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1、沈阳理工大学课程设计目录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电动机电势常数和转矩常数的测定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
2、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23241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
3、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，
4、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G
5、TF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，其输出控制反组触发装置GTR，1ACR的给定信号经反号器AR作为2ACR的给定信号,这样可使电流反馈信号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
6、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ACR1ACR2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
7、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，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，则此时整流装置的理想空载电压为调节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，则求解两式，可得电枢回路总电阻如把电机的
8、电枢两端短接，重复上述实验，可得则电机的电枢电阻为同样，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。图2.1 表2.1电枢回路总电阻测试79620.440.88据公式得，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82910.880.44据公式得，表2.3整流装置的内阻Rn与电枢电阻Ra之和测试71850.880.44据公式得，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RL6.822.2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
9、枢回路突加给定电压时，电流id按指数规律上升 其电流变化曲线如图2.1所示。当t =Td时，有 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(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由图2.3可知，电磁时间常数三相桥式整流电路L=0.693=0.693796.74mH 取L=0.80H=0.
10、02s2.3电动机电势常数和转矩常数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求出由实验测得两组数据表2.4 电动机电势常数的测定Ud/V177147n/(rad/s)12001000由公式得，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 由于TmTd，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 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。MC
11、L31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。实验结果如表2.5表2.5测速发电机特性的测定n（r
12、/min）10001100120013001400Uct（V）6.897.638.308.999.68UCT (V)1.071201.361.551.76Ud(V)152.50166.51180.28194.83209.34分析可知 取Ks203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：Ks20电枢回路总电阻：R=24.35；时间常数：Td=21ms，Tm=49ms；电流反馈系数：转速反馈系数：设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量；设计转速调节
13、器，要求转速超调量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=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取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 型电流调节器，其传递函数为：检查对电流电压的抗扰性能
14、：，参照附录表1的典型型系统动态抗扰性能，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：。电流环开环增益：要求时，按照附录表2，应取，因此于是，ACR的比例系数为4.校验近似条件电流环截止频率： 晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。 忽略反电动势变化对电流环动态影像的条件满足近似条件。 电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。5计算调节器电阻和电容如图3.2，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为图3.2 PI型电流调节器 ，取,取,取按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。3.2速度调节器的设计3.2.1速度调节器的原理图原理图如图3.3图3.3 电流调节器原理图3.2.2速度调节器的参数计算1.确定时间常数1）电流环等效时间常数:有前面的计算可得 2）转速滤波时间常数 ：有条件可知s3）转速环时间
