑真值表UTUIUblfUblr111010100010010100011001表3.2逻辑控制器真值3.5电流调节器设计3.5.1调节器基本思路1、 先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的稳态精度。2、 在选择调节器的参数，以
9、满足动态性能指标的要求。将控制对象校正成为典型系统。系统设计的一般原则：“先内环后外环”如 下图所示： 输出控制对象 输入 调节器系统校正输入 * 典型系统 输出图3.4调节器设计的基本思路电流超调量S i 5%，电流环按典型I型系统设计电流环的控制对象是双惯 性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超 调，以保证电流在动态过程中不超过允许值， 而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，电流环应以跟随性能为主。图3.5 PI型电流调速
10、器整流装置滞后时间常数Ts为三相桥式电路平均失控时间 Ts = 0.0017s三相 桥式电路每个波头的时间是3.33ms,为了基本滤平波头应有（12）Toi = 3.33s。 则电流滤波时间常数Toi=0.002s按小时间常数近似处理：电流小时间常数T T =Ts Toi = 0.0037 s. 。根据设计要求G 一5%，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型的，因此可用 PI型电流调节器，其传递函数为：Wacr （卄 S电流调节器超前时间常数:.i 二 T二 0 .0062 s取电流反馈系数:匕二厶 5 3.0V . AIdbi 1.5 汉 1.1电流环开环增益：取K|Tq=0.5，因此0.5 0.5K i 135 .14sTg 0.0037 s于是，ACR的比例系数为:K“R 135 .14 x 0.0062 X52.5Q = 0.3666KsP 40x3.03.5.2计算调节器电阻和电容按所用
