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1、电力拖动自动控制系统课程设计报告（20122013 学年 第一学期）系 专 班 学 姓题目逻辑控制的无环流可逆调速系统别业级号名指导教师 完成时间评定成绩目录第一章 无环流设计目的11.1 问题提出11.1.1 有环流的优缺点11.2.1 无环流的优缺点11.2 解决问题11.3 无环流实现基本方案11.4 DLC输入信号的选择3第二章 DLC 设计32.1 切换条件32.2 DLC切换分析42.3 框图62.4 DLC具体设计72.4.1 电平检测器72.4.2逻辑运算82.4.3 延时电路102.4.4逻辑保护11第三章 设计总结12第四章 参考文献12第一章 无环流设计目的1.1 问题提
2、出1.1.1 有环流的优缺点逻辑有环流可逆调速系统的优点：适用于小功率。逻辑有环流可逆调速系统的缺点：因缓流失败而造成事故率较高。1.2.1 无环流的优缺点逻辑无环流可逆调速系统的优点是：可省去环流电抗器，没有附加的环流损 耗，从而可以节省变压器和晶闸管装置的设备容量。与有环流系统相比，因缓流 失败而造成的事故率大为降低，适用于大功率。逻辑无环流可逆调速系统的缺点是：由于延时造成了电流换向死区，影响了 系统过渡过程的快速性。普通逻辑无环流系统，在电流换向，待工作组刚开放时， 由于整流电压和电动机反电动势相加会造成很大的电流冲击。1.2 解决问题切换（无环流）反转无环流切换逻辑控制环流DLC功能
3、设计要求它按照系统 的工作转台，指挥正、反组的自动切换。DLC 的输出要求：正向运行：VF整流，开放VF,封锁VR； 反向制动：VF逆变，开放VF,封锁VR； 反向运行：VR整流，开放VR,封锁VF； 正向制动：VR逆变，开放VR,封锁VF； 因此， DLC 的输出有两种状态：VF 开放 Ublf = 1， VF 封锁 Ublf = 0；VR 开放 Ublr = 1， VR 封锁 Ublr = 0。1.3无环流实现基本方案这种逻辑无环流系统有一个调节器ASR, 个反号器AR,采用双电流调节器1ASR和 2ASR,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，两组桥在 任何时
4、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，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通，因为已经导通晶闸管并不能在触 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式同时进行，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部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机 上，直到储存的能量释放完
5、，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。图2逻辑无环流可逆调速系统原理图ASR-速度调节器TA交流互感器ACR1、ACR2正、反组电TG测速发电机流调节器M工作台电动机GTF、GTR正反组整流装置LB电流变换器VF、VR正反组整流桥AR反号器DLC-无环流逻辑控制器GL过流保护环节HX推B装置这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR, 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
6、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U *经反号 器AR作为2ACR的给定信号U.*，这样可使电流反馈信号U的极性在正、反转1i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
7、流的可能。1.4 DLC输入信号的选择逻辑控制器DLC有两个输入量：Ui*、Ui。两个输出量Ublf、Ublr.Ui*的极性恰好反映了电机电磁转矩方向的变化。采用Ui*作为逻辑控制环节的一个输入信号，称作“转矩极性鉴别信号”。U *极性的变化不是充分条件，只是逻辑切换的必要条件。当正向制动开始时，iU*极性由负变正，但当实际电流I方向未变以前，仍需保持II组VF开放，以 id使进行本桥逆变。只有在实际电流降到零后，才能给DLC发出命令，封锁正组， 开放反（待逆变）组，使1得以反向。通过反组进行逆变回馈制动。因此，零 d电流检测”=是DLC切换的另一个输入指令信号。iD第二章DLC设计2.1切换
8、条件*1）切换条件：仏极性的改变与=0是DLC进行切换的充要条件。2）延时：逻辑切换指令发出后，并不能马上执行，还必须经过两段延时时间， 以确保系统的可靠工作，即:封锁延时t =23ms,以防止本桥逆变颠覆。延时t ，dbldbldo可靠为0,再封锁脉冲。开放延时七di=57ms，因为在封锁触发脉冲后已导通 的晶闸管要过一段时间后才能关断，再过一段时间才能恢复阻断能力。否则，可 能造成两组晶闸管同时导通，产生环流短路事故。3）“多1”保护：逻辑输出Ublf和Ubir之间必须有相互联锁的保护。即“多1” 保护决不允许两组脉冲同时开放2.2 DLC切换分析目前，该系统采用单脉实现控制，DLC用程序
9、实现切换流程，如下:YES电流过零dU *极性变化i.发出逻辑切换指令YES延时t =57ms开放它组dt脉冲延时t =23ms封锁本 dbl组脉冲互锁保护继续开放本 组脉冲NONO过小的t 或t会造成两组切换失败。但过大的t 和t将导致切换时间拖长，增加dbl dtdbl dt切换调节死区，影响系统过渡过程的快速性。由上述对DLC要求如下：1）由反映转矩T方向的电路给定信号U*的极性和零电流检测信号U 共同发出逻辑切eii 0换指令。当U *改变极性且U 发出零电流信号时，允许封锁原工作组，开放另一组。ii 02） 发出切换指令后，必须t才能封锁原导通组脉冲，再经过t后，才能开放另一组脉冲。
10、dbldt3）无论任何情况下，两组晶闸管绝对不允许同时加触脉冲，当一组工作时，另一组的触发 脉冲。(带正反馈运放构成)结构图转矩T鉴别器DPTe有图知闭环：Kc 2-KU*_1 - KKivK运放开环放大倍数RK =0，正反馈系数v R + R0 1输出特性会出现回环。当K 一定时，若KK 1，则放大器工作在继电状态，其输入v其宽度为U = U -U = K (U - U )i1i 2v em1em 2U 、 U 正向和负向饱和输出电压em1em 2U输出由正翻到负所需最小输入电压U输出由负翻到正所需最小输入电压 i 22.3框图DLCTT冷一I总卜GT DF1-一DRVR由电平检测、逻辑运算
11、电路、延时电路、逻辑保护四部分就构成了无环流逻辑装 置。电平检测实现DLC原理图:2.4 DLC具体设计2.4.1电平检测器逻辑装置的输入有两个：一是反映转矩极性信号的转速调节器输出u *，二i是来自电流检测装置反映零电流信号的U，他们都是连续变化的模拟量，而逻i 0辑运算电路需要高、低电位两个状态的数字量。电平检测器的任务就是将模拟量 转换成数字量，也就是转换成“0”状态（将输入转换成近似为0V输出）或T”状 态（将输入转换成近似为15V输出）。采用射极偶合触发器作电平检测器。为了提高信号转换的灵敏度，前面还加 了一级差动放大和一级射极跟随器。其原理图见图2-4-1。器的输出和电流检测装置输
12、出都具有交流分量，除入口有滤波外，电平检测需要具有一定宽度的回环特性，以防止由于交流分量使逻辑装置误动作，本系统电平检测回环特性的动作电压U = lOOmV，释放电压U = 80mV。调整回环的宽度rlr 2可通过改变射极偶合触发器的集电极电阻实现。转矩极性鉴别器的输入信号为转速调节器的输出U*，其输出为U。电机正转时iTU*为负，U为低电位（“0”态），反转时U*为正，U为高电位（T”态）。iTiT零电流检测器的输入信号为电流检测装置的零电流信号U，其输出为U。i 0I有电流时U为正，U为高电位（T”态），无电流时U为0，U为低电位（“0” i 0Ii 0I态）。2.4.2逻辑运算电路的输入
13、是转速极性鉴别器的输出u和零电流检测器输出u。系统在各TI种运行状态时，U和U有不同的极性状态（“0”态或T”态），根据运行状态的要 TI求经过逻辑运算电路切换其输出去封锁脉冲信号的状态（“0”态或T”态），由于 采用的是锗管触发器，当封锁信号为正电位（T”态）时脉冲被封锁，低电位（“0” 态）时脉冲开放。利用逻辑代数的数学工具，可以设计出具有一定功能的逻辑运 算电路。设正转时U*为负，U为“0”；反转时U*为正，U为T”；有电流时U*为正,iTiTiU为T”；无电流时U*为负，U为“0”。IiIU代表正组脉冲封锁信号,1U代表反组脉冲封锁信号,2U为T”时脉冲封锁，U为“0”时脉冲开放。1
14、1U为T”时脉冲封锁，U为“0”时脉冲开放。2 2U、U、U、U 表示“0”。TI12U、U、U、U 表示“1”，TI12按系统运行状态，可列出各量要求的状态，如表4-1所示，并根据封锁条件列出逻辑代数式。运行状态UTUIU1U2正向起动，1=00001正向运行，I有0101正向制动，I有1101正向制动，1=01010反向起动，1=01010反向运行，I有1110反向制动，I有0110反向制动，I=00001表 2-4 逻辑判断电路各量要求的状态根据正组封锁条件：U 二 U U U + U U U + U U U1 T I 2 T I 2 T I 22-1)根据反组封锁条件：u = UUU + Uu U + u u U2 T I 1 T I 1 T I 1 逻辑运算电路采用分立元件，用或非门电路较简单，故将上述 2-2）式最小化，最后化成或非门的形式。2-2)2-1）式和U 二 U U U + U U U + U U U1 T I 2 T I 2 T I 2二
