邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與研究——保護(hù)電路

1、摘 要在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)最基本的要素就是能改變旋轉(zhuǎn)方向。而要改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向有兩種辦法：一種是改變電動機(jī)電樞電壓的極性，第二種是改變勵磁磁通的方向。所謂邏輯無環(huán)流系統(tǒng)就是在一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使該組晶閘管完全處于阻斷狀態(tài)，從根本上切斷環(huán)流通路。這種系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速，還能實現(xiàn)回饋制動。對于大容量的系統(tǒng)，從生產(chǎn)角度出發(fā)，往往采用既沒有直流平均環(huán)流，又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)，無環(huán)流可逆系統(tǒng)省去了環(huán)流電抗器，沒有了附加的環(huán)流損耗，和有環(huán)流系統(tǒng)相比，因換流失敗造成的事故率大為降低。因此，邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)中被廣泛運(yùn)用。關(guān)鍵

2、詞：邏輯無環(huán)流；可逆直流調(diào)速系統(tǒng)；DLC；保護(hù)電路；觸發(fā)電路。目錄1 緒論21.1 無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡介21.2系統(tǒng)設(shè)計42系統(tǒng)主電路設(shè)計53 調(diào)節(jié)器的設(shè)計63.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計63.2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計74 DLC設(shè)計85觸發(fā)電路設(shè)計96保護(hù)電路設(shè)計116.1 過電流保護(hù)116.2過電壓保護(hù)13總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄一17附錄二221 緒論1.1 無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡介許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速的啟動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆調(diào)速系統(tǒng)解決了電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動問題，但是，如果兩

3、組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱做環(huán)流。這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，只會加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。換流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)過度特性的平滑性要求不高時，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實現(xiàn)無環(huán)流原理的不同而分為兩大類：邏輯無環(huán)流系統(tǒng)和錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。而錯位無環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少，邏輯無環(huán)流系統(tǒng)目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng)，當(dāng)

4、一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)，組成邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是：任何時候只觸發(fā)一組整流橋，另一組整流橋封鎖，完全杜絕了產(chǎn)生環(huán)流的可能。至于選擇哪一組工作，就看電動機(jī)組需要的轉(zhuǎn)矩方向。若需正向電動，應(yīng)觸發(fā)正組橋；若需反向電動，就應(yīng)觸發(fā)反組橋，可見，觸發(fā)的選擇應(yīng)決定于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性，在恒磁通下，就決定于信號。同時還要考慮什么時候封鎖原來工作橋的問題，這要看工作橋又沒有電流存在，有電流時不應(yīng)封鎖，否則，開放另一組橋時容易造成二橋短路?？梢姡灰眯盘枠O性和電流“有”、“

5、無”信號可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋，開放哪一組橋。基于這種邏輯判斷電路的“指揮”下工作的可逆系統(tǒng)稱邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。 下圖為邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖。 圖1-1 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工作臺電動機(jī)LB電流變換器AR反號器GL過流保護(hù)環(huán)節(jié)1.2系統(tǒng)設(shè)計 要實現(xiàn)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速，就要采用橋式全控整流逆變電路。要達(dá)到電流和轉(zhuǎn)速的超調(diào)要求就要設(shè)計電流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速器；邏輯無環(huán)流的重要部分就是要采用邏輯控制，保證只有一組橋路工作，另一

6、組封鎖。邏輯控制器可以采用組合邏輯元件和一些分立的電子器件組成，也可用單片機(jī)實現(xiàn)，本文使用PLC來實現(xiàn)邏輯控制；觸發(fā)電路要保證晶閘管在合適的時候?qū)ɑ蚪刂?，并且要能方便的改變觸發(fā)脈沖的相位，達(dá)到實時調(diào)整輸出電壓的目的，從而實現(xiàn)調(diào)速。保護(hù)電路有瞬時過壓抑制，過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)，當(dāng)過壓或過流時封鎖觸發(fā)脈沖，從而實現(xiàn)保護(hù)功能。2系統(tǒng)主電路設(shè)計邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路如下圖所示:圖2-1 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不會存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時，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，而同時把原來封

7、鎖著的一組橋立即開通，因為已經(jīng)導(dǎo)通的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才能關(guān)斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放同時進(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)兩組橋同時導(dǎo)通的情況，因沒有環(huán)流電抗器，將會產(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，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱悖乖чl管恢復(fù)阻斷能力，隨后再開通原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。3 調(diào)節(jié)器的設(shè)計3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計圖3-1 電流調(diào)節(jié)器3.2速度調(diào)節(jié)器的

8、設(shè)計圖3-3 速度調(diào)節(jié)器4 DLC設(shè)計無環(huán)流邏輯控制器的任務(wù)是在正組晶閘管工作時，則封鎖反組晶閘管，在反組晶閘管工作時，則封鎖正組晶閘管。采用數(shù)字邏輯電路，使其輸出信號以0 和1 的數(shù)字信號形式來執(zhí)行封鎖與開放的作用，為了確保正反組不會同時開放，應(yīng)使兩者不能同時為1。系統(tǒng)在反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動時應(yīng)該開放反組晶閘管，封鎖正組晶閘管，在這兩種情況下都要開放反組，封鎖正組。從電動機(jī)來看反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動的共同特征是使電動機(jī)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。上述特征可以由ASR 輸出的電流給定信號來體現(xiàn)。DLC 應(yīng)該先鑒別電流給定信號的極性，將其作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個給定信號。僅用電流給定信號去控制DLC 還是不夠，因為其極性的變

9、化只是邏輯切換的必要條件。只有在實際電流降到零時，才能發(fā)出正反組切換的指令。因此，只有電流轉(zhuǎn)矩極性和零電流檢測信號這兩個前提同時具備時，并經(jīng)過必要的邏輯判斷，才可以讓DLC 發(fā)出切換指令。邏輯切換指令發(fā)出后還不能馬上執(zhí)行，需經(jīng)過封鎖時時間Tdb1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時時間Tdt后才能開放另一組脈沖。通常Tdb1=3ms，Tdt=7ms。在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個輸出信號之間必須有互相連鎖的保護(hù)，決不允許出現(xiàn)兩組脈沖同時開放的狀態(tài)。圖4.1 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC5觸發(fā)電路設(shè)計根據(jù)對觸發(fā)器的上述要求，選用同步信號為正弦波的晶體管觸發(fā)電路。原理線路見圖4-12，這種線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡單，

10、調(diào)整容易。理論上移相范圍可達(dá)180°，實際上由于正弦波頂部平坦移相范圍只能有150°左右。移相的線性度就觸發(fā)器本身來說較差，如把觸發(fā)器和可控硅看成一個整體則由于相互補(bǔ)償關(guān)系，它的線性度則較好，即控制電壓與可控硅整流電壓的控制特性是接近線性的，由于作同步信號的正弦波電壓隨電源電壓的波動而波動，當(dāng)不變時，控制角也隨電源電壓的波動而波動，而可控硅整流電壓，隨電源電壓增高而增高，而則隨電源電壓的增高而減小，故可維持近于不變。但當(dāng)電源電壓降得太低時，同步電壓和控制電壓可能沒有交點(diǎn)，觸發(fā)器不能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，致使可控硅工作混亂，造成事故，所以這種觸發(fā)器不宜用于電網(wǎng)電壓波動很大的場合，此外

11、，正弦波觸發(fā)器容易受電源電壓波形畸變的影響，因此同步電壓輸入信號必須加RC濾波器，移相角度一般要大于30°。圖5.1 同步信號為正弦波的觸發(fā)電路原理圖觸發(fā)器采用內(nèi)雙窄脈沖（由與門電路實現(xiàn)），可以減小脈沖變壓器體積。為保證可控硅可靠的觸發(fā)，脈沖寬度為20°，脈沖幅值為200mA，為了提高可控硅承受的能力，脈沖帶有強(qiáng)觸發(fā)，強(qiáng)觸發(fā)脈沖的幅值為400600mA。脈沖波形如圖4-3所示。觸發(fā)器還設(shè)計有和保護(hù)，保證系統(tǒng)逆變時可靠工作，不致逆變顛覆，取，由于采用邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，不要求，取。 觸發(fā)器共有五部分組成：脈沖形成和放大環(huán)節(jié)，脈沖移相環(huán)節(jié)，同步環(huán)節(jié)，雙脈沖環(huán)節(jié)和強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)。脈沖移相

12、環(huán)節(jié) 當(dāng)管從導(dǎo)通到截止（即管由截止到導(dǎo)通）的瞬間產(chǎn)生脈沖。把一個直流控制信號電壓和一個交流正弦波同步電壓同時輸入到管的基極點(diǎn)，當(dāng)時，點(diǎn)電位完全由決定，為負(fù)半波時，點(diǎn)電位小于0，導(dǎo)通，為正半波時，點(diǎn)電位大于0，截止。由負(fù)變正的瞬間就是輸出脈沖的瞬間。 圖5-2 脈沖波形圖一般當(dāng)然希望在控制電壓時整流電壓輸出為0，對三相整流電路電感性負(fù)載或電動機(jī)負(fù)載電流連續(xù)時，則整流電壓。這就要求時的脈沖相位應(yīng)對應(yīng)于主回路的位置，也就要求同步電壓的正弦波由負(fù)半波到正半波的過0點(diǎn)在處，在 位于0的瞬時是在瞬時值為負(fù)值時出現(xiàn)，因此的線圖中反而畫到橫坐標(biāo)下面了，這時脈沖相位相對于時是前移了，即，整流電路工作在整流狀態(tài)。

13、反之，脈沖就后移，即，整流電路工作在逆變狀態(tài)。這種把同步電壓相位固定，而利用交直流疊加進(jìn)行移相控制的方法，稱為正弦波移相的“垂直控制”，實質(zhì)上它就是使，當(dāng)由正的最大值到負(fù)的最大值之間變化時，與得到不同的交點(diǎn)，這個交點(diǎn)的相位理論上說可以有180°的變化，也就是脈沖信號可以在0180°范圍內(nèi)移相。在實際工作中，當(dāng)較大時，與正弦同步電壓相交在正弦波的峰值附近，正弦電壓變化較慢，的開關(guān)過程不干脆，的導(dǎo)通過程也較慢，為此，由的集電極到的基極接上一個180K電阻形成正反饋，使剛開始導(dǎo)通就加速的截止，也就反過來加速了的導(dǎo)通，這樣輸出脈沖前沿就比較陡。在這里移相信號就是同步電壓，采用同一個

14、正弦波。整流裝置為防止脈沖丟失引起工作不正常，要求有限制。對可逆?zhèn)鲃?，整流裝置需要工作在逆變狀態(tài)，為防止逆變顛覆還要求有限制。本系統(tǒng)采用無環(huán)流控制系統(tǒng)，不要求的配合控制，故取，。的限制在圖4-12所示的觸發(fā)電路中是采用在同步電壓正弦波上疊加安全正弦波的措施實現(xiàn)的。從同步變壓器的另外兩個繞組上取兩個電壓，其中一個經(jīng)R-Cl濾波通過二極管取其負(fù)半波作為限制，記作，另一個電壓經(jīng)R-C浸波通過二極管取其正半波作為限制，記作，如圖4-5所示圖5-3、的波形圖6保護(hù)電路設(shè)計6.1 過電流保護(hù)由于過載、直流側(cè)短路、逆變失敗、環(huán)流和交流側(cè)短路等原因會引起系統(tǒng)過流而損壞可控硅。系統(tǒng)采用了三種過流保護(hù)措施： 電流

15、調(diào)節(jié)器限流，電流整定值為250A， 過流保護(hù)環(huán)節(jié)，整定值為350A， 快速熔斷器；對直流回路和每個可控硅元件設(shè)快速熔斷作最后一道過流保護(hù)。它可以在沖擊電流很大，沖擊時間又很短的情況下保護(hù)設(shè)備不受損壞，從而使系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、操作方便圖6.1電流檢測裝置過流保護(hù)環(huán)節(jié)的電路如圖 4-20所示。在系統(tǒng)正常工作時，電流檢測裝置輸出電壓小于14V （相當(dāng)于主回路電流350A），穩(wěn)壓管DW不導(dǎo)通。BG1截止，繼電器釋放，BG2導(dǎo)通，BG3截止，發(fā)射極輸出零電位，不影響正反組晶閘管整流裝置的正常工作。當(dāng)主回路電流超過350A 時，電流檢測裝置輸出大于14V，穩(wěn)壓管DW被雪崩擊穿，BG1導(dǎo)通，BG2截止，B

16、G3導(dǎo)通，發(fā)射極輸出高電位+15V，同時封鎖正反兩組觸發(fā)器的脈沖。當(dāng)BG1導(dǎo)通時繼電器得電吸合。一方面自鎖，另一方面使繼電器得電吸合，在交流側(cè)線路接觸器S-B線圈中的常閉觸頭打開，使S-B跳閘，切斷主回路交流電源。改變電阻和數(shù)值或選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管DW即可整定不同的跳閘電流。圖6.2過流保護(hù)環(huán)節(jié)6.2過電壓保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(hù)。開關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源諸如蓄電池和整流器的電壓如果過高,使開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此,有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路。用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路如圖3所示。 圖6.3 輸入過電壓保護(hù) 在該電路

17、中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻R，使晶體管V導(dǎo)通，繼電器動作，常閉接點(diǎn)斷開，切斷輸入。其中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值Vz=ESrmaxUBE。輸入電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過電壓保護(hù)結(jié)合在一起,構(gòu)成極性保護(hù)鑒別與過電壓保護(hù)電路。 輸出過電壓保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對輸出為5V的開關(guān)穩(wěn)壓器來說,它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時,開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)三極管突然損壞,輸出電位就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值,瞬時造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。最簡單的過電壓保電路如圖4所示。 圖6.4 簡單的輸出過電壓保護(hù) 當(dāng)輸

18、出電壓過高時,穩(wěn)壓管被擊穿,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,把輸出端短路,造成過電流,通過保險絲或電路保護(hù)器將輸入切斷,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時間相當(dāng)于晶閘管的開通時間，約為510s。它的缺點(diǎn)是動作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動作點(diǎn)不穩(wěn)定。另外，穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性，型號相同但過電壓起動值卻各不相同，給調(diào)試帶來了困難。圖6.5是改后的電路。其中R1、R2是取樣電路，Vz是基準(zhǔn)電壓。 圖6.5 輸出過電壓保護(hù) 輸出電壓Esc突然升高，晶體管V1、V2導(dǎo)通，晶閘管就導(dǎo)通?；鶞?zhǔn)電壓Vz由式Esc=(R1R2)(VzUBEI)/R1 ，來確定，UBE1為V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓降。本電路的動作電壓可變，并且動作

19、點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)穩(wěn)壓管為7V時，其溫度系數(shù)和晶體管V1的發(fā)射結(jié)（BE）電壓的溫度系數(shù)可以抵消，能使溫度系數(shù)降得很低。但是對于輸出為55.5V的直流開關(guān)穩(wěn)壓器來說，其常用的動作電壓是5.56V。那么穩(wěn)壓管電壓必在3.5V以下，此電壓附近的穩(wěn)壓管的溫度變化系數(shù)是2030mV/。因此,溫度變化大的場合保護(hù)電路還會發(fā)生誤動作。采用集成電路電壓比較器來檢測開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法，利用比較器的輸出狀態(tài)的改變跟相應(yīng)的邏輯電路配合，構(gòu)成過電壓保護(hù)電路，總結(jié)我們將課程設(shè)計分為主電路設(shè)計，觸發(fā)電路設(shè)計，保護(hù)電路設(shè)計，及DLC設(shè)計，調(diào)節(jié)器設(shè)計。主電路設(shè)計部分主要是設(shè)計了主電路，選擇主電路參數(shù)，觸發(fā)

20、電路部分是利用數(shù)字集成電路進(jìn)行觸發(fā)器設(shè)計，調(diào)節(jié)器部分分為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，保護(hù)電路部分分為過壓保護(hù)和過流保護(hù)。本次課程設(shè)計的數(shù)據(jù)均是實驗測得的數(shù)據(jù)，所以比較可靠，我們也按要求完成了課程設(shè)計的各部分內(nèi)容。 參考文獻(xiàn)<1> 陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2003.7<2> 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2007.7<3> 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ),北京,高等教育出版社,2006.01<4> 付文.電力拖動自動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書.<5> 楊松才.電力拖動

21、自動控制系統(tǒng)圖集附錄一 參數(shù)設(shè)置（晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗）一實驗?zāi)康?了解電力電子及電氣傳動教學(xué)實驗臺的結(jié)構(gòu)及布線情況。2熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。3掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測定方法。二實驗內(nèi)容1測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻R2測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時間常數(shù)Td3測定直流電動機(jī)電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM4測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)TM5測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f (Uct)6測定測速發(fā)電機(jī)特性UTG=f (n)三實驗系統(tǒng)組成和工作原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由晶閘管整流調(diào)速裝置，平波電抗器，電動機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。本實驗中

22、，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實驗要求。四實驗設(shè)備及儀器1MCL32電源控制屏2MCL31低壓控制電路及儀表3MCL33觸發(fā)電路及晶閘管主電路4電機(jī)導(dǎo)軌及測速發(fā)電機(jī)（或光電編碼器）5MEL03三相可調(diào)電阻器6雙蹤示波器7萬用表8直流電動機(jī)M03、直流發(fā)電機(jī)MO1 五注意事項1由于實驗時裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數(shù)。2為防止電樞過大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機(jī)前給定電位器應(yīng)調(diào)回零位，以防過流。3電機(jī)堵轉(zhuǎn)時，大電流測量的時間要短，以防

23、電機(jī)過熱。六實驗方法1電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電機(jī)的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內(nèi)阻Rn，即R=Ra+RL+Rn為測出晶閘管整流裝置的電源內(nèi)阻，可采用伏安比較法來測定電阻，其實驗線路如圖A1所示。圖A1.1 電樞回路電阻R的測定將變阻器RP（可采用兩只900電阻并聯(lián)）接入被測系統(tǒng)的主電路，并調(diào)節(jié)電阻負(fù)載至最大。測試時電動機(jī)不加勵磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。MCL-31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。調(diào)節(jié)偏移電壓電位器RP2，使a=150°。合上主電路電源開關(guān)。調(diào)節(jié)Ug使整流裝置輸出電壓Ud=（3070）%Unom（可為110V），然后調(diào)整R

24、P使電樞電流分別為（8090）%Inom和40%Inom，在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值I1、I2，U1、U2。表A1.1U(V)7389I(A)0.90.5可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)=40.0W如把電機(jī)電樞兩端短接，重復(fù)上述實驗，可得表A1.2U(V)92101I(A)0.90.5RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)=22.5W則電機(jī)的電樞電阻為Ra=R-（RL+Rn）=17.5W短接電抗器兩端，重復(fù)上述實驗，可得電抗器直流電阻RL。表A1.3U(V)7389I(A)0.90.5 RL=R-（Ra+Rn）=40.0W-32.5W=7.5W2主電路電磁時間常

25、數(shù)的測定圖A1.2 主電路電磁時間常數(shù)的測定實驗線路如圖A2所示。采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數(shù)規(guī)律上升 其電流變化曲線如圖2.5所示。當(dāng)t =Td時，有 MCL-31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)。電機(jī)不加勵磁。調(diào)節(jié)Uct，監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機(jī)電樞電流為(5090)%Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量出當(dāng)電流上升至63.2%穩(wěn)定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數(shù)Td。5ms圖A1.3 電流變化曲線由上圖可知Td=0.632×5

26、=3.2ms3電動機(jī)電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定將電動機(jī)加額定勵磁，使之空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)=0.12 V/(r/min)表A1.4Ud(V)69159n(r/min)10091013轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時)CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce=1.114系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)可由下式計算 由于Tm>>Td，也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)，即當(dāng)電樞突加給定電壓時，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)63.2%穩(wěn)態(tài)值時，所經(jīng)過的時間即為拖動系統(tǒng)的機(jī)電時間常

27、數(shù)。測試時電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。MCL31的給定電位器RP1逆時針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)。電動機(jī)M加額定勵磁。調(diào)節(jié)Uct，將電機(jī)空載起動至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機(jī)電時間常數(shù)為30.2ms。5測速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測定實驗線路如圖2.3所示。電動機(jī)加額定勵磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對應(yīng)的UTG,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。表A1.5n（r/min）21049680011001500UTG

28、（V）1.323.064.936.768.70Uct（V）0.50.841.362.226.82Ud（V）85136188237287圖A1.3 系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)的測定附錄二系統(tǒng)調(diào)試（邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗）一實驗?zāi)康?. 了解并熟悉邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成。2. 掌握各控制單元的原理，作用及調(diào)試方法。3. 掌握邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。4. 了解邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和動態(tài)特性。二實驗內(nèi)容1控制單元調(diào)試2系統(tǒng)調(diào)試3正反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f (Id)的測定4正反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性n=f (Ug)的測定5系統(tǒng)的動態(tài)特性的觀察三實驗系統(tǒng)的組成及工作原理邏輯無環(huán)流

29、系統(tǒng)的主回路由二組反并聯(lián)的三相全控整流橋組成，由于沒有環(huán)流，兩組可控整流橋之間可省去限制環(huán)流的均衡電抗器，電樞回路僅串接一個平波電抗器。控制系統(tǒng)主要由速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，反號器AR，轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT，零電流檢測器DPZ，無環(huán)流邏輯控制器DLC，觸發(fā)器，電流變換器FBC，速度變換器FBS等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖A4所示。正向起動時，給定電壓Ug為正電壓，無環(huán)流邏輯控制器的輸出端Ublf為”0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。減小給定時，Ug<Un,使Ui 反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而Ublf,U

30、blr不變，當(dāng)主回路電流減小并過零后，Ublf，Ublr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ublf為“1”態(tài)，Ublr為“0”態(tài)，即進(jìn)入它橋制動狀態(tài)，使電機(jī)降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成正向運(yùn)行；當(dāng)Ug=0時，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行時，Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，主電路反組可控整流橋工作。無環(huán)流邏輯控制器的輸出取決于電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，正向運(yùn)轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動它橋逆變狀態(tài)，Ublf為”0”態(tài)，Ublr為”1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運(yùn)轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動它橋逆變階段，則Ublf為”1”態(tài)，Ublr為”0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于邏輯控制器的作用，在邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會同時觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過程中既無直流環(huán)流也無脈沖環(huán)流。四實驗設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏2MCL31組件3MCL33組件4MEL-11掛箱5MEL03三相可調(diào)電阻6電機(jī)導(dǎo)軌及測速發(fā)電機(jī)、7直流