邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

1、目錄1 緒論11.1電力拖動(dòng)簡介11.2直流調(diào)速系統(tǒng)11.3無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡介22.調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)32.1 電流調(diào)節(jié)器32.1.1確定電流調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)42.2設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)42.2.1校驗(yàn)近似條件52.2.2計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容52.3速度調(diào)節(jié)器52.3.1確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)62.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.3.3校驗(yàn)近似條件72.3.4計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容值83. 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)93.1 KJ004原理介紹93.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)113.2.1 系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)器的要求113.2.2 觸發(fā)電路及其特點(diǎn)123.3 邏輯控制器的設(shè)計(jì)144.系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及測定164.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)

2、和環(huán)節(jié)特性的測定164.1.1 電樞回路電阻R的測定164.1.2 主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測定184.1.3 電動(dòng)機(jī)電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定204.1.4 系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測定204.1.5 測速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測定214.2 邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)特性測試224.2.1 機(jī)械特性n=f (Id)的測定244.2.2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察245.系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)265.1主電路原理及說明265.2主電路參數(shù)設(shè)計(jì)27總 結(jié)28參考文獻(xiàn)28 1 緒論1.1電力拖動(dòng)簡介隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人力勞動(dòng)被大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械所代替。電力拖動(dòng)及其自動(dòng)化得到不斷的發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝對(duì)

3、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的要求越來越高，尤其在其準(zhǔn)確性、快速性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等方面的要求，與日俱增。因此，需要不斷地改進(jìn)和完善電氣控制設(shè)備，使電力拖動(dòng)自動(dòng)化可以跟得上技術(shù)要求。電力拖動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)及其供電電源、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制裝置等四部分組成。電動(dòng)機(jī)及其供電電源是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是把機(jī)械能進(jìn)行傳遞與分配；執(zhí)行機(jī)構(gòu)是使機(jī)械能完成所需的轉(zhuǎn)變；電氣控制裝置是控制系統(tǒng)按著生產(chǎn)工藝的要求來動(dòng)作，并對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用。隨著生產(chǎn)的要求不斷提高，技術(shù)不斷更新，拖動(dòng)系統(tǒng)也隨之更新。同時(shí)，新型電機(jī)、大功率半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代控制理論發(fā)展的發(fā)展使電力拖動(dòng)自動(dòng)化發(fā)生了巨大的變

4、革。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)直流電機(jī)由于其良好的起、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，在電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位，雖然近年來交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制技術(shù)發(fā)展很快，但是交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制的基礎(chǔ)仍是直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)技術(shù)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流電機(jī)容易實(shí)現(xiàn)各種控制系統(tǒng)，也容易實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的“最佳化”，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)可以更好的研究交流拖動(dòng)系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)

5、系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。1.3無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡介無環(huán)流控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)主電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管組成，當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路或邏輯算法去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)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)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)。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(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過程對(duì)系統(tǒng)過度特性的平滑性要求不高時(shí)，特別是對(duì)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(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。

6、無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)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(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)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)，組成邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是：任何時(shí)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(dòng)機(jī)組需要的轉(zhuǎn)矩方向。若需正向電動(dòng)，應(yīng)觸發(fā)正組橋；若需反向電動(dòng)，就應(yīng)觸發(fā)反組橋，可見，觸發(fā)的選擇應(yīng)決定于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性，在恒磁通下，就決定于信號(hào)。同時(shí)還要考慮什么時(shí)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(shí)不應(yīng)封鎖，否則，開放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路?？梢?，只要用信號(hào)極

7、性和電流“有”、“無”信號(hào)可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋，開放哪一組橋?；谶@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)。2.調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)2.1 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器適用于可控制傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)其輸入信號(hào)（給定量和反饋量）時(shí)進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分，延時(shí)等運(yùn)算或者同時(shí)兼做上述幾種運(yùn)算。以使其輸出量按某種予定規(guī)律變化。其原理圖如圖2.1所示。它是由下述幾部分組成：運(yùn)算放大器，兩極管限幅，互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等。 圖2.1電流調(diào)節(jié)器原理圖電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了4個(gè)輸入端，其中2端接過流推b信號(hào)，來自電流變換器的過流信號(hào)Ub，當(dāng)該點(diǎn)電位高于某值時(shí)

8、，VST1擊穿，正信號(hào)輸入，ACR輸出負(fù)電壓使觸發(fā)電路脈沖后移。UZ、UF端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端，當(dāng)這二端為高電平時(shí)，三極管V1、V2導(dǎo)通將Ugt和Ugi信號(hào)對(duì)地短接，用于邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)。晶體管V3和V4構(gòu)成互補(bǔ)輸出的電流放大級(jí)，當(dāng)V3、V4基極電位為正時(shí)，V4管（PNP型晶體管）截止，V3管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。如V3，V4基極電位為負(fù)時(shí)，V3管（NPN型晶體管）截止，V4管和負(fù)截構(gòu)成射極跟隨器。接在運(yùn)算放大器輸入端前面的阻抗為輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)。改變輸入和反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就能得到各種運(yùn)算特性。元件RP1、RP2、RP3裝在面板上，C1、C2的數(shù)值可根據(jù)需要，由外接電容來改變。2.1.1

9、確定電流調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)（1）、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts：三相橋式電路平均失控時(shí)間Ts = 0.0017s。（2）、電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭應(yīng)有（12）Toi = 3.33s。則Toi=0.002s（3）、電流小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理：2.2設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖1所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞

10、函數(shù)為： 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：取電流反饋系數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為：2.2.1校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：，滿足近似條件。忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：，滿足近似條件。2.2.2計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容，取，取，取2.3速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器ASR的功能是對(duì)給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法，減法，比例，積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。 圖2.2速度調(diào)節(jié)器原理圖 它由運(yùn)算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。其原理圖如圖2.2所轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR也可當(dāng)作電壓調(diào)節(jié)器AVR來使用。速度調(diào)節(jié)器采用電路運(yùn)算放大器，它具有兩個(gè)

11、輸入端，同相輸入端和倒相輸入端，其輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之差成正比。電路運(yùn)算放大器具有開環(huán)放大倍數(shù)大，零點(diǎn)漂移小，線性度好，輸入電流極小，輸出阻抗小等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成理想的調(diào)節(jié)器。圖2.2中，由二極管VD4，VD5和電位器RP2，RP3組成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C2，R9組成反饋微分校正網(wǎng)絡(luò)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)，R15，C1組成速度環(huán)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)。場效應(yīng)管V5為零速封鎖電路，當(dāng)4端為0V時(shí)VD5導(dǎo)通，將調(diào)節(jié)器反饋網(wǎng)絡(luò)短接而封鎖，4端為-13V時(shí)，VD5夾斷，調(diào)節(jié)器投入工作。RP1為放大系數(shù)調(diào)節(jié)電位器。元件RP1，RP2，RP3均安裝在面板上。電容C1兩端在面板上裝有接線柱，電容C2兩

12、端也裝有接線柱，可根據(jù)需要外接電容。2.3.1確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取電壓反饋系數(shù)：2.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖2所示。圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：于是，ASR的比例系數(shù)為：2.3.3校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：，滿足近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：

13、，滿足近似條件。2.3.4計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容值，取66.6k，取，取按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：3. 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)3.1 KJ004原理介紹可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。器件輸出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對(duì)同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。一、電路工作原理：電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。電原理見下圖

14、：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R6、RW1,流出的充電電流和積分電容C1的數(shù)值。對(duì)不同的移相控制電壓VY,只有改變權(quán)電阻R1、R2的比例,調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移電壓VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW1,可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型,即移相電壓增加,導(dǎo)通角增大。R7和C2形成微分電路,改變R7和 C2的值,可獲得不同的脈寬輸出。的同步電壓為任意值。 二、封裝形式電路采用雙列直插C16白瓷和黑瓷兩種外殼封裝,外形尺寸按電子工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體集成電路外形尺寸SJll0076功 能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k)空地同步輸入綜合比較空微分阻容封鎖調(diào)制輸出+Vcc引線腳號(hào)1 2

15、3 45 678910111213141516三、典型接線圖及各點(diǎn)波形同步串聯(lián)電阻R4的選擇按右式計(jì)算：R4=同步電壓/23×103（）各點(diǎn)波形式如右圖所示四、電參數(shù)：1電源電壓：直流+15V、-15V,允許波動(dòng)土5(±10時(shí)功能正常)。2KJ004 電源電流：正電流15mA,負(fù)電流10mA。3同步電壓：任意值。4同步輸入端允許最大同步電流：6mA(有效值)5移相范圍1700(同步電壓30V,同步輸入電阻15k)6鋸齒波幅度：10V(幅度以鋸齒波平頂為準(zhǔn))。7輸出脈沖：3.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)器的要求為保證較寬的調(diào)速范圍和可逆運(yùn)行，要求觸發(fā)脈沖能夠在180

16、°范圍內(nèi)移向。對(duì)于三相全控橋式整流電路，為了保證可控硅可靠換流，要求觸發(fā)脈沖寬度大于60°，或者用雙窄脈沖。對(duì)可逆系統(tǒng)，為了防止逆變顛覆和提高工作的可靠性，觸發(fā)脈沖需要有和限制3.2.2觸發(fā)電路及其特點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)器的要求如下： 為保證較寬的調(diào)速范圍和可逆運(yùn)行，要求觸發(fā)脈沖能夠在180°范圍內(nèi)移向。 對(duì)于三相全控橋式整流電路，為了保證可控硅可靠換流，要求觸發(fā)脈沖寬度大于60°，或者用雙窄脈沖。 對(duì)可逆系統(tǒng)，為了防止逆變顛覆和提高工作的可靠性，觸發(fā)脈沖需要有和限制。根據(jù)對(duì)觸發(fā)器的上述要求，選用同步信號(hào)為正弦波的晶體管觸發(fā)電路。這種線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡單，調(diào)整容

17、易。理論上移相范圍可達(dá)180°，實(shí)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(gè)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(hào)的正弦波電壓隨電源電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，當(dāng)不變時(shí)，控制角也隨電源電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，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(shí)，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(dòng)很大的場合，此外，正弦

18、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(hào)必須加RC濾波器，移相角度一般要大于30°。觸發(fā)器還設(shè)計(jì)有和保護(hù)，保證系統(tǒng)逆變時(shí)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。圖5.3同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路設(shè)計(jì)圖3.3 邏輯控制器的設(shè)計(jì) 無環(huán)流邏輯控制器的任務(wù)是在正組晶閘管工作時(shí)，則封鎖反組晶閘管，在反組晶閘管工作時(shí)，則封鎖正組晶閘管。采用數(shù)字邏輯電路，使其輸出信號(hào)以0 和1 的數(shù)字信號(hào)形式來執(zhí)行封鎖與開放的作用，為了確保正反組不會(huì)同時(shí)開放，應(yīng)使兩者不能同時(shí)為1。系統(tǒng)在反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)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

19、組。從電動(dòng)機(jī)來看反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)的共同特征是使電動(dòng)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(hào)來體現(xiàn)。DLC 應(yīng)該先鑒別電流給定信號(hào)的極性，將其作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個(gè)給定信號(hào)。僅用電流給定信號(hào)去控制DLC 還是不夠，因?yàn)槠錁O性的變化只是邏輯切換的必要條件。只有在實(shí)際電流降到零時(shí)，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(hào)這兩個(gè)前提同時(shí)具備時(shí)，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(shí)時(shí)間Tdb1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時(shí)時(shí)間Tdt后才能開放另一組脈沖。通常Tdb1=3ms，Tdt=7ms。在邏輯運(yùn)

20、算判斷發(fā)出切換指令UF、UR后，必須經(jīng)過封鎖延時(shí)Udb1和開放延時(shí)Udt才能執(zhí)行切換命令。用FX2系列PLC實(shí)現(xiàn)時(shí)，只要用其內(nèi)部的1ms定時(shí)器即可達(dá)到延時(shí)目的。一般封鎖延時(shí)取Udb1=3ms，此時(shí)封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時(shí)Udt=7ms開放另一組。若封鎖延時(shí)與開放延時(shí)同時(shí)開始計(jì)時(shí)，則開放延時(shí)時(shí)間為3+7=10ms，設(shè)延時(shí)后的UF'、UR'狀態(tài)分別用輔助繼電器M4、M5表示。DLC裝置的最后部分為邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)。正常時(shí)，UF'與UR'狀態(tài)總是相反的；一旦DLC發(fā)生故障，使UF'和UR'同時(shí)為“1”，將造成兩組晶閘管同時(shí)開放，必須避免此情況。滿足

21、保護(hù)要求的邏輯真值表如下表。設(shè)DLC的輸出信號(hào)由PLC輸出端子Y0、Y1輸出。M4M5Y0Y100000101101011禁止表4-1 邏輯真值表其中Y0控制GTF，Y1控制GTR。為了實(shí)現(xiàn)邏輯保護(hù)，一方面可以用Y0、Y1實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，另一方面還可以用M4、M5接通特殊輔助繼電器M8034禁止全部輸出，進(jìn)行雙重保護(hù)。X2和X3是過壓和過流檢測信號(hào)。4.系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算及測定4.1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定(一) 實(shí)驗(yàn)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

22、萬用表8直流電動(dòng)機(jī)M03、直流發(fā)電機(jī)MO1 （二）注意事項(xiàng)1由于實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置處于開環(huán)狀態(tài)，電流和電壓可能有波動(dòng)，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(dòng)電動(dòng)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(shí)，大電流測量的時(shí)間要短，以防電機(jī)過熱。（三）實(shí)驗(yàn)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(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成。本實(shí)驗(yàn)中，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(shí)驗(yàn)要求。4.1.1 電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電

23、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(shí)驗(yàn)線路如圖5.1所示。圖5.1電樞回路電阻R 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(shí)電動(dòng)機(jī)不加勵(lì)磁，并使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)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RP使電樞電流為（8090）%Inom，讀取電流表A和電壓表V的數(shù)值為I

24、1,U1，則此時(shí)整流裝置的理想空載電壓為Udo=I1R+U1調(diào)節(jié)RP，使電流表A的讀數(shù)為40%Inom。在Ud不變的條件下讀取A，V表數(shù)值，則Udo=I2R+U2 求解兩式，可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把電機(jī)電樞兩端短接，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，可得 RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2)則電機(jī)的電樞電阻為Ra=R-（RL+Rn）同樣，短接電抗器兩端，也可測得電抗器直流電阻RL。測試結(jié)果U總7390I總0.90.5 表5.1 電樞回路總電阻測試據(jù)公式R=(U2-U1)/(I1-I2)得 R=(90-73)/(0.9-0.5)=42.5U'92102I'0.9

25、0.5 表5.2平波電抗器的直流電阻RL與整流裝置的內(nèi)阻Rn之和測試據(jù)公式RL+Rn=(U2-U1)/(I1-I2) 得RL+Rn=(102-92）/(0.9-0.5)=25.0U''8397I''0.90.5 表5.3 整流裝置的內(nèi)阻Rn與電樞電阻Ra之和測試據(jù)公式Ra+Rn=(U''2-U''1)/(I''1-I''2) 得Ra+Rn=(97-83)/(0.9-0.5)=17.5所以可得：電樞回路總電阻 R=42.5整流裝置的內(nèi)阻Rn=17.5電樞電阻Ra=17.5 平波電抗器的直流電阻RL=7

26、.54.1.2 主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)線路如圖5.2所示： 圖5.2 主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Td，電樞回路突加給定電壓時(shí)，電流id按指數(shù)規(guī)律上升其電流變化曲線如圖4.3所示。當(dāng)t =Td時(shí)，有MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)，電機(jī)不加勵(lì)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(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。 圖5.3 電流變化曲線4.1.3 電動(dòng)

27、機(jī)電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測定將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)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CeCe=KeF=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/(r/min)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時(shí))CM的單位為N.m/A，可由Ce求出 CM=9.55Ce由實(shí)驗(yàn)測得兩組數(shù)據(jù)： 當(dāng)n1=1225 r/min時(shí)V1=181V; 當(dāng)n2=1125 r/min時(shí)V2=161V帶入上述公式得:Ce=0.15v/(r/min)4.1.4 系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)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(shí)，轉(zhuǎn)速

28、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(shí)，所經(jīng)過的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。測試時(shí)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(shí)針調(diào)到底，使Uct=0。合上主電路電源開關(guān)，電動(dòng)機(jī)M加額定勵(lì)磁。調(diào)節(jié)Uct，將電機(jī)空載起動(dòng)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(shí)間常數(shù)。實(shí)測曲線如圖5.4所示：由實(shí)驗(yàn)測得：Tm=37ms 圖5.4 實(shí)測過渡過程曲線4.1.5 測速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測定圖5.5 系統(tǒng)電機(jī)常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)線路如圖5.5所示。電動(dòng)機(jī)

29、加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Uct，分別讀取對(duì)應(yīng)的UTG,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)。n（r/min）20050080011001500Uct（V）0.320.620.941.412.40UCT (V)1.393.425.447.5110.1Ud(V)3377121165222 表5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果4.2 邏輯無環(huán)流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)特性測試（一）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理邏輯無環(huán)流系統(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(gè)平波電抗器?？刂葡到y(tǒng)主要由速度調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR，反號(hào)

30、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2.10所示。正向起動(dòng)時(shí)，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(shí)，Ug<Un,使Ui 反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而Ublf,Ublr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(dòng)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(shí)，

31、則電機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行時(shí)，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(dòng)本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動(dòng)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(dòng)本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動(dòng)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(huì)同時(shí)觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時(shí)，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。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1MCL系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏2 MCL31組件3MCL

32、33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直流電動(dòng)機(jī)M03、直流發(fā)電機(jī)M018示波器9MCL¾34組件（三）注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證邏輯控制器工作；邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運(yùn)行。2為了防止意外，可在電樞回路串聯(lián)一定的電阻，如工作正常，則可隨Ug的增大逐漸切除電阻。4.2.1 機(jī)械特性n=f (Id)的測定將ASR,ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)ASR的調(diào)試：（a）反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最??； （b）“5”、“6”端接入MEL11電容器，預(yù)置57.5F； （c）調(diào)節(jié)RP1、RP2使輸出限幅為±5V。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug，使電機(jī)空載轉(zhuǎn)速至1500 r/min，再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻Rd，在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)分別記錄78點(diǎn)，可測出系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）n(r/min)12151213121212091208120