邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 電氣專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、引 言電氣傳動(dòng)又稱電力拖動(dòng)，是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱。它是為了合理地使用電動(dòng)機(jī)，通過對電動(dòng)機(jī)的控制，使被拖動(dòng)的機(jī)械按照某種預(yù)定的要求運(yùn)行。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，用以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)、停止、速度調(diào)節(jié)以及各種生產(chǎn)工藝過程的要求。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、控制裝置以及被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所組成。其主要特點(diǎn)是功率范圍極大，單個(gè)設(shè)備的功率可從幾毫瓦到幾百兆瓦；調(diào)速范圍極寬，轉(zhuǎn)速從每分鐘幾轉(zhuǎn)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，在無變速機(jī)構(gòu)的情況下調(diào)速范圍可達(dá)1：10000；適用范圍極廣，可適用于任何工作環(huán)境與各種各樣的負(fù)載。電氣傳動(dòng)與國民經(jīng)濟(jì)、人民生活有著密切的聯(lián)系并起著重要的作用，廣泛用于

2、冶金、機(jī)械、機(jī)械、輕工、礦山、港口、石化、航空航天等各個(gè)行業(yè)以及日常生活之中。它既有軋鋼機(jī)、起重機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、精密機(jī)床等大型調(diào)速系統(tǒng)，也有空調(diào)機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)等小容量調(diào)速系統(tǒng)、據(jù)統(tǒng)計(jì)，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的用電量占我國總發(fā)電量的60以上，市場前景廣闊。因此電氣傳動(dòng)是國民經(jīng)濟(jì)中充滿活力的根底技術(shù)和高新技術(shù)，它的開展和進(jìn)步已成為更經(jīng)濟(jì)地使用材料、能源、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的合理手段；稱為促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)不斷開展的重要因素；稱為國家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。正確使用電氣傳動(dòng)系統(tǒng)并使之進(jìn)一步向前開展，對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，它被廣泛地應(yīng)用于一般生產(chǎn)機(jī)械需要?jiǎng)恿?/p>

3、的場合，也被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械等需要高性能電氣傳動(dòng)的設(shè)備中，用以控制位置、速度、加速度、壓力、張力和轉(zhuǎn)矩等。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。由于半導(dǎo)體技術(shù)在電力電子學(xué)和模擬及數(shù)字電子學(xué)方面的迅速開展，促使了電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的日新月異。在世界各國的工業(yè)部門中，至今還廣泛地應(yīng)用著直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。直流拖動(dòng)的突出優(yōu)點(diǎn)在于：容易控制，能在很寬的范圍內(nèi)平滑而準(zhǔn)確的調(diào)速，以及快速響應(yīng)等。在一定時(shí)期以內(nèi)，直流拖動(dòng)系統(tǒng)仍將具有強(qiáng)大的生命力。晶閘管使直流電力拖動(dòng)的調(diào)速技術(shù)發(fā)生巨大變化。相對于原有的直流發(fā)電機(jī)組對直流電動(dòng)機(jī)供電的直流

4、拖動(dòng)系統(tǒng)，采用晶閘管靜止變流器供電的系統(tǒng)具有體積小無噪聲效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。在60年代和70年代，直流拖動(dòng)到達(dá)全盛時(shí)期。目前，晶閘管控制的直流拖動(dòng)普遍地應(yīng)用于軋機(jī)拖動(dòng)紡織機(jī)械造紙機(jī)械和電力機(jī)車等場合。用晶閘管變流器控制的他勵(lì)直流拖動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，至今仍是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的拖動(dòng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)假設(shè)采用電樞電壓控制，可以得到低于基速的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。假設(shè)采用削弱磁場控制，可以得到高于基速的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可以通過晶閘管的串聯(lián)和并聯(lián)，來到達(dá)高電壓和大電流。采用電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，一方面可以把人們從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來，自動(dòng)地把電能變換成所需要地機(jī)械能，另一方面也可以把人們從信息處理地繁雜的事務(wù)工作中解脫出來。

5、因此，應(yīng)用電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：首先是改善生產(chǎn)過程中的工作條件、節(jié)約勞動(dòng)力和減少原材料和能源的消耗；其次是提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率、可靠性平安性及其壽命，減少故障率和重大故障的可能性；最后對于某些因生產(chǎn)工藝和環(huán)境條件等原因造成的不能或不宜由人進(jìn)行控制的場合，可以實(shí)現(xiàn)過程控制等方式。直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要完成開環(huán)調(diào)速、單閉環(huán)調(diào)速和雙閉環(huán)調(diào)速等過程，需要觀察比擬多的測點(diǎn)，而且需要計(jì)算的參數(shù)較多，所以在設(shè)計(jì)過程中使用了MATLAB中的Simulink工具箱來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，由于它可以構(gòu)建被控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，直接觀察各觀測點(diǎn)的波形，因此調(diào)速系統(tǒng)性能的完善可以通過反復(fù)修改動(dòng)態(tài)模型來完成，而

6、不必對實(shí)物進(jìn)行拆裝和調(diào)試。MATLAB中的建立模型、仿真工具Simulink具有模塊組合方便、直觀性能分析等優(yōu)點(diǎn)，可以縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，也給教學(xué)環(huán)節(jié)提供了試驗(yàn)的平臺(tái)。本次設(shè)計(jì)首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定調(diào)速方案和主電路的結(jié)構(gòu)型式，主電路和閉環(huán)系統(tǒng)一旦確定以后，重在對電路元件的參數(shù)計(jì)算和器件的選擇，包括整流元件、整流變壓器、平波電抗器、控制單元的和保護(hù)電路，以及對電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算。然后對抗擾問題進(jìn)行分析，針對不同的干擾給出具體的抗擾措施。最后對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真和研究。第一章 緒論1.1 電力拖動(dòng)的根本概述現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)。隨著生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)

7、的開展，電力拖動(dòng)及其自動(dòng)化得到不斷的開展。電力拖動(dòng)系統(tǒng)為電氣與機(jī)械綜合的系統(tǒng)。它由電動(dòng)機(jī)及其供電電源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制裝置四局部組成。電動(dòng)機(jī)及其供電電源的作用是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成所需要的運(yùn)動(dòng)形式并進(jìn)行傳遞與分配；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是完成生產(chǎn)工藝任務(wù)的；電氣控制裝置是控制系統(tǒng)按著生產(chǎn)工藝的要求來動(dòng)作，并對系統(tǒng)起保護(hù)作用或進(jìn)行更高層次的自動(dòng)化控制。隨著生產(chǎn)的開展，生產(chǎn)工藝對電力拖動(dòng)系統(tǒng)在準(zhǔn)確性、快速性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等方面提出愈來愈高的要求，因此，需要不斷地改良和完善電氣控制設(shè)備，使電力拖動(dòng)自動(dòng)化得到不斷的開展。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的開展，亦按著從低級(jí)到高級(jí)、從簡單到復(fù)雜

8、的一般規(guī)律，從最初的成組拖動(dòng)，經(jīng)過單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以至開展為現(xiàn)代電力拖動(dòng)的解百納形式多電機(jī)拖動(dòng)。電力拖動(dòng)自動(dòng)化在新型電機(jī)、大功率半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代控制理論開展的推動(dòng)下，發(fā)生了巨大的變革。由單機(jī)自動(dòng)化本身高層次的開展，擴(kuò)展到生產(chǎn)過程與管理的自動(dòng)化。電力拖動(dòng)自動(dòng)化的開展，為工業(yè)開展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步翻開了更廣闊的前景。1.2 直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)開展概況長期以來，直流電機(jī)由于其良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，在電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位，雖然近年來交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)開展很快，但就反應(yīng)閉環(huán)控制的機(jī)理來說，直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)與控制理論和實(shí)現(xiàn)都是交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制的根底，從根本上說，

9、由于直流電動(dòng)機(jī)電樞和磁場能獨(dú)立進(jìn)行鼓勵(lì)，而且轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的描述是對可控電壓或電流鼓勵(lì)的線性函數(shù)，因此，容易實(shí)現(xiàn)各種直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，也容易實(shí)現(xiàn)對控制目標(biāo)的“最正確化，這也是直流機(jī)長期主導(dǎo)傳動(dòng)領(lǐng)域的原因。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)法杖很快，交流調(diào)速系統(tǒng)正逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。然而，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實(shí)踐上都比擬成熟，而且從控制的角度看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的根底。因此，還是應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)有

10、調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最根本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。1.3 無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡介許多生產(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)問題，但是，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(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)流對負(fù)載無益，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

11、或消除有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(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)工藝過程對系統(tǒng)過度特性的平滑性要求不高時(shí)，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)現(xiàn)無環(huán)流原理的不同而分為兩大類：邏輯無環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少，邏輯無環(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)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環(huán)流可逆系統(tǒng)，組成邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是：任何

12、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。假設(shè)需正向電動(dòng)，應(yīng)觸發(fā)正組橋；假設(shè)需反向電動(dòng)，就應(yīng)觸發(fā)反組橋，可見，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)候封鎖原來工作橋的問題，這要看工作橋又沒有電流存在，有電流時(shí)不應(yīng)封鎖，否那么，開放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路?？梢?，只要用信號(hào)極性和電流“有、“無信號(hào)可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋，開放哪一組橋?；谶@種邏輯判斷電路的“指揮下工作的可逆系統(tǒng)稱邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。1.4 控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真是指以計(jì)算機(jī)為主要工具，運(yùn)行真實(shí)系統(tǒng)或預(yù)研系統(tǒng)

13、的仿真模型。計(jì)算機(jī)仿真通過對計(jì)算機(jī)輸出信息的分析與研究，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和演化規(guī)律的綜合與預(yù)測。它是分析評價(jià)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)計(jì)優(yōu)化未來系統(tǒng)性能與功能的一種技術(shù)手段，在工程設(shè)計(jì)、航空航天、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)管理、生態(tài)環(huán)境、通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)集成等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真根本內(nèi)容包括系統(tǒng)建模、仿真算法、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果顯示、分析與驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。隨著計(jì)算機(jī)仿真與技術(shù)的開展，目前各個(gè)科學(xué)與工程領(lǐng)域均已開展了仿真技術(shù)的研究。系統(tǒng)系統(tǒng)仿真技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為是一種新的試驗(yàn)手段，在科學(xué)與工程領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。MATLAB語言是當(dāng)前國際上自動(dòng)控制領(lǐng)域的首選計(jì)算機(jī)語言。MATLAB中的S

14、imulink提供的面向框圖的仿真即概念性仿真功能，使得用戶能容易地建立復(fù)雜系統(tǒng)模型，準(zhǔn)確地對其進(jìn)行仿真分析。Simulink的概念性仿真模塊允許用戶在一個(gè)框架下對含有控制環(huán)節(jié)、機(jī)械環(huán)節(jié)和電子電機(jī)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，這是目前其他計(jì)算機(jī)語言無法做到的。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的關(guān)鍵元件。本設(shè)計(jì)中工藝要求：調(diào)速范圍D=10，靜差率小于±5%，動(dòng)態(tài)速降小于±10%；工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)為一臺(tái)容量為60 千瓦的直流電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：，他激，。2.1 系統(tǒng)組成方案選擇 供電方案60千瓦工作臺(tái)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用可控硅整流裝置直接

15、供電的系統(tǒng)，考慮到對電網(wǎng)三相電壓的平衡和整流電壓脈動(dòng)小，決定采用三相可控整流電路。常用的三相整流電路有兩種，即三相0式整流電路和三相橋式整流電路，三相0式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是簡單，用的可控硅元件少，觸發(fā)器也少，對220伏電動(dòng)機(jī)整流裝置可直接接380伏電網(wǎng)而不需要另設(shè)整流變壓器。但缺點(diǎn)是要求可控硅元件耐壓高。整流電壓脈動(dòng)率大，需要平波電抗器大。電源變壓器副邊電流有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。三相橋式整流電路的特點(diǎn)是：當(dāng)要求最大整流輸出電壓相同時(shí)，電源相電壓可較三相0式整流電路小一半，因此顯著減輕了對變壓器和可控硅的耐壓要求；變壓器副邊繞組中電流沒有直流分量，同時(shí)變壓器每相在兩個(gè)半波內(nèi)均導(dǎo)電，因此利用

16、率較高；輸出整流電壓脈動(dòng)率小，所以平波電抗器就可以小一些。鑒于以上比擬，并考慮到本臺(tái)裝置為探討省掉平波電抗器進(jìn)一步簡化可控硅傳動(dòng)裝置的可能性，不致由于整流電壓脈動(dòng)率大因而嚴(yán)重影響直流電動(dòng)機(jī)的換向等，故決定采用三相橋式整流電路，針對現(xiàn)用的220伏直流電動(dòng)機(jī)采用一臺(tái)整流變壓器，由于變壓器的隔離作用，也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。鑒于三相半控橋通常用于不可逆拖動(dòng)系統(tǒng)中，故本拖動(dòng)系統(tǒng)采用三相全控橋整流供電方案。 調(diào)速方案調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U、改變電樞回路電阻R和減弱勵(lì)磁磁通。對于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，其主要特點(diǎn)是：在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)

17、均有較大的硬度，此種方法的調(diào)速范圍較寬，如采用各種反應(yīng)或轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)幾百至幾千。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的弱磁升速。因此，本次設(shè)計(jì)采用的調(diào)速方案是調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。 可逆方案根據(jù)工藝要求，工作臺(tái)能頻繁正反轉(zhuǎn)以提高生產(chǎn)率，故采用電樞可逆方案，該方案控制方法簡單，調(diào)節(jié)過程迅速。在空載或負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)也能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，使電機(jī)能平滑地起動(dòng)和工作在四個(gè)象限，能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，而且控制功率較小。圖2-1 三相橋式反并聯(lián)可逆線路 控制方案 系統(tǒng)對調(diào)速系統(tǒng)提出的主要要求是：在要求的調(diào)速范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載擾動(dòng)時(shí)

18、，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)速度波動(dòng)值不能太大，以保證調(diào)速系統(tǒng)的要求。靜差率要求小于5%，動(dòng)態(tài)速降小于10%。要求系統(tǒng)有較強(qiáng)的抵抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)因而影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的能力。要求系統(tǒng)起制、動(dòng)過程較快。假設(shè)系統(tǒng)采用開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)靜態(tài)速度降為：式中 電動(dòng)機(jī)額定電流，=305；主回路總電阻，；平波電抗器電阻，；電動(dòng)機(jī)電樞電阻，；整流裝置內(nèi)阻，；電動(dòng)機(jī)電勢系數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為時(shí)系統(tǒng)的靜差率由此可見，開環(huán)系統(tǒng)最高速時(shí)靜差率已達(dá)，：調(diào)速至最低時(shí)靜差率就更大了，滿足不了的要求，必須用反應(yīng)控制減小靜態(tài)速降。決定采用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)，而且工作臺(tái)拖動(dòng)系統(tǒng)還要求起制動(dòng)過程快，這也就要求在起制動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)始終保持維持過載

19、能力所允許的最大電流，那么電動(dòng)機(jī)既不會(huì)因過流而損壞，又能產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩使過渡過程時(shí)間最短，為此必須采用電流負(fù)反應(yīng)。根據(jù)以上分析，控制系統(tǒng)采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度。電流負(fù)反應(yīng)環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。2.2 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖2-2 邏輯無環(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無環(huán)流邏輯控制器HX推裝置TA交流互感器TG測速發(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過流保護(hù)環(huán)節(jié)這種邏輯

20、無環(huán)流系統(tǒng)有一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，一個(gè)反號(hào)器AR，采用雙電流調(diào)節(jié)器1ACR和2ACR，雙觸發(fā)裝置GTF和GTR結(jié)構(gòu)。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，但是為了保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的電流波形的連續(xù)，仍應(yīng)保存平波電抗器，控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，1ACR用來調(diào)節(jié)正組橋電流，其輸出控制正組觸發(fā)裝置GTF；2ACR調(diào)節(jié)反組橋電流，其輸出控制反組觸發(fā)裝置GTR，1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào),這樣可使電流反應(yīng)信號(hào)的極性在正反轉(zhuǎn)時(shí)都不必改變，從而可采用不反映極性的電流檢測器，在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中設(shè)置的無環(huán)流邏輯控制器DLC，這是系統(tǒng)中關(guān)鍵部件

21、。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)切換，或者允許正組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖反組，或者允許反組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖正組。在任何情況下，決不允許兩組晶閘管同時(shí)開放，確保主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的可能。第三章 主回路元件參數(shù)計(jì)算與選擇3.1 整流變壓器的計(jì)算三向橋式整流電路變壓器副邊相電壓與最大整流直流電壓的關(guān)系是：在可逆系統(tǒng)中由于有最小逆變角限制的問題，因此應(yīng)該等于電動(dòng)機(jī)額定電壓加上過載電流所產(chǎn)生的附加壓降再加上晶閘管的管壓降，另外考慮整流電源內(nèi)阻壓降及電網(wǎng)電壓波動(dòng)，通常還需要再增加，因此 根據(jù)整流負(fù)載的要求，所需要的變壓器：副邊線電壓 副邊電流 原邊電流 副邊功率 考慮到工作負(fù)荷不會(huì)過

22、重，并且變壓器也容許一定過載，所以選取一臺(tái)額定功率為，的變壓器 3.2 可控硅元件的選擇選擇可控硅元件的額定電壓 選擇可控硅的額定電流實(shí)選的可控硅整流元件，并強(qiáng)迫風(fēng)冷。3.3 可控硅的保護(hù)措施 橋臂電抗器為了限制電壓上升率和電流上升率，在變壓器橋臂中參加橋臂電抗器。橋臂電抗器采用空心電抗，為提高電感量，每個(gè)電抗器內(nèi)安置有6根鐵淦氧磁棒。實(shí)測其電感量約左右。 快速熔斷器快速熔斷器主要用來切斷內(nèi)部和外部短路電流，具有快速限制短路電流的作用和極小的外形尺寸。橋臂快速熔斷器的額定電流環(huán)流快速熔斷器的額定電流實(shí)選橋臂快速熔斷器為，環(huán)流快速熔斷器為 抑制過電壓保護(hù) 交流側(cè)阻容吸收裝置交流側(cè)阻容吸收裝置接在

23、變壓器二次側(cè)，采用三角形聯(lián)結(jié)。 式中 變壓器空載激磁電流百分?jǐn)?shù)； 變壓器的每相伏安數(shù)；變壓器副邊相電壓；變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)。因阻容吸收裝置為三角形接法，故每相電容、電阻值為：電容電壓電阻功率實(shí)選，。直流側(cè)阻容吸收裝置參照交流側(cè)阻容吸收裝置實(shí)選，。晶閘管關(guān)斷過電壓阻容吸收裝置對于晶閘管元件實(shí)選，。交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)用硒堆交流側(cè)硒堆片數(shù)片片直流側(cè)硒堆片數(shù)片片式中 變壓器副邊線電壓有效值； 整流電壓； 硒堆每片反向電壓有效值，一般為； 系數(shù)。硒堆面積實(shí)選。3.4 平波電抗器的選擇 為了保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形的連續(xù)，控制直流電流斷續(xù)范圍，在電樞回路中設(shè)置了平波電抗器。電動(dòng)機(jī)電樞電感 式中 P電

24、動(dòng)機(jī)磁極對數(shù) 計(jì)算系數(shù)，對一般無補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取812，這里取10折算到變流變壓器二次側(cè)的每相繞組漏電感式中 與主電路有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋，三相半波，單相全控橋電抗器額定電壓限制輸出電流脈動(dòng)的電感量式中 電流脈動(dòng)系數(shù)，一般是給定的，這里取 整流電壓最低諧波的幅值與電源相電壓之比，三相全控橋?yàn)?，三相半波為，單相全控橋?yàn)檎麟娏鞯淖畹痛沃C波頻率，三相全控橋?yàn)?00Hz,三相半波為 150Hz,單相全控橋100Hz所以，平波電抗器的實(shí)際電感量為第四章 系統(tǒng)控制單元4.1 無環(huán)流邏輯裝置 無環(huán)流邏輯裝置的組成在無環(huán)流控制系統(tǒng)中，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

25、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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩極性需要反向時(shí)由邏輯裝置控制進(jìn)行的。其切換順序可歸納如下：由于轉(zhuǎn)速給定變化或負(fù)載變動(dòng)，使電動(dòng)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(hào)后，經(jīng)延時(shí)，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(hào)后，經(jīng)延時(shí)，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

26、測、邏輯判斷、延時(shí)電路和聯(lián)鎖保護(hù)電路四個(gè)根本環(huán)節(jié)組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號(hào)如圖4-1所示。 圖4-1 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC其輸入為電流給定或轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)和零電流檢測信號(hào)，輸出是控制正組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)和反組晶閘管觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)。4.1.2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(gè)：一是反映轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)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(hào)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(gè)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

27、作電平檢測器。為了提高信號(hào)轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級(jí)差動(dòng)放大和一級(jí)射極跟隨器。其原理圖見圖4-2。圖4-2 電平檢測器原理圖電平檢測器的輸入輸出特性如圖4-3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(dòng)作，本系統(tǒng)電平檢測回環(huán)特性的動(dòng)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4-3 電平檢測器輸入輸出特性轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出為。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，為低電位“0態(tài)，反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為高電位“1態(tài)。零電流檢測器的輸入信號(hào)為電流檢測

28、裝置的零電流信號(hào)，其輸出為。有電流時(shí)為正，為高電位“1態(tài)，無電流時(shí)為0，為低電位“0態(tài)。邏輯運(yùn)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(shí)，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(hào)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(hào)為正電位“1態(tài)時(shí)脈沖被封鎖，低電位“0態(tài)時(shí)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(shí)為負(fù)，為“0；反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為“1；有電流時(shí)為正，為“1；無電流時(shí)為負(fù)，為“0。代表正組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。代表反組脈沖封鎖信號(hào)

29、，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。、表示“1”，、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4-1所示，并根據(jù)封鎖條件列出邏輯代數(shù)式。表4-1 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài) 正向起動(dòng)，I=00001 正向運(yùn)行，I有0101 正向制動(dòng)，I有1101 正向制動(dòng)，I=01010 反向起動(dòng)，I=01010 反向運(yùn)行，I有1110 反向制動(dòng)，I有0110 反向制動(dòng)，I00001根據(jù)正組封鎖條件： 4-1根據(jù)反組封鎖條件： 4-2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4-1式和4-2式最小化，最后化成或非門的形式。 4-3 4-4根據(jù)4-3、4-4式可畫得邏

30、輯運(yùn)算電路，如圖4-4所示，它由四個(gè)或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零電流時(shí)相互切換。圖4-4 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(shí)邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖4-4中“1”、“0所示。圖4-5 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(hào)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4-4所示?；蚍情T電路如圖4-5所示。采用鍺二極管2AP13和硅開關(guān)三

31、極管3DK4C是為了減小正向管壓降。延時(shí)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(shí)即封鎖延時(shí)和開放延時(shí)，防止由于正反組整流裝置同時(shí)導(dǎo)通而造成短路。根據(jù)這個(gè)要求，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時(shí)電路。圖4-6 延時(shí)電路延時(shí)電路如圖4-6所示，其工作原理如下：當(dāng)延時(shí)電路輸入為“0時(shí)，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(shí)，電容C經(jīng)充電，經(jīng)一定延時(shí)后，導(dǎo)通，截止，即輸出由“0延時(shí)變“1。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)

32、封鎖。其延時(shí)時(shí)間由決定，這里整定為。當(dāng)輸入出“1變“0時(shí)，電容C的電荷要經(jīng)過和基射極回路放電，經(jīng)一定延時(shí)后，截止，導(dǎo)通，即輸出由“1延時(shí)變“0。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)開放。其延時(shí)時(shí)間由參數(shù)決定，這里整定為，這樣就滿足了“延時(shí)封鎖、“延時(shí)開放的要求。 邏輯保護(hù) 邏輯電路正常工作時(shí)，兩個(gè)輸出端總是一個(gè)高電位，一個(gè)低電位，確保任何時(shí)候兩組整流一組導(dǎo)通，另一組那么封鎖。但是當(dāng)邏輯電路本身發(fā)生故障，一旦兩個(gè)輸出端均出現(xiàn)低電位時(shí)，兩組整流裝置就會(huì)同時(shí)導(dǎo)通而造成短路事故。為了防止這種事故，設(shè)計(jì)有邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)，如圖4-7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(shí)電路后的兩個(gè)輸入信號(hào)作為一個(gè)或非門的輸入信號(hào)。當(dāng)正

33、常工作時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)總是一個(gè)是高電位，另一個(gè)是低電位?；蚍情T輸出總是低電位，它不影響脈沖封鎖信號(hào)的正常輸出，但一旦兩個(gè)輸入信號(hào)均為低電位時(shí)，它輸出一個(gè)高電位，同時(shí)加到兩個(gè)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4-7 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(shí)電路、邏輯保護(hù)四局部就構(gòu)成了無環(huán)流邏輯裝置。其結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。 圖4-8 無環(huán)流邏輯裝置結(jié)構(gòu)圖4.2邏輯無環(huán)流的推環(huán)節(jié)當(dāng)拖動(dòng)系統(tǒng)由正向運(yùn)轉(zhuǎn)切換到反向時(shí)，反組橋在剛剛開放的瞬間處于整流狀態(tài)，所以整流橋的整流電壓與電動(dòng)機(jī)的反電勢疊加，有很大的制動(dòng)電流沖擊。然后利用電流反應(yīng)將反組橋推到

34、逆變狀態(tài)，由電流調(diào)節(jié)器維持制動(dòng)電流不變，電機(jī)進(jìn)行回饋制動(dòng)，這就是一般無環(huán)流控制的制動(dòng)過程。這種控制方法的主要問題是切換初始電流太大，特別是高速換向時(shí)尤為嚴(yán)重。這種電流沖擊將造成較大的機(jī)械沖擊，甚至造成過流保護(hù)跳閘。為了解決這個(gè)問題，我們采用以下的限流方法：既然產(chǎn)生換向電流沖擊的根源是剛切換過來的反組橋處在整流狀態(tài)假定電流從正組橋切換到反組橋，整流電壓與反電勢相加產(chǎn)生很大的沖擊電流。為使反組橋不處在整流狀態(tài)而處在逆變狀態(tài)，可以從無環(huán)流邏輯裝置的輸出分別引信號(hào)到電流調(diào)節(jié)器的入口，將正組的封鎖電壓引到正組電流調(diào)節(jié)器ACR1的入口，將反組封鎖電壓引到反組電流調(diào)節(jié)器ACR2的入口，如圖4-9所示。圖4-

35、9 推環(huán)節(jié)這樣，當(dāng)在封鎖反組觸發(fā)器的同時(shí)，也迫使反組電流調(diào)節(jié)器ACR2的輸出為負(fù)限幅值，反組橋處在待逆變狀態(tài)假設(shè)需要使電流從反組橋切換到正組橋，那么與的狀態(tài)發(fā)生倒換。由于有T型濾波網(wǎng)絡(luò)的慣性，可以將逆變狀態(tài)保持一小段時(shí)間，這樣就防止了沖擊電流。只要適當(dāng)?shù)倪x擇濾波時(shí)間常數(shù)，可以將換向電流的上升前沿調(diào)節(jié)到要求的程度。4.3控制電源電源采用了7815和7915穩(wěn)壓塊，輸出電流能力為3安。觸發(fā)功率電源用半波整流的24V，同時(shí)提供觸發(fā)器同步電源。 7815和7915這類穩(wěn)壓器的特點(diǎn)是輸出電壓固定。但使用時(shí)很靈活，可以組接成可調(diào)試穩(wěn)壓器，提高輸出電壓，擴(kuò)展電流等。用7815和7915的三端穩(wěn)壓器組成正負(fù)輸

36、出的穩(wěn)壓電路，如圖7-10所示。圖中穩(wěn)壓器的輸入電容用以抵消輸入端較長線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。輸出端電容用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，減小高頻噪聲。圖中二極管、用于保護(hù)集成穩(wěn)壓器。圖4-10 正負(fù)穩(wěn)壓輸出電源4.4 速度給定環(huán)節(jié)速度給定環(huán)節(jié)的線路如圖4-11所示，它由六段分壓器組成，±15V穩(wěn)壓電源供電，上面三段為正向速度給定，由正向繼電器Q的常開觸頭控制，下面三段為反向速度給定，由反向繼電器H的常開觸頭控制。圖4-11 速度給定環(huán)節(jié)多圈電位計(jì)，能給出連續(xù)可調(diào)的正、反向速度。、和、采用固定電阻分壓，作為正反向慢速給定，由減速繼電器J控制。、和、也采用固定分壓，它用來給定前進(jìn)和后退的

37、速度，由聯(lián)鎖繼電器控制。 聯(lián)鎖繼電器在正常運(yùn)行時(shí)得電，常開觸頭吸合，常閉觸頭斷開，給定電位器、和、失電，而工作速度給定電位器，和慢速給定電位器、和、有電，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行和減速，工作臺(tái)停止后要求點(diǎn)車時(shí)，JI斷電，常閉觸頭閉合，常開觸頭斷開，即只有點(diǎn)車電位器得電，而工作速度電位器和慢速給定電位器皆失電，可以正、反向點(diǎn)車。減速繼電器J由正反向減速行程開關(guān)Q-JS，H-JS和慢速切入環(huán)節(jié)控制，需要慢速時(shí)，J吸合，那么其在工作速度給定電位器回路內(nèi)的常閉觸頭斷開，慢速給定電位器回路內(nèi)的常開觸頭吸合，工作臺(tái)就由正常工作速度自動(dòng)轉(zhuǎn)入慢速。當(dāng)J斷電時(shí)，就又自動(dòng)的從慢速轉(zhuǎn)入正常工作速度。開關(guān)MK是裝在切削速度給

38、定電位器上，當(dāng)切削速度很低時(shí)，壓合，斷開，將慢速給定切斷，以防止低速運(yùn)行的工作臺(tái)碰到減速行程開關(guān)后而升速。根據(jù)給定電壓和相應(yīng)速度的要求，各電位器實(shí)選阻值為：多圈電位器4.5觸發(fā)電路1 系統(tǒng)對觸發(fā)器的要求 為保證較寬的調(diào)速范圍和可逆運(yùn)行，要求觸發(fā)脈沖能夠在180°范圍內(nèi)移向。 對于三相全控橋式整流電路，為了保證可控硅可靠換流，要求觸發(fā)脈沖寬度大于60°，或者用雙窄脈沖。 為了使可控硅可靠導(dǎo)通，要求脈沖的電壓和電流必需大于相應(yīng)可控硅的控制極觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。對200A可控硅一般要求觸發(fā)電壓為4V左右，觸發(fā)電流為200mA左右。為減小可控硅元件的導(dǎo)通時(shí)間提高元件承受電流上升率的

39、能力要求脈沖前沿陡，上升時(shí)間在10us以內(nèi)，采用強(qiáng)觸發(fā)。 對可逆系統(tǒng)，為了防止逆變顛覆和提高工作的可靠性，觸發(fā)脈沖需要有和限制。2 觸發(fā)電路及其特點(diǎn) 根據(jù)對觸發(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。原理線路見圖4-12，這種線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡單，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)器本身來說較差，如把觸發(fā)器和可控硅看成一個(gè)整體那么由于相互補(bǔ)償關(guān)系，它的線性度那么較好，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

40、電壓的波動(dòng)圖4-12 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路原理圖而波動(dòng)，而可控硅整流電壓，隨電源電壓增高而增高，而那么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)很大的場合，此外，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°。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

41、發(fā)，強(qiáng)觸發(fā)脈沖的幅值為400600mA。脈沖波形如圖4-13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，由于采用邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，不要求，取。 觸發(fā)器共有五局部組成：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4-13 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，對三相整流電路電感性負(fù)

42、載或電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，那么整流電壓。這就要求時(shí)的脈沖相位應(yīng)對應(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0點(diǎn)在處，如圖4-14所示，當(dāng)時(shí)，因點(diǎn)電位過0的瞬時(shí)是圖4-14 同步電壓的正弦波形在瞬時(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)脈沖相位相對于時(shí)是前移了，即，整流電路工作在整流狀態(tài)。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)的相位理論上說可以有180°的變化，也就是脈沖信號(hào)可

43、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，的開關(guān)過程不干脆，的導(dǎo)通過程也較慢，為此，由的集電極到的基極接上一個(gè)180K電阻形成正反應(yīng)，使剛開始導(dǎo)通就加速的截止，也就反過來加速了的導(dǎo)通，這樣輸出脈沖前沿就比擬陡。在這里移相信號(hào)就是同步電壓，采用同一個(gè)正弦波。整流裝置為防止脈沖喪失引起工作不正常，要求有限制。對可逆?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平安正弦波的措施實(shí)現(xiàn)的。從同步變壓器的

44、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浸波通過二極管取其正半波作為限制，記作，如圖4-15所示。圖4-15 、的波形圖4.6 調(diào)節(jié)器 采用由8FC2中增益線性固體組件構(gòu)成的運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)是正負(fù)電壓對稱，為，故最大輸出電壓可達(dá)，輸出最大電流可達(dá)1112mA。開環(huán)電壓放大倍數(shù)為50000倍，它的電路如圖4-16所示。其工作原理如下:、管組成射極跟隨器，它的作用是：提高輸入阻抗，減小輸入偏置電流，從圖4-16 8FC2電路圖而降低失調(diào)電流。、組成第一級(jí)差動(dòng)放大。雙端輸入，雙端輸出。、 為第二級(jí)差動(dòng)放大，單端輸出。、分別構(gòu)成第一級(jí)、第

45、二兩級(jí)的恒流源，接成二極管形式，起溫度補(bǔ)償作用，以提高、的恒流特性。是共模反應(yīng)，從、的發(fā)射極取回共模信號(hào)，經(jīng)放大后接到第級(jí)的集電極公共電阻的下端，以提高電路的共模抑制比和減小漂移，管是射極跟隨器，它和PNP型管構(gòu)成電壓移動(dòng)電路，降低靜態(tài)工作電壓，以便與后一級(jí)偶合，到達(dá)輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)也為零的要求。的輸出送至輸出級(jí)的基極，并且經(jīng)過接成二極管的、送到的基極，利用這兩個(gè)管子的壓降，來保證無信號(hào)輸入時(shí)，輸出管、中流過一定的靜態(tài)工作電流，防止產(chǎn)生輸出波形的失真，、同時(shí)起補(bǔ)償、管發(fā)射結(jié)溫度特性的作用，使輸出管的工作電流免受環(huán)境溫度的影響，、串聯(lián)組成輸出級(jí)。8FC2組件共有14個(gè)管腿，其排列如圖4-1

46、7所示。各腳的接法如下：1或12為反向輸入端，2或3是同相輸入端。8和10，9和11，7和5之間均可接入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以消除電路的寄生振蕩，具體數(shù)值大小要根據(jù)使用條件加以選擇。5為輸出端，6接電源，4接負(fù)電源。13為空端，14為外殼接地 。圖4-17 8FC2組件管教底視圖8FC2組件的技術(shù)指標(biāo)和性能見表4-2。由8FC2B2組件構(gòu)成的轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的接線圖如圖4-18所示。為了使運(yùn)算放大器工作穩(wěn)定，不開環(huán)使用，接固定反應(yīng)電阻。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器皆為PI調(diào)節(jié)器。由于8FC2的輸入阻抗，應(yīng)選擇調(diào)節(jié)器的輸入阻抗。圖中、為輸入保護(hù)二極管。8FC2組件由于原電路中沒有調(diào)零電位器的位置，輸入偏置電流又

47、小，改變兩個(gè)輸入端電阻的作用也不大，所以要考慮外接調(diào)零裝置。例如在圖8-21中，在反向輸入端通過電位器W由電源引入一個(gè)補(bǔ)償電壓，使為零，但這種調(diào)零方法用的調(diào)零電源必須有很高的穩(wěn)定度。組件的8和10，9和11端接消除自激振蕩的RC校正網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)值由實(shí)際調(diào)整時(shí)確定。這里采用，。由電組、和二極管、組限幅環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)器最大輸出限幅值為 附注：電源電壓為。A類，、類12、3是輸入端；B類，、類1、2是輸入端。為提高8FC2組件的運(yùn)行可靠性，盡量減小它的輸出功率，由于電流調(diào)節(jié)器要帶六個(gè)觸發(fā)器，需要較大的功率，因此在電流調(diào)節(jié)器輸出端加一個(gè)功率放大級(jí)。對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和反向器因負(fù)載是電流調(diào)節(jié)器，需要的功率較小，故輸

48、出端不必接功率放大級(jí)。4.7 檢測裝置4.7.測速發(fā)電機(jī)系統(tǒng)用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)，用永磁式的直流測速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速檢測元件。型號(hào)為ZYS，激磁電壓為，最大工作轉(zhuǎn)速為，激磁功率為，激磁電流為。測速發(fā)電機(jī)和工作臺(tái)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接相連，安裝要求對中不偏心，防止振動(dòng)。圖4-18 轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器接線圖4.7.電流檢測裝置系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器需要檢測主回路電流的反應(yīng)信號(hào)。其次，系統(tǒng)為邏輯無環(huán)流控制系統(tǒng)，邏輯裝置需要零電流信號(hào)。第三，萬一發(fā)生過流時(shí)，發(fā)出過流信號(hào)到達(dá)自動(dòng)保護(hù)的目的?？紤]上述要求，采用交流互感器作為電流檢測裝置。交流互感器構(gòu)造簡單，制造容易，線性度好，能反映電流波形。交流互感器電流檢測裝

49、置的接線如圖4-19所示。首先交流進(jìn)線電路通過交流電流互感器變成輸出額定電流為的電流信號(hào)，然后在的電流加到交流互感器的輸入端后，經(jīng)二極管的三相全波整流后變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)。輸出量的大小可由電位器調(diào)整，與電位器并聯(lián)的電阻可防止電流互感器二次側(cè)開路造成的電壓擊穿事故。交流互感器選用標(biāo)準(zhǔn)的西安互感器廠生產(chǎn)的型交流互感器：使用范圍500A/，頻率為50HZ，額定電壓為以下的交流進(jìn)線。4.8 過流保護(hù)環(huán)節(jié)由于過載、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)過流而損壞可控硅。系統(tǒng)采用了三種過流保護(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

50、回路和每個(gè)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(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)行平安、可靠、操作方便。 圖4-19 電流檢測裝置過流保護(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(shí)，電流檢測裝置輸出大于14V，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(shí)封鎖正反兩組觸發(fā)器的脈沖。當(dāng)BG1導(dǎo)通時(shí)繼電

51、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線圈中的常閉觸頭翻開，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4-20 過流保護(hù)環(huán)節(jié)4.9防止傳動(dòng)機(jī)構(gòu)撞擊的換向轉(zhuǎn)矩限制環(huán)節(jié)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置所要求的換向動(dòng)作不僅要快，而且應(yīng)防止傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的撞擊。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的撞擊是由它各部件之間的間隙產(chǎn)生的，假設(shè)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩以高值迅速換成相反方向的話，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙之間，電動(dòng)時(shí)機(jī)因此加速得如此厲害，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各部件邊緣互相嚴(yán)重碰撞。尤其采用晶閘管裝置供電后，由于電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)電流上升前沿較陡，因此在換向時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

52、的撞擊現(xiàn)象更為顯著。要是拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件之間沒有間隙，是不能經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)的。因此，在轉(zhuǎn)矩改變方向時(shí)，希望新方向轉(zhuǎn)矩起初得有一段時(shí)間保持在小的數(shù)值上，直到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)邊緣互相嚙合上為止。然后，才能使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承受所允許的最大轉(zhuǎn)矩。這種要求固然增加了換向時(shí)間和超程，但為了延長傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的壽命卻是必須要顧及到的。圖4-21 換向轉(zhuǎn)矩限制環(huán)節(jié)電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩是由電流調(diào)節(jié)器的給定電壓也就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓決定的，限制了它也就限制了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩?；谶@種想法，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)單穩(wěn)電路，它的輸出分別引到正、反組電流調(diào)節(jié)器的一個(gè)輸入端上，圖4-21示出了這一環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)。正常工作時(shí)單穩(wěn)電路輸出為0V，對電流

53、調(diào)節(jié)器沒有影響。當(dāng)換向時(shí)，例如從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)反組橋開放，反組電流調(diào)節(jié)器ACR2已經(jīng)由反向器輸入一個(gè)-10V的電壓，這時(shí)使單穩(wěn)電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)+6V的電壓。這時(shí)對電流調(diào)節(jié)器相當(dāng)于一個(gè)-4V的給定電壓，如果整定電流調(diào)節(jié)器給定值為-10V時(shí)相當(dāng)于制動(dòng)電流為250A，現(xiàn)給定為-4V，那么制動(dòng)電流在一開始瞬間只能是100A，這樣制動(dòng)轉(zhuǎn)矩就受限制。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件制動(dòng)速度減慢，使反向間隙靠近，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的撞擊減小。等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)反向嚙合后再取消轉(zhuǎn)矩限制而以最大轉(zhuǎn)矩制動(dòng)和反向起動(dòng)以提高快速性。這受單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)時(shí)間決定，等單穩(wěn)電路觸發(fā)信號(hào)消失后，其輸出又由+6V回到0V時(shí)轉(zhuǎn)矩限制取消，所以整定單穩(wěn)

54、電路的延時(shí)時(shí)間即可調(diào)整轉(zhuǎn)矩限制時(shí)間。 單穩(wěn)電路如圖4-22所示。根據(jù)換向轉(zhuǎn)矩限制的要求，每次制動(dòng)瞬間要求單穩(wěn)電圖4-22 單穩(wěn)電路路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)一次，因此單穩(wěn)電路的觸發(fā)輸入信號(hào)可利用無環(huán)流邏輯裝置的輸出信號(hào)。當(dāng)正向制動(dòng)即由正組橋切換到反組橋開放時(shí)，無環(huán)流邏輯裝置輸出恰恰由“1態(tài)變?yōu)椤?態(tài)，那么反組單穩(wěn)電路就觸發(fā)翻轉(zhuǎn)一次，輸出一個(gè)+6V的脈沖給反組電流調(diào)節(jié)器ACR2，到達(dá)限制正向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。反之，當(dāng)反向制動(dòng)即由反組橋切換到正組橋開放時(shí)，無環(huán)流邏輯裝置輸出恰恰由“1態(tài)變?yōu)椤? 態(tài)，那么正組單穩(wěn)電路就觸發(fā)翻轉(zhuǎn)一次，輸出一個(gè)+6V的脈沖給正組電流調(diào)節(jié)器ACR1，到達(dá)限制反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。具有換向轉(zhuǎn)矩限制環(huán)節(jié)后的換向過程的波形圖如圖4-23所示。 圖4-23 換向過程波形圖第五章 無環(huán)流控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及特性分析5.無環(huán)流控制系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)5.1.1正向起動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)給出正向起動(dòng)訊號(hào)，為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出為負(fù)，轉(zhuǎn)矩極性