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1、.摘要在可逆调速系统中，电动机最根本的要素就是能改变旋转方向。而要改变电动机的旋转方向有两种方法：一种是改变电动机电枢电压的极性，第二种是改变励磁磁通的方向。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。对于大容量的系统，从生产角度出发，往往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，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。关键
2、词：逻辑无环流；可逆直流调速系统；DLC；保护电路；触发电路。目录1 绪论21.1 无环流调速系统简介21.2系统设计42系统主电路设计53 调节器的设计63.1电流调节器的设计63.2速度调节器的设计74 DLC设计85触发电路设计96保护电路设计116.1 过电流保护116.2过电压保护13总结15参考文献16附录一17附录二221 绪论1.1 无环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
3、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，称做环流。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
4、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。假设需正向电动，应触发正组桥；假设需反向电动，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，否那么，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
5、、“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。 以下图为逻辑无环流可逆调速系统原理图。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1.2系统设计 要实现逻辑无环流可逆调速，就要采用桥式全控整流逆变电路。要到达电流和转速的超调要求就要设计电流-转速双闭环调速器；逻辑无环流的重要局部就是要采用逻辑控制，保证只有一组桥路工作，另一
6、组封锁。逻辑控制器可以采用组合逻辑元件和一些分立的电子器件组成，也可用单片机实现，本文使用PLC来实现逻辑控制；触发电路要保证晶闸管在适宜的时候导通或截止，并且要能方便的改变触发脉冲的相位，到达实时调整输出电压的目的，从而实现调速。保护电路有瞬时过压抑制，过电流保护和过电压保护，当过压或过流时封锁触发脉冲，从而实现保护功能。2系统主电路设计逻辑无环流可逆直流调速系统的主电路如以下图所示:图2-1 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路两组桥在任何时刻只有一组投入工作另一组关断，所以在两组桥之间就不会存在环流。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁
7、着的一组桥立即开通，因为已经导通的晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放同时进展，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一局部能量回馈给电网，其余局部消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通。3 调节器的设计3.1电流调节器的设计图3-1 电流调节器3.2速度调节器的设
8、计图3-3 速度调节器4 DLC设计无环流逻辑控制器的任务是在正组晶闸管工作时，那么封锁反组晶闸管，在反组晶闸管工作时，那么封锁正组晶闸管。采用数字逻辑电路，使其输出信号以0 和1 的数字信号形式来执行封锁与开放的作用，为了确保正反组不会同时开放，应使两者不能同时为1。系统在反转和正转制动时应该开放反组晶闸管，封锁正组晶闸管，在这两种情况下都要开放反组，封锁正组。从电动机来看反转和正转制动的共同特征是使电动机产生负的转矩。上述特征可以由ASR 输出的电流给定信号来表达。DLC 应该先鉴别电流给定信号的极性，将其作为逻辑控制环节的一个给定信号。仅用电流给定信号去控制DLC 还是不够，因为其极性的
9、变化只是逻辑切换的必要条件。只有在实际电流降到零时，才能发出正反组切换的指令。因此，只有电流转矩极性和零电流检测信号这两个前提同时具备时，并经过必要的逻辑判断，才可以让DLC 发出切换指令。逻辑切换指令发出后还不能马上执行，需经过封锁时时间Tdb1才能封锁原导通组脉冲；再经过开放延时时间Tdt后才能开放另一组脉冲。通常Tdb1=3ms，Tdt=7ms。在逻辑控制环节的两个输出信号之间必须有互相连锁的保护，决不允许出现两组脉冲同时开放的状态。图4.1无环流逻辑控制环节DLC5触发电路设计根据对触发器的上述要求，选用同步信号为正弦波的晶体管触发电路。原理线路见图4-12，这种线路的优点是线路简单，
10、调整容易。理论上移相X围可达180，实际上由于正弦波顶部平坦移相X围只能有150左右。移相的线性度就触发器本身来说较差，如把触发器和可控硅看成一个整体那么由于相互补偿关系，它的线性度那么较好，即控制电压与可控硅整流电压的控制特性是接近线性的，由于作同步信号的正弦波电压随电源电压的波动而波动，当不变时，控制角也随电源电压的波动而波动，而可控硅整流电压，随电源电压增高而增高，而那么随电源电压的增高而减小，故可维持近于不变。但当电源电压降得太低时，同步电压和控制电压可能没有交点，触发器不能产生触发脉冲，致使可控硅工作混乱，造成事故，所以这种触发器不宜用于电网电压波动很大的场合，此外，正弦波触发器容易
11、受电源电压波形畸变的影响，因此同步电压输入信号必须加RC滤波器，移相角度一般要大于30。图5.1 同步信号为正弦波的触发电路原理图触发器采用内双窄脉冲由与门电路实现，可以减小脉冲变压器体积。为保证可控硅可靠的触发，脉冲宽度为20，脉冲幅值为200mA，为了提高可控硅承受的能力，脉冲带有强触发，强触发脉冲的幅值为400600mA。脉冲波形如图4-3所示。触发器还设计有和保护，保证系统逆变时可靠工作，不致逆变颠覆，取，由于采用逻辑无环流系统，不要求，取。 触发器共有五局部组成：脉冲形成和放大环节，脉冲移相环节，同步环节，双脉冲环节和强触发环节。脉冲移相环节 当管从导通到截止即管由截止到导通的瞬间产
12、生脉冲。把一个直流控制信号电压和一个交流正弦波同步电压同时输入到管的基极点，当时，点电位完全由决定，为负半波时，点电位小于0，导通，为正半波时，点电位大于0，截止。由负变正的瞬间就是输出脉冲的瞬间。图5-2 脉冲波形图一般当然希望在控制电压时整流电压输出为0，对三相整流电路电感性负载或电动机负载电流连续时，那么整流电压。这就要求时的脉冲相位应对应于主回路的位置，也就要求同步电压的正弦波由负半波到正半波的过0点在处，在 位于0的瞬时是在瞬时值为负值时出现，因此的线图中反而画到横坐标下面了，这时脉冲相位相对于时是前移了，即，整流电路工作在整流状态。反之，脉冲就后移，即，整流电路工作在逆变状态。这种
13、把同步电压相位固定，而利用交直流叠加进展移相控制的方法，称为正弦波移相的“垂直控制，实质上它就是使，当由正的最大值到负的最大值之间变化时，与得到不同的交点，这个交点的相位理论上说可以有180的变化，也就是脉冲信号可以在0180X围内移相。在实际工作中，当较大时，与正弦同步电压相交在正弦波的峰值附近，正弦电压变化较慢，的开关过程不干脆，的导通过程也较慢，为此，由的集电极到的基极接上一个180K电阻形成正反应，使刚开场导通就加速的截止，也就反过来加速了的导通，这样输出脉冲前沿就比拟陡。在这里移相信号就是同步电压，采用同一个正弦波。整流装置为防止脉冲丧失引起工作不正常，要求有限制。对可逆传动，整流装
14、置需要工作在逆变状态，为防止逆变颠覆还要求有限制。本系统采用无环流控制系统，不要求的配合控制，故取，。的限制在图4-12所示的触发电路中是采用在同步电压正弦波上叠加平安正弦波的措施实现的。从同步变压器的另外两个绕组上取两个电压，其中一个经R-Cl滤波通过二极管取其负半波作为限制，记作，另一个电压经R-C浸波通过二极管取其正半波作为限制，记作，如图4-5所示图5-3、的波形图6保护电路设计6.1 过电流保护由于过载、直流侧短路、逆变失败、环流和交流侧短路等原因会引起系统过流而损坏可控硅。系统采用了三种过流保护措施： 电流调节器限流，电流整定值为250A， 过流保护环节，整定值为350A， 快速熔
15、断器；对直流回路和每个可控硅元件设快速熔断作最后一道过流保护。它可以在冲击电流很大，冲击时间又很短的情况下保护设备不受损坏，从而使系统运行平安、可靠、操作方便图6.1电流检测装置过流保护环节的电路如图 4-20所示。在系统正常工作时，电流检测装置输出电压小于14V 相当于主回路电流350A，稳压管DW不导通。BG1截止，继电器释放，BG2导通，BG3截止，发射极输出零电位，不影响正反组晶闸管整流装置的正常工作。当主回路电流超过350A 时，电流检测装置输出大于14V，稳压管DW被雪崩击穿，BG1导通，BG2截止，BG3导通，发射极输出高电位+15V，同时封锁正反两组触发器的脉冲。当BG1导通时继电器得电吸合。一方面自锁，另一方面使继电器得电吸合，在交流侧线路接触器S-B线圈中的常闭触头翻开，使S-B跳闸，切断主回路交流电源。改变电阻和数值或选择不同稳压值的稳压管DW即可整定不同的跳闸电流。图6.2过流保护环节6.2过电压保护开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。开关稳压器所使用的未稳压直流电源诸如蓄电池和整流器的电压如果过高,使开关稳压器不能正常工作,甚至损坏内部器件,因此,有必要使用输入过电压保护电路。用晶体管和继电器所组成的保护电路如图3所示。 图6.3 输入过电压保护 在该电路中，当输入直流电源的电压高于稳压二极管的击穿电压值时，稳压管
