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1、远程与继续教育学院 本科毕业论文（设计）题目：逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真学习中心：内蒙古学习中心学 号：090F31153142姓 名：孔利强专 业：电气工程及其自动化指导教师：王旭东2017 年 9 月 5 日中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名：孔利强 学号：090F31153142 专业： 电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验 结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指
2、出论文中存在的问题和不足 之处。）指导教师结论：（合格、不合格）指导教师姓名所在单位指导时间中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表学生姓名：孔利强 学号：090F31153142 专业： 电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真评阅意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计 算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩 的不必
3、填此意见。）毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）：评阅结论：（同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名所在单位评阅时间论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文交流电机串级调速系统建模与仿真， 是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料 均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。 对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意 承担由此而产生的法律责任和法律后果。论文作者（签字）： 孔利强日期：2017 年 9 月 5 日摘要随着科
4、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
5、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关键词： 1、直流电机 2、无环流系统 3、调节器目录一、概述1（一）直流调速系统错误未定义书签。（二）无环流调速系统简介1二、系统总体参数. 3三、无环流可逆调速系统设计 4（一）系统组成4（二）系统主电路设计 12（三）触发电路14（四）电流调节器设计16（五）转速调节器设计 17四、仿真结果截屏显示 20五、结论 24致谢 25参考文献 26一、概述（一）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
6、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
7、本的电力拖动控制系统。（二）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。
8、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i 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信号极性和电流“有”、i“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥。基于
9、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。二、系统总体参数直流调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调 速系统，直流电动机：220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Q ,允许过载倍数入=1.5; 电枢回路总电阻:R=0.5Q ,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩：GD2二 22.5N m2，晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数：0 =0.05V/A,转速反馈系数:a =0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s三、无环流可逆调速系统设计（一）系统组成主电路采
10、用两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍 保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续；控制系统采用典型的转速、电 流双闭环方案；电流环为内环，转速环为外环。为了实现转速和电流两种负反馈分别起 作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电 流负反馈。电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF, 2ACR控制反组触发 装置 GTR。 速度环把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出 去控制电力电子变换器。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC，这是系 统中的关键环节。它按照系统的工作状态
11、，指挥系统进行正、反组的自动切换。1、逻辑无环流调速系统的原理图（TG：永磁式直流测速发电机；DLC:逻辑控制器；TA：三相电流传感器；ASR： 转速调节器；Ld：平波电抗器；ACR：电流调节器；TR：联接的三相整流变压器；U： 三相整流桥；GTR、GTF为正反组晶闸管触发电路；A:反相器）2、逻辑无环流系统组成及其工作原理在无环流控制系统中，反并联的两组整流桥需要根据所要求的电枢电流极性来选择 其中一组整流桥运行，而另一组整流桥触发脉冲是被封锁的。两组整流桥的切换是在电 动机转矩极性需要反向时由逻辑装置控制进行的。其切换顺序可归纳如下：（1）由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极
12、性反向。（2）由转速调节器输出反映这一转矩的极性，并由逻辑装置对该极性进行判断，然 后发出切换开始的指令。（3）使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。（4）由零电流检测器得到零电流信号后，经35ms延时，确认电流实际值为零，封 锁原导通侧整流桥的触发脉冲。（5）由零电流检测器得到零电流信号后，经10ms延时，确保原导通侧整流桥晶闸管完全阻断后，开放待工作侧整流桥（例如反组桥）的触发脉冲。（6）电枢内流过与切换前反方向的电流，完成切换过程。根据逻辑装置要完成的任务，它由电平检测、逻辑判断、延时电路和联锁保护电路四个基本环节组成，逻辑装置的功能和输入输出信号如图 3-2 所示。图3-2
13、 无环流逻辑控制环节 DLC其输入为电流给定或转矩极性鉴别信号U*和零电流检测信号Ui 0，输出是控制正组晶闸管触发脉冲封锁信号U1和反组晶闸管触发脉冲封锁信号U 2逻辑控制无环流可逆调速系统中，采用了两个电流调节器和两套触发装置分别控制正、 反组晶闸管。实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于 阻断状态，这时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。采用模拟控制时，可以利用 电子模拟开关选择一套电流调节器和触发装置工作，另一套装置就可以节省下来了。3、无环流逻辑装置的设计逻辑控制器模块 DLC 是根据控制器的输入来判断输出的逻辑状态。逻辑控制器有两 个输入输出，两个输出信
14、号Ublr和Ublf分别通过触发器来控制是否产生还是封锁触发 脉冲，输出信号Ublf和Ublr的状态必须始终保持相反，以保证两组整流器不会同时处 于工作状态。由于电动机的制动和改变转向都需要改变电动机的转矩方向，即电枢电流 的方向，在系统控制中电流的方向是由转速调节器输出Ui*的极性来决定的，也就是说 Ui*的符号改变是逻辑控制器切换的条件之一。从a=0配合控制的分析中已经知道，可 逆系统的快速制动或反转过程要经历本桥逆变，反馈制动和回馈制动三个阶段。在本桥 逆变阶段电动机电流下降至零，然后才经历反接制动阶段建立反向电流，如果在本桥逆 变阶段尚未结束时就关断该整流器，就可能产生逆变失败现象，并
15、损坏整流器，所以在 转速调节器的输出Ui*改变极性后，还必须等待电动机原方向电流减小到零后，Ui=O, 才能关断原来工作的整流器，而开通原封锁的另一组整流器，因此电枢电流下降为零 Ui=0是逻辑切换的条件之二。只有在Ui*改变极性和Ui=0两个条件满足后，逻辑控制 器的输出状态才能改变。但是逻辑控制器的输入端分别联接转速调节器的输出Ui*和电流的反馈信号Ui。因 电流反馈取自电动机的电枢电流，因此电流信号可以有正向，反向和零三种工作状态， 而逻辑控制器仅需要判断电枢电流的有无，因此需增加绝对值计算环节。控制器输出的 整流器切换信号Ublf和Ublr，则分别通过触发模块控制是否输出移相触发脉冲，而此 触发模块的 block 端的要求是逻辑控制器输出的信号为“0”时，则该触发器允许输出 脉冲，如果逻辑控制器输出的信号为“1”，则该触发器没有脉冲输出。（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 *，二是来自i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，而逻辑运算电路需i0 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“1”状态（将输入转换成近
