逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究――调机器设计 Microsoft Office Word 文档

沈阳理工大学课程设计11.逻辑无环流可逆直流调速系统简介1.1工作原理逻辑无环流可逆直流调速系统的主电路如下图所示:图1逻辑无环流可逆直流调速系统主电路逻辑无环流可逆直流调速系统主电路如图1所示，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，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。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，但是为了保证运行时电流波形的连续性，应保留平波电抗器。控制线路采用典型的转速、电流双闭环控制系统，电流环分设两个电流调节器ACR1和ACR2，ACR1用来控制正组触发装置，ACR2控制反组触发装置，ACR1的给定信号Ui*经反向器AR同时作为ACR2的给定信号Ui*，这样就可以使电流反馈信号Ui*的极性在正转和反转时都不用改变，从而可采用不反应电流极性的电流检测器，即交流互感器和整流器。由于在主电路中不设均衡电抗器，一旦出现环流将造成严重的短路事故，所以对工作时的可靠性要求特别高，沈阳理工大学课程设计2为此在系统中加入了无环流控制器DLC，以保证系统的可靠运行，所以DLC是系统中的关键部件。逻辑无环流可逆直流调速系统的原理框图如下图所示。图2逻辑无环流可逆直流调速系统原理框图ASR——速度调节器ACR1﹑ACR2——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TA——交流互感器TG——测速发电机M——工作台电动机AR——反号器1.2逻辑无环流装置的组成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：沈阳理工大学课程设计3①由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向。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3～ms5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ms10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4-1所示。图3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*iU和零电流检测信号0iU，输出是控制正组晶闸管触发脉冲封锁信号1U和反组晶闸管触发脉冲封锁信号2U沈阳理工大学课程设计42调节器的设计2.1电流调节器的设计2.1.1确定电流调节器的时间常数（1）、整流装置滞后时间常数Ts：三相桥式电路平均失控时间Ts=0.0017s。（2）、电流滤波时间常数Toi：三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头应有（1~2）Toi=3.33s。则Toi=0.002s（3）、电流小时间常数iT：按小时间常数近似处理：sTTToisi0037.02.1.2设计电流调节器结构采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器，其原理图如图1所示。图中iU为电流给定电压，dI为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压cU。图3PI型电流调速器沈阳理工大学课程设计5根据设计要求%5i，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为：ssKsWiiiACR)1()(检查对电源电压的抗扰性能：40.50037.002.0ssTTil电流调节器超前时间常数：sRLTli02.0取电流反馈系数：AVIUdblim27.71.15.112电流环开环增益：取5.0iITK，因此114.1350037.05.05.0ssTKiI于是，ACR的比例系数为：718.027.7225.4202.014.135siIiKRKK2.1.3校验近似条件满足要求由实验可知：所以由实验可知取2.2360017.002.00017.00017.0)0017.002.0(37.0)(37.0020.05.42837.08378.1323230364.836%101.18.132693.0693.02210220*22min2slssslmmlildcdsTTTTTTTKSTSTRHmHLVUUmHIULUUK沈阳理工大学课程设计6电流环截止频率：114.135sKIci晶闸管整流装置传递函数的近似条件：cisssT11.1960017.03131，满足近似条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：cilmsssTT19.3402.037.01313，满足近似条件。电流环小时间常数近似处理条件：cioissssTT18.180002.00017.0131131，满足近似条件。2.1.4计算调节器电阻和电容按所用运算放大器取kR400，各电阻和电容值为：kkRKRii72.2840718.00，取k29FFFRCiii69.01069.0102902.063，取F69.0FFFRTCoioi2.0102.01040002.044630，取F2.02.2速度调节器的设计2.2.1电流环的等效闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环的一个环节，为此其闭环传递函数为：111)1(1)1()()()(2sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli忽略高次项，)(sWcli可降阶近似为：沈阳理工大学课程设计7111)(sKsWIcli接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为)(sUi，因此电流环在转速环中应等效为：111)()()(sKsWsUsIIcliid2.2.2确定转速调节器的时间常数电流环等效时间常数：ssTKiI0074.00037.0221转速滤波时间常数：sTon01.0转速环小时间常数：按小时间常数近似处理，取sssTKTonIn0174.001.00074.01电压反馈系数：rVrVnUNnmmin008.0min1500122.2.3转速调节器结构设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型转速调节器，其原理图如图2所示。图中nU为转速给定电压，n为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调节器的给定电压iU。沈阳理工大学课程设计8图2PI型转速调节器按设计要求，选用PI调节器，其传递函数为：ssKsWnnnASR)1()(按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为：shTnn087.00174.05转速开环增益为：222224.3960174.052621sThhKnN于是，ASR的比例系数为：1.220174.05.42008.0522.015.027.762)1(nmenRThTChK2.2.4校验近似条件转速环截止频率为：115.34087.04.396sKKnNNcn电流环传递函数简化条件为：cniIssTK117.630037.014.1353131，满足近似条件。转速环小时间常数近似处理条件为：cnonIssTK1175.3801.014.1353131，满足近似条件沈阳理工大学课程设计92.2.5计算调节器的电阻和电容值按所用运算放大器取kR400，则kkRKRnn884401.220，取890kΩFFRCnnn197.010440087.03，取F2.0FFFRTConon1102.1104001.044630，取F1按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转速超调量：%15%23.237.00174.0160015.05.421.15.1812.02))((2*maxmnNbnTTnnzCC能满足课设要求。沈阳理工大学课程设计103主电路参数设计Ud=2.34U2cosUd=UN=220V,取=0°U2=VUd0171.9434.22200cos34.2Idmin=(5%-10%)IN,这里取10%则L=0.693mHIUd2.591.11.0017.94693.0min2008.0150012*NnmnUAVIUdblim27.71.15.112晶闸管参数计算：对于三相桥式整流电路，晶闸管电流的有效值为：ddVTIIII577.0312则晶闸管的额定电流为：AAIIIdVTAVVT4048.01.1368.0368.057.1)(取1.5~2倍的安全裕量，AIAVVT200)(由于电流连续，因此晶闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电压峰值，即：VUUURMFM36.3258.13245.245.22取2~3倍的安全裕量，VUVT600沈阳理工大学课程设计114保护电路设计在主电路变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压保护及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲。过电流保护可以通过电流互感器检测输入电流的变化，与给定值进行比较，当达到设定值时发出过流信号到逻辑控制器，再由逻辑控制器来封锁触发脉冲，实现过流保护。过流保护电路如下图所示。图4过流保护电路过压保护是在直流电动机的电枢两端并上电压取样电阻，当电压值超过设定值时，发出过电压信号，经过电平转换后送到逻辑控制器，由逻辑控制器封锁触发脉冲。沈阳理工大学课程设计125调试5.1调试一一．实验目的1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二．实验内容1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R2．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td3．测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM4．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数TM5．测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Uct)6．测定测速发电机特性UTG=f(n)三．实验系统组成和工作原理晶闸管直流调速系统由晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。四．实验设备及仪器1．MCL—32电源控制屏2．MCL—31低压控制电路及仪表3．MCL—33触发电路及晶闸管主电路4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）5．MEL—03三相可调电阻器6．双踪示波器7．万用表8．直流电动机M03、直流发电机MO1五．注意事项1．由于实验时装置处于开