邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（20122013學(xué)年 第一學(xué)期） 題 目 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 評(píng)定成績 目 錄第一章 無環(huán)流設(shè)計(jì)目的11.1問題提出11.1.1有環(huán)流的優(yōu)缺點(diǎn)11.2.1無環(huán)流的優(yōu)缺點(diǎn)11.2解決問題11.3無環(huán)流實(shí)現(xiàn)基本方案11.4 DLC輸入信號(hào)的選擇2第二章 DLC設(shè)計(jì)22.1切換條件22.2 DLC切換分析32.3框圖52.4 DLC具體設(shè)計(jì)62.4.1電平檢測器62.4.2邏輯運(yùn)算72.4.3延時(shí)電路92.4.4邏輯保護(hù)10第三章 設(shè)計(jì)總結(jié)11第四章 參考文獻(xiàn)11第一章 無環(huán)流設(shè)計(jì)目的1.1問題提出

2、1.1.1有環(huán)流的優(yōu)缺點(diǎn) 邏輯有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：適用于小功率。 邏輯有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)：因緩流失敗而造成事故率較高。 1.2.1無環(huán)流的優(yōu)缺點(diǎn) 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可省去環(huán)流電抗器，沒有附加的環(huán)流損耗，從而可以節(jié)省變壓器和晶閘管裝置的設(shè)備容量。與有環(huán)流系統(tǒng)相比，因緩流失敗而造成的事故率大為降低，適用于大功率。 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：由于延時(shí)造成了電流換向死區(qū)，影響了系統(tǒng)過渡過程的快速性。普通邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，在電流換向，待工作組剛開放時(shí)，由于整流電壓和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢相加會(huì)造成很大的電流沖擊。1.2解決問題切換（無環(huán)流）反轉(zhuǎn)無環(huán)流切換邏輯控制環(huán)流DLC功能設(shè)計(jì)要

3、求它按照系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)臺(tái)，指揮正、反組的自動(dòng)切換。DLC的輸出要求：正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；反向制動(dòng)：VF逆變，開放VF，封鎖VR；反向運(yùn)行：VR整流，開放VR，封鎖VF；正向制動(dòng)：VR逆變，開放VR，封鎖VF；因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：VF開放 Ublf = 1，VF封鎖 Ublf = 0；VR開放 Ublr = 1，VR封鎖 Ublr = 0。1.3無環(huán)流實(shí)現(xiàn)基本方案這種邏輯無環(huán)流系統(tǒng)有一個(gè)調(diào)節(jié)器ASR，一個(gè)反號(hào)器AR，采用雙電流調(diào)節(jié)器1ASR和2ASR，雙觸發(fā)裝置GTF和GTR結(jié)構(gòu)。主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，兩組橋在任何時(shí)刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以

4、在兩組橋之間就不會(huì)存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時(shí)，不能簡單的把原來工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來封鎖著的一組橋立即開通，因?yàn)橐呀?jīng)導(dǎo)通晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)斷，必須待晶閘管承受反壓時(shí)才能關(guān)斷。如果對(duì)兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放式同時(shí)進(jìn)行，原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷，而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開通，出現(xiàn)兩組橋同時(shí)導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理主回路中的電感儲(chǔ)存的一部分能量回饋給電網(wǎng)，其余部分消耗在電機(jī)上，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開通

5、原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。 圖2 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖ASR速度調(diào)節(jié)器ACR1ACR2正反組電流調(diào)節(jié)器GTF、GTR正反組整流裝置VF、VR正反組整流橋DLC無環(huán)流邏輯控制器HX推裝置TA交流互感器TG測速發(fā)電機(jī)M工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)LB電流變換器AR反號(hào)器GL過流保護(hù)環(huán)節(jié)這種邏輯無環(huán)流系統(tǒng)有一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，一個(gè)反號(hào)器AR，采用雙電流調(diào)節(jié)器1ACR和2ACR，雙觸發(fā)裝置GTF和GTR結(jié)構(gòu)。主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，由于沒有環(huán)流，不用再設(shè)置環(huán)流電抗器，但是為了保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的電流波形的連續(xù)，仍應(yīng)保留平波電抗器，控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，1ACR用來調(diào)節(jié)

6、正組橋電流，其輸出控制正組觸發(fā)裝置GTF；2ACR調(diào)節(jié)反組橋電流，其輸出控制反組觸發(fā)裝置GTR，1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào),這樣可使電流反饋信號(hào)的極性在正反轉(zhuǎn)時(shí)都不必改變，從而可采用不反映極性的電流檢測器，在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中設(shè)置的無環(huán)流邏輯控制器DLC，這是系統(tǒng)中關(guān)鍵部件。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)切換，或者允許正組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖反組，或者允許反組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖正組。在任何情況下，決不允許兩組晶閘管同時(shí)開放，確保主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的可能。1.4 DLC輸入信號(hào)的選擇邏輯控制器DLC有兩個(gè)輸入量：Ui*、Ui。兩個(gè)輸出量Ublf、Ub

7、lr.Ui*的極性恰好反映了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向的變化。采用Ui*作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個(gè)輸入信號(hào)，稱作“轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)”。 極性的變化不是充分條件，只是邏輯切換的必要條件。當(dāng)正向制動(dòng)開始時(shí)，極性由負(fù)變正，但當(dāng)實(shí)際電流方向未變以前，仍需保持組VF開放，以使進(jìn)行本橋逆變。只有在實(shí)際電流降到零后，才能給DLC發(fā)出命令，封鎖正組，開放反（待逆變）組，使得以反向。通過反組進(jìn)行逆變回饋制動(dòng)。因此，零電流檢測是DLC切換的另一個(gè)輸入指令信號(hào)。第二章 DLC設(shè)計(jì)2.1切換條件1）切換條件：極性的改變與=0是DLC進(jìn)行切換的充要條件。2）延時(shí)：邏輯切換指令發(fā)出后，并不能馬上執(zhí)行，還必須經(jīng)過兩段延時(shí)時(shí)間，以確保系統(tǒng)

8、的可靠工作，即：封鎖延時(shí)=23ms,以防止本橋逆變顛覆。延時(shí)，ido可靠為0，再封鎖脈沖。開放延時(shí)tdl=57ms,因?yàn)樵诜怄i觸發(fā)脈沖后已導(dǎo)通的晶閘管要過一段時(shí)間后才能關(guān)斷，再過一段時(shí)間才能恢復(fù)阻斷能力。否則，可能造成兩組晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生環(huán)流短路事故。3）“多1”保護(hù)：邏輯輸出Ublf和Ublr之間必須有相互聯(lián)鎖的保護(hù)。即“多1”保護(hù)決不允許兩組脈沖同時(shí)開放 2.2 DLC切換分析目前，該系統(tǒng)采用單脈實(shí)現(xiàn)控制，DLC用程序?qū)崿F(xiàn)切換流程，如下：極性變化電流過零發(fā)出邏輯切換指令延時(shí)=23ms封鎖本組脈沖延時(shí)=57ms 開放它組脈沖互鎖保護(hù)繼續(xù)開放本組脈沖NONOYESYES過小的會(huì)造成兩組切換

9、失敗。但過大的將導(dǎo)致切換時(shí)間拖長，增加切換調(diào)節(jié)死區(qū)，影響系統(tǒng)過渡過程的快速性。由上述對(duì)DLC要求如下：1） 由反映轉(zhuǎn)矩方向的電路給定信號(hào)的極性和零電流檢測信號(hào)共同發(fā)出邏輯切換指令。當(dāng)改變極性且發(fā)出零電流信號(hào)時(shí)，允許封鎖原工作組，開放另一組。2） 發(fā)出切換指令后，必須才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖，再經(jīng)過后，才能開放另一組脈沖。3） 無論任何情況下，兩組晶閘管絕對(duì)不允許同時(shí)加觸脈沖，當(dāng)一組工作時(shí)，另一組的觸發(fā)脈沖。 （帶正反饋運(yùn)放構(gòu)成） 結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)矩鑒別器DPT有圖知閉環(huán)：K運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)，正反饋系數(shù) 當(dāng)K一定時(shí)，若，則放大器工作在繼電狀態(tài)，其輸入輸出特性會(huì)出現(xiàn)回環(huán)。其寬度為、正向和負(fù)向飽和輸出電壓輸出由

10、正翻到負(fù)所需最小輸入電壓輸出由負(fù)翻到正所需最小輸入電壓2.3框圖由電平檢測、邏輯運(yùn)算電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)四部分就構(gòu)成了無環(huán)流邏輯裝置。實(shí)現(xiàn)DLC原理圖：電平檢測邏輯判斷延時(shí)電路“多1”聯(lián)鎖保護(hù)轉(zhuǎn)矩極性變化主電路零電流信號(hào)VF 控制正組脈沖VR 控制反組脈沖2.4 DLC具體設(shè)計(jì)2.4.1電平檢測器邏輯裝置的輸入有兩個(gè)：一是反映轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出，二是來自電流檢測裝置反映零電流信號(hào)的，他們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯運(yùn)算電路需要高、低電位兩個(gè)狀態(tài)的數(shù)字量。電平檢測器的任務(wù)就是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，也就是轉(zhuǎn)換成“0”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）或“1”狀態(tài)（將輸入轉(zhuǎn)換成近似為輸出）

11、。采用射極偶合觸發(fā)器作電平檢測器。為了提高信號(hào)轉(zhuǎn)換的靈敏度，前面還加了一級(jí)差動(dòng)放大和一級(jí)射極跟隨器。其原理圖見圖2-4-1。圖2-4-1電平檢測器原理圖電平檢測器的輸入輸出特性如圖2-4-2所示，具有回環(huán)特性。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出和電流檢測裝置輸出都具有交流分量，除入口有濾波外，電平檢測需要具有一定寬度的回環(huán)特性，以防止由于交流分量使邏輯裝置誤動(dòng)作，本系統(tǒng)電平檢測回環(huán)特性的動(dòng)作電壓，釋放電壓。調(diào)整回環(huán)的寬度可通過改變射極偶合觸發(fā)器的集電極電阻實(shí)現(xiàn)。 圖2-4-2電平檢測器輸入輸出特性轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入信號(hào)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出為。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，為低電位（“0”態(tài)），反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為高電位

12、（“1”態(tài)）。零電流檢測器的輸入信號(hào)為電流檢測裝置的零電流信號(hào)，其輸出為。有電流時(shí)為正，為高電位（“1”態(tài)），無電流時(shí)為0，為低電位（“0”態(tài)）。2.4.2邏輯運(yùn)算電路的輸入是轉(zhuǎn)速極性鑒別器的輸出和零電流檢測器輸出。系統(tǒng)在各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，和有不同的極性狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)的要求經(jīng)過邏輯運(yùn)算電路切換其輸出去封鎖脈沖信號(hào)的狀態(tài)（“0”態(tài)或“1”態(tài)），由于采用的是鍺管觸發(fā)器，當(dāng)封鎖信號(hào)為正電位（“1”態(tài)）時(shí)脈沖被封鎖，低電位（“0”態(tài)）時(shí)脈沖開放。利用邏輯代數(shù)的數(shù)學(xué)工具，可以設(shè)計(jì)出具有一定功能的邏輯運(yùn)算電路。設(shè)正轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)，為“0”；反轉(zhuǎn)時(shí)為正，為“1”；有電流時(shí)為正，為“1”；無

13、電流時(shí)為負(fù)，為“0”。代表正組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。代表反組脈沖封鎖信號(hào)，為“1”時(shí)脈沖封鎖，為“0”時(shí)脈沖開放。、表示“1”，、表示“0”。按系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，可列出各量要求的狀態(tài)，如表4-1所示，并根據(jù)封鎖條件列出邏輯代數(shù)式。表2-4 邏輯判斷電路各量要求的狀態(tài)運(yùn) 行 狀 態(tài) 正向起動(dòng)，I=00001 正向運(yùn)行，I有0101 正向制動(dòng)，I有1101 正向制動(dòng)，I=01010 反向起動(dòng)，I=01010 反向運(yùn)行，I有1110 反向制動(dòng)，I有0110 反向制動(dòng)，I00001根據(jù)正組封鎖條件： （2-1）根據(jù)反組封鎖條件： （2-2）邏輯運(yùn)算電路采用分立元件，用或非門

14、電路較簡單，故將上述（2-1）式和（2-2）式最小化，最后化成或非門的形式。 （2-3） （2-4）根據(jù)（2-3）、（2-4）式可畫得邏輯運(yùn)算電路，如圖2-4-3所示，它由四個(gè)或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零電流時(shí)相互切換。圖2-4-3 邏輯運(yùn)算電路現(xiàn)舉例說明其切換過程，例如，整流裝置原來正組工作，這時(shí)邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖3-4中“1”、“0”所示。圖2-4-4或非門電路現(xiàn)在要求整流裝置從正組切換到反組，首先是轉(zhuǎn)矩極性信號(hào)改變極性，由“0”變到“1”，在正組電流未衰減到0以前，邏輯電路的輸出仍維持原狀（為“0”，正組開放。為“1”，反組封鎖）。只有當(dāng)正組電流衰減到零，

15、零電流檢測器的狀態(tài)改變后，邏輯電路輸出才改變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)零電流切換，這是邏輯電路各點(diǎn)狀態(tài)如圖2-4-3所示?；蚍情T電路如圖2-4-4所示。采用鍺二極管2AP13和硅開關(guān)三極管3DK4C是為了減小正向管壓降。2.4.3延時(shí)電路 前面的邏輯運(yùn)算電路保證零電流切換，但僅僅采用零電流切換是不夠的。因?yàn)榱汶娏鳈z測裝置的靈敏度總是有限的，零電流檢測裝置變成“0”態(tài)的瞬間，不一定原來開放組的晶閘管已經(jīng)斷流。因此必須在切換過程中設(shè)置兩段延時(shí)即封鎖延時(shí)和開放延時(shí)，避免由于正反組整流裝置同時(shí)導(dǎo)通而造成短路。根據(jù)這個(gè)要求，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時(shí)電路。延時(shí)電路如圖2-4-5所示，其圖2-4-5延時(shí)電路工作原理如

16、下：當(dāng)延時(shí)電路輸入為“0”時(shí)，輸出亦為“0”態(tài)（截止、導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈沖開放。當(dāng)輸入由“0”變?yōu)椤?”時(shí)，電容C經(jīng)充電，經(jīng)一定延時(shí)后，導(dǎo)通，截止，即輸出由“0”延時(shí)變“1”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)封鎖。其延時(shí)時(shí)間由決定，這里整定為。當(dāng)輸入出“1”變“0”時(shí)，電容C的電荷要經(jīng)過和基射極回路放電，經(jīng)一定延時(shí)后，截止，導(dǎo)通，即輸出由“1”延時(shí)變“0”。相應(yīng)的整流橋脈沖延時(shí)開放。其延時(shí)時(shí)間由參數(shù)決定，這里整定為，這樣就滿足了“延時(shí)封鎖”、“延時(shí)開放”的要求。2.4.4邏輯保護(hù) 邏輯電路正常工作時(shí)，兩個(gè)輸出端總是一個(gè)高電位，一個(gè)低電位，確保任何時(shí)候兩組整流一組導(dǎo)通，另一組則封鎖。但是當(dāng)邏輯電路本身發(fā)

17、生故障，一旦兩個(gè)輸出端均出現(xiàn)低電位時(shí)，兩組整流裝置就會(huì)同時(shí)導(dǎo)通而造成短路事故。為了避免這種事故，設(shè)計(jì)有邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)，如圖2-4-6所示。邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)截取了邏輯運(yùn)算電路經(jīng)延時(shí)電路后的兩個(gè)輸入信號(hào)作為一個(gè)或非門的輸入信號(hào)。當(dāng)正常工作時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)總是一個(gè)是高電位，另一個(gè)是低電位?；蚍情T輸出總是低電位，它不影響脈沖封鎖信號(hào)的正常輸出，但一旦兩個(gè)輸入信號(hào)均為低電位時(shí)，它輸出一個(gè)高電位，同時(shí)加到兩個(gè)觸發(fā)器上，將正反兩組整流裝置的觸發(fā)脈沖全部封鎖了，使系統(tǒng)停止工作，起到可靠的保護(hù)作用。圖2-4-6邏輯保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖第三章 設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次邏輯無環(huán)流可逆V-M調(diào)速系統(tǒng)及邏輯切換單元DLC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)邏輯無環(huán)流可逆