長(zhǎng)沙理工大學(xué)邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)資

的關(guān)系5輔助電路設(shè)計(jì)5.1高精度給定電源的設(shè)計(jì)給定的原理圖如圖5.1所示。圖5.1電壓給定原理圖電壓給定由兩個(gè)電位器RP1、RP2及兩個(gè)鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極性切換開關(guān)，輸出的正、負(fù)電壓的大小分別由RP1、RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為0～士l5V，S2為輸出控制開關(guān)，打到“運(yùn)行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出恒為零。5.2其它輔助電路設(shè)計(jì)5.2.1轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測(cè)器，用于檢測(cè)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個(gè)由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算所需的“0”、“1”電平信號(hào)。其原理圖如圖5.2所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖5.4a調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對(duì)于零點(diǎn)的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為:(5-1)式中，K1為正反饋系數(shù)，K1越大，則正反饋越強(qiáng)，回環(huán)寬度就越??；Usr2和Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓；Uscm1和Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測(cè)環(huán)寬一般取0.2～0.6V，環(huán)寬大時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時(shí)會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作遲鈍。圖5.2轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖圖5.3零電平檢測(cè)器原理5.2.2零電平檢測(cè)器也是一個(gè)電平檢測(cè)器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測(cè)，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時(shí)，電平檢測(cè)器檢測(cè)到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖5.3和圖5.4b所示。(a)轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè)(b)零電平檢測(cè)圖5.4轉(zhuǎn)矩極性鑒別及零電平檢測(cè)輸入輸出特性5.2.3邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對(duì)轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖5.5所示。其主要由邏輯判斷電路、延時(shí)電路、邏輯保護(hù)電路、推電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。圖5.5邏輯控制器原理圖(1)邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測(cè)的輸出UM和UI狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由UM是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由UI是否從“0”變“1”決定)。即當(dāng)UM變號(hào)后，零電平檢測(cè)到主電路電流過零(UI=“1”)時(shí)，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)保證在任何時(shí)刻邏輯判斷電路的輸出UZ和UF狀態(tài)必須相反。(2)延時(shí)環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF后，經(jīng)關(guān)斷等待時(shí)間t1（約3ms）和觸發(fā)等待時(shí)間t2(約lOms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路，延時(shí)電路中的VD1、VD2、C1、C2起t1的延時(shí)作用，VD3、VD4、C3、C4起t2的延時(shí)作用。(3)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時(shí)，UZ、UF的輸出同時(shí)為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個(gè)輸出端Ulf和Ulr全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時(shí)開放，引起短路和環(huán)流事故。加入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、UF全為“1”狀態(tài)時(shí)，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點(diǎn)電位變?yōu)椤?”，使Ulf和Ulr都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時(shí)封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。(4)推β環(huán)節(jié)在正、反橋切換時(shí)，邏輯控制器中的G8輸出“1”狀態(tài)信號(hào)，將此信號(hào)送入調(diào)節(jié)器II的輸入端作為脈沖后移推β信號(hào)，從而可避免切換時(shí)電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動(dòng)Ulf、Ulr,故增加了V3、V4組成的功率放大級(jí)。5.2.4(1)電流反饋與過流保護(hù)單元的輸入端TA1、TA2、TA3，來自電流互感器的輸出端，反映負(fù)載電流大小的電壓信號(hào)經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至RP1、RP2、及R1、R2、VD7組成的3條支路上，其中:①R2與VD7并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在VD7的陽(yáng)極取零電流檢測(cè)信號(hào)從“1”端輸出，供零電平檢測(cè)用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時(shí)候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得，VD7處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時(shí)候，“1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接近0.6V左右時(shí)，VD7導(dǎo)通，使“1”端輸出始終鉗位在0.6V左右。②將RP1的滑動(dòng)抽頭端輸出作為電流反饋信號(hào)，從“2”端輸出，電流反饋系數(shù)由RP1進(jìn)行調(diào)節(jié)。③RP2的滑動(dòng)觸頭與過流保護(hù)電路相連，調(diào)節(jié)RP2可調(diào)節(jié)過流動(dòng)作電流的大小。圖5.6電流反饋與過流保護(hù)原理圖(2)當(dāng)電路開始工作時(shí)，由于V2的基極有電容C2的存在，V3必定比V2要先導(dǎo)通，V3的集電極低電位，V4截止，同時(shí)通過R4、VD8將V2基極電位拉低，保證V2一直處于截止?fàn)顟B(tài)。(3)當(dāng)主電路電流超過某一數(shù)值后，RP2上取得的過流電壓信號(hào)超過穩(wěn)壓管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導(dǎo)通，從而V3截止，V4導(dǎo)通使繼電器K動(dòng)作。(4)過流的同時(shí)，V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)從“3”端輸出，作為推β(5)當(dāng)過流動(dòng)作后，電源通過SB、R4、VD8及C2維持V2導(dǎo)通，V3截止、V4導(dǎo)通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。SB為解除過流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過流故障排除后，則須按下SB以解除記憶，告警電路才能恢復(fù)。當(dāng)按下SB按紐后，V2基極失電進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，V3導(dǎo)通、V4截止，電路恢復(fù)正常。5.2.5轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，反映轉(zhuǎn)速變化并把與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)變換成適用于控制單元的電壓信號(hào)。圖5.7為其原理圖：圖5.7轉(zhuǎn)速變換原理圖使用時(shí)，將DD03-3(或DD03-2等)導(dǎo)軌上的電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。5.2.6反號(hào)器由運(yùn)算放大器及相關(guān)電阻組成，用于調(diào)速系統(tǒng)中信號(hào)需要倒相的場(chǎng)合，如圖5.8所示。圖5.8反號(hào)器原理圖反號(hào)器的輸入信號(hào)U1由運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入，故輸出電壓U2為：（5-2）調(diào)節(jié)電位器RP1的滑動(dòng)觸點(diǎn)，改變RP1的阻值，使RP1+R3=R1，則輸入與輸出成倒相關(guān)系。電位器RP1裝在面板上，調(diào)零電位器RP2裝在內(nèi)部線路板上（在出廠前我們已經(jīng)將運(yùn)放調(diào)零，用戶不需調(diào)零）。6電流環(huán)設(shè)計(jì)6.1調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算（1）、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)：三相橋式電路平均失控時(shí)間。（2）、電流濾波時(shí)間常數(shù)：（3）、電流小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理：6.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)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6.1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。圖6.1PI型電流調(diào)速器根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型Ⅰ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，結(jié)構(gòu)框圖如圖6.2圖6.2電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)圖其傳遞函數(shù)為：（6-1）檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：（6-2）電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：取電流反饋系數(shù)：（6-3）電流環(huán)開環(huán)增益：取，因此（6-4）于是，ACR的比例系數(shù)為：（6-5）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(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：，滿足近似條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足近似條件。按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為：，?。?-6），取（6-7），?。?-8）按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)7轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)7.1調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：（7-1）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（7-2）電壓反饋系數(shù)：（7-3）7.2調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)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7.1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。圖7.1PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖7.2轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)框圖如圖7.2,按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：（7-4）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：（7-5）轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：（7-6）于是，ASR的比例系數(shù)為：（7-7）校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為:（7-8）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)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：，滿足近似條件。計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻與電容按所用運(yùn)算放大器取，則，取，取，取（7-9）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：（7-10）能滿足設(shè)計(jì)要求8系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖課程設(shè)計(jì)總結(jié)在完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)理論學(xué)習(xí)后，通過兩周的時(shí)間完成本次的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)控制不僅僅是學(xué)書本知識(shí)就能學(xué)到其精髓，只有理論聯(lián)系實(shí)際不斷的在生活中實(shí)踐才能明白運(yùn)動(dòng)控制的基本原理。同時(shí)，從本次課題中，我對(duì)邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)電路有了更深刻的認(rèn)識(shí)。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，此電路在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過程中也遇到了一些問題，如果沒有同學(xué)幫助和老師的指導(dǎo)，我是很難完成的，在此我要感謝所有給過我指導(dǎo)的老師和幫助我的同學(xué)，沒有他們我也許還會(huì)在黑暗中摸索好長(zhǎng)時(shí)間。但是這次設(shè)計(jì)還是有很多不足之處，所以還有待完善。這也使我明白了，事情是在不斷的完善中，當(dāng)你達(dá)到一定高度后，一定還可以做得更好。參考文獻(xiàn)[1]隋峻,王晶,樊鍵,尹彥東,仲麗萍.SVPWM在永磁同步電機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用與仿真[J].兵工自動(dòng)化.2011(03)[2]王洪誠(chéng),趙波,陳潔,文四名.基于Simulink的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).2012(02)[3][謝愛華.基于空間矢量調(diào)制技術(shù)的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)2009[4]王松.永磁同步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)及控制策略研究[D].北京交通大學(xué)2011(1)[5]李垚,林永君,侯曉勇,劉瑞.

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