欧陆514C直流调速控制实验

1一欧陆514C直流调速控制实验一、实验目的1、了解欧陆514C型直流调速控制系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。2、熟悉实验装置的结构及使用方法。3、掌握欧陆514C型直流调速控制系统系统的接线、调试、参数的整定。4、逻辑无环流控制可逆直流调速系统机械特性的测定。二、实验装置与工作原理1、514C型装置的概况欧陆514C型控制系统是英国欧陆驱动器器件公司生产的一种以运算放大器作为调节元件的模拟式逻辑无环流控制直流可逆调速系统。作为一种使用于工业环境中的控制设备，514C型采用了一种开放式的框架结构，整个控制器以散热器为基座，两组反并联连接的晶闸管模块直接固定在散热器上；另外一块驱动电源印刷电路板、一块控制电路印刷电路板和一块面板以层叠式结构装在散热器上面，整个装置不需特殊工具就可很方便地进行拆卸。控制器整体尺寸为160mm×240mm×130mm(宽×高×厚)。实际使用时应将控制器垂直安装，并镶嵌在电气控制箱内。514C型用于对他励式直流电动机或永磁式直流电动机的速度进行控制，能控制电动机的转速在全部4个象限中运行（正、反向的电动运行和制动运行）。514C型使用单相交流电源,主电源可以为110~480V，50Hz或60Hz，根据实际负载需要可外接整流变压器以提供与电机相适应的电源电压；另外，需要使用一个交流辅助电源，电压为110/120V或220/240V，根据市电情况可由一个开关进行选择。直流电动机的速度是通过一个带反馈的线性闭环系统来实现控制的。反馈信号来源可通过一个开关进行选择：可以使用测速反馈（需外接测速发电机），也可使用电枢电压反馈（已包含在控制器内部）。当使用电枢电压反馈时，系统可同时使用电流补偿，即电压负反馈加电流正反馈。514C型是一个以逻辑切换装置进行脉冲选触的逻辑无环流可逆调速控制系统。控制回路是一个双闭环调速系统：外环是速度环，内环是电流环。电流调节器的输出对触发电路进行移相控制，触发电路产生二路触发脉冲由逻辑切换装置进行控制，分别触发正组可控整流电路或反组可控整流电路，以控制电动机正、反转或进行制动。电动机的最大速度由速度反馈系统电位器进行调整（由n=Usn/α可知，整定反馈系数2α，即可整定转速），最大电枢电流由速度调节器的输出限幅电位器进行调整（由n=Usim/β可知，整定Usim，即可整定最大输出电流），而系统的额定输出电流由电流标定开关进行设置。514C系列控制器有514C/04，514C/08，514C/16，514/32四种不同规格的产品，分别可以提供4A，8A，16A，32A等不同的最大输出电流。当电流过载达到1.5倍额定电流时，故障检测电路发出报警信号，并在发生过载60s后切断电源，以对电动机进行保护；而在发生短路时，系统可在瞬间实现过电流跳闸，以对控制器进行有效的保护。在采用电压负反馈时，系统的静差率可达2%，调速范围为20：1；而采用测速反馈时，静差率可达0.1%，调速范围达100：1。2、主要技术参数额定输入主电源电压：交流110~480V±10%电源频率：50/60Hz±5Hz辅助电源电压：交流110/120V或220/240V±10%辅助电源额定电流：3A（包括接触器线圈电流）接触器线圈电流：不超过3A额定输出电枢电压：交流220/240V时为直流180V最大电枢电流：直流4A，8A，16A，32A±10%电枢电流标定：0.1~最大电枢电流值，步距为0.1A标称电动机功率（电枢电压为320V时）：1.125kW，2.25kW,4.5kW，9kW过载倍数：150%额定电流时60s励磁电流：直流3A励磁电压：0.9×主电源电压环境要求：运行温度：0~40℃（40℃以上，温度每升高1℃，额定电流降低1.5%）湿度：85%RH（40℃时，无冷凝）海拔：1000m以上，海拔每升高100m，额定电流降低1%3、控制器的结构与工作原理1）514C型的面板及接线端子分布514C型的面板及接线端子分布，如图1-1所示。2）控制系统的原理框图由图13-2所示控制系统的原理框图中可以看出，514C型为一个逻辑控制的无环流直流可逆调速系统。514C型的控制回路是一个转速—电流双闭环系统，其外环是转速环，可3采用测速反馈或电枢电压反馈，反馈的形式由功能选择开关SW1/3进行选择。注意如采用电压负反馈，则可使用电位器RP8加上电流正反馈作为速度补偿，而如果采用转速负反馈则不能加电流正反馈，电位器RP8应逆时针转到底。速度负反馈系数通过功能选择开关SW1/1，SW1/2来设定反馈电压的范围（根据测速发电机的输出电压确定），并通过电位器RP10进行调整，通过电位器RP10可以对电动机的稳态转速进行校正。图1-1514C型的面板及接线端子分布图4图1-2514C型控制系统的原理框图5转速调节器ASR的输出电压Usi经限幅后，作为电流内环的给定信号(Usi)，并与电流负反馈信号Ufi进行比较，加到电流调节器的输入端，以控制电动机电枢电流。电枢电流的大小由ASR的限幅值Usim以及电流负反馈系数β加以确定(Idm=Usim/β)。ASR的限幅值是以电位RP5及接线端子X7上所接的外部电位器来调整的。在X7端子上未外接电位器时，通过RP5及得到对应最大电枢电流为1.1倍标定电流的限幅值，而在X7端子上通过外接电位器输入0~+7.5V的直流电压时，通过RP5可得到最大电枢电流为1.5倍标定电流值。电流负反馈信号以内置的交流电流互感器从主回路中取出，并以BCD码开关SW2，SW3，SW4按电动机的额定电流来对电流反馈系数进行设置得出标定电流值。例如控制器所控制的直流电动机的额定电流为12.5A，则SW2~SW4即分别设置为1A，2A，5A。注意，电流反馈系数的设定非常重要，一经设定后，系统就按此标定值实行对电枢电流的控制，并按此标定值对系统进行保护。SW2~SW4的满值设定可达39.9A，而该数值超过了整个系列中控制器的最大额定值，是不允许的。SW2~SW4的最大设定不能超过控制器的额定电流，如514C-16型的最大设定值不能超过16A。电流调节器ACR的输出，经过选触逻辑电路XC和变号器BH2送往正组触发电路ZCF和反组触发电路FCF。当需要开放正组可控整流装置时，ACR的输出经选触逻辑电路送往正组触发电路ZCF，而在当需要开放反组可控整流装置时，ACR的输出经选触逻辑电路并反号后送往反组触发电路FCF，从而只用一个电流调节器就可很好地配合正、反组两个触发器的移相特性进行移相控制。选触逻辑电路和变号器均由逻辑切换装置进行控制。因同样的原因，由于电流调节器只有一个，它的给定信号是由转速调节器ASR提供的，ASR的输出电压Usi的极性是可变的，要求电流负反馈Ufi的极性也要随着电枢电流的方向变化，但系统采用的是交流电流互感器，所取出的电流信号经整流以后得到的电流负反馈信号Ufi的极性始终是正极性的。为了保证电流环的负反馈性质，必须使电流负反馈信号Ufi的极性与ASR的输出电压Usi的极性相反，所以在电流反馈通道上也设置了一个变号器BH1，根据逻辑切换装置的控制，在需要时对电流负反馈信号Ufi的极性进行变号。逻辑切换装置负责对正、反两组可控变流器进行切换控制。在电动机处于正向电动或反向制动状态时开放正组可控变流器，封锁反组可控变流器；而在电动机处于反向电动或正向制动状态时开放反组可控变流器，封锁正组可控变流器。逻辑切换装置对正、反两组可控变流器的切换是根据电动机各种运行状态“所需的转矩极性”，亦即电枢电流的给定信号Usi极性来进行控制的，所以将转速调节器的输出电压即电流环的给定信号Usi作为逻辑切换装置的控制指令。同时，在Usi的极性改变之后，还必须等电枢电流减小为零后才能进行正、反6组的切换，因此，零电流信号UI0是逻辑切换装置的第二个控制指令。此外，为了保证切换过程和主电路电压的同步，系统采用了锁相环技术，对主电源的电压进行取样、变换、整形后，产生同步信号，送往逻辑切换装置进行同步；同时将此同步信号经自动斜率调整后，送往触发电路进行移相触发控制，产生触发脉冲。在514C型控制器内，还设置有保护电路，当发生故障后能及时报警并采取保护措施。保护电路分为停车逻辑、故障检测和过电流跳闸三个部分。（1）停车逻辑电路能发出封锁信号，将整个控制系统中各个调节器全部封锁，使系统输出为零，电动机停止运行。封锁信号在以下情况下会产生：①给定信号为零并且电动机转速也为零；②锁相环发生故障；③电动机过热（热敏电阻呈高阻，X22端为高电平）；④系统“使能”（使能够运行）信号未加（ENABLE为低电平）,⑤尚未起动（运行信号RUN为低电平）等。因此，要使系统能正常工作，应使锁相环正常工作，热保护端X22为低电平，ENABLE和RUN为高电平。在运行过程中，ENABLE和RUN应保持高电平，从而使系统内部继电器KA保持得电吸合，接通外部接触器线圈回路，使主电源接通。（2）故障检测电路对电枢电流进行监视，当发生过电流（电枢电流达到限幅值）时，发出故障信号，并点亮“电流限幅”指示灯LED5；当电枢电流保持或超过限幅值60s后，点亮“故障跳闸”指示灯LED2。（3）过电流跳闸电路在电枢电流超限且指示灯LED2点亮时能自动断开内部继电器KA的线圈回路，使KA失电跳闸，从而切断主电源。但若“过流跳闸禁止”开关SW1/9为“ON”时，此开关接通0V，使过电流跳闸电路不起作用，内部继电器KA始终得电，不会跳闸。此外，当时过电流达到3.5倍电流标定值以上即发生短路时，“过电流”指示灯LED3点亮，并且内部继电器KA瞬时跳闸。当发生故障跳闸或热保护停车后，系统可通过将RUN信号断开然后重新施加，从而使故障复位，控制器将重新起动。发生短路故障引起“过电流”指示灯LED3点亮后，不能通过重新施加RUN信号使故障复位，因为这种跳闸可以指示发生了重大故障。在排除短路故障后，可通过将辅助电源断开，然后重新接通而使故障复位，但需注意在重新接通辅助电源前必须先将RUN信号断开。对故障电路的复位操作不能使控制器内部引起跳闸的计时器清零，如果发生故障跳闸后，在过载未消除的情况下重新起动控制器，那么控制器一起动，电流限幅指示灯LED5就会点亮，而且故障跳闸不再是在60s后发生，而是立刻跳闸。这种保护方式能防止控制器和电动机受到连续的过载。要使内部计时器清零，可以在“故障排除”端子X15处输入+10V的电压来实现。74、514C型控制器接线端子功能说明1）514C型控制端子功能说明514C型控制端子功能说明见表1-1。表1-1514C控制端子功能说明端子功能说明备注X1测速反馈测速发电机输入最大+350VX2未用X3速度测量输出0~±10V对应0%~100%转速X4未用X5RUN（运行）输入+24V对应RUN0V对应停止运行电平输入X6电流测量输出0~+7.5V对应±150%标定电流SW1/5为OFF，电流表双极性输出SW1/5为ON，电流值输出X7转矩/电流限幅输出0~+7.5V对应±150%标定电流X8公共0V端模拟/数字量通用X9给定积分输出0~±10V对应0%~±100%斜率值X10正极性速度给定输入0~±10V对应0%~100%转速X11公共0V端模拟/数字量通用X12速度总给定输出0~±10V对应0%~100%转速X13速度斜坡给定输入0~+10V对应0%~100%正转速度0~-10V对应0%~100%反转速度X14+10V参考电压输出供速度/电流给定的+10V参考电压X15故障排除输入故障检测电路复位+10V对应“排除故障”信号X16-10V参考电压输出供速度/电流给定的-10V参考电压X17负极性速度给定输入0~+10V对应0%~100%正转速度0~-10V对应0%~100%反转速度X18电流直接给定输入/输出SW1/8为ON，对应电流给定输出SW1/8为OFF，对应电流给定输入0~±7.5V对应0%~±150%标定电流X19“正常”信号+24V对应“无故障”电平输出X20ENABLE使能输入控制器使能输入，+10~+24V对应使能，0V对应禁用电平