邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的文獻綜述

摘要摘要：本文主要論述了邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的基本原和構成，并對其控制電路進行計算和設計，運用MATLAB仿真對電氣結構原理圖進行仿真并對仿真結果進行動靜態(tài)性能分析，采用優(yōu)化設計方法改善系統(tǒng)性能，實現(xiàn)了轉速電流雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的建模和仿真。關鍵詞：邏輯無環(huán)流；可逆直流；MATLAB仿真 引言隨著電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用，以及對其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質量要求的不斷提高，需要越來越多的生產(chǎn)機械能夠實現(xiàn)正反向可逆運行。有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點，但還必須設置幾個環(huán)流電抗器，因此當工藝過程對系統(tǒng)正反轉的平滑過渡特性要求不是很高時，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)流的邏輯無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)，當一組晶閘管工作時，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工作，從根本上切斷環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。本文介紹了邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的發(fā)展歷史、工作原理，系統(tǒng)主電路、控制電路、觸發(fā)電路和保護電路。根據(jù)系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標采用工程設計方法設計轉速、電流調節(jié)器參數(shù)，并運用Matlab的Simulink工具箱和電力系統(tǒng)工具箱，實現(xiàn)邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的建模與仿真。1邏輯無環(huán)流可逆直流的發(fā)展歷史直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、它勵和自勵三類，其中自勵又分為并勵、串勵和復勵三種1840～1955年為探索實驗時期：

從1840年到1955年的116年期間，直線電機從設想到實驗到部分實驗性應用，經(jīng)歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。自從Wheatsone提出和試制了直線電機以后，最早明確地提到直線電機文章的是1890年美國匹茲堡市的市長，在他所寫的一篇文章中，首先明確地提到了直線電機以及它的專利。然而，由于當時的制造技術、工程材料以及控制技術的水平，在經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)20多年的頑強努力后，最終卻未能獲得成功。

至1905年，曾有兩人分別建議將直線電動機作為火車的推進機構，一種建議是將初級放在軌道上，另一種建議是將初級放在車輛底部。這些建議無疑是給當時直線電機研究領域的科研人員的一劑興奮劑，以致許多國家的科研人員都投入了這些研究工作。1917年出現(xiàn)了第一臺圓筒形直線電動機，事實上那是一種具有換接初級線圈的直流磁阻電動機，人們試圖把它作為導彈發(fā)射裝置，但其發(fā)展并沒有超出模型階段。

至此，從1930~1940年期間，直線電機進入了實驗研究階段，在這個階段中，科研人員獲馭了大量的實驗數(shù)據(jù)，從而對已有理論有了更深一層的認識，奠定了直線電機在今后的應用基礎。

從1940～1955年期間世界一些發(fā)達國家科研人員，在實驗的基礎上，又進行了一些實驗應用工作。1945年，美國西屋電氣公司首先研制成功的電力牽引飛機彈射器，它以7400kW的直線電動機為動力，成功地用4.1s的時間將一架重4535kg，的噴氣式飛機在165m的行程內由靜止加速的188km/h的速度，它的試驗成功，使直線電動機可靠性好等優(yōu)點受到了應有的重視，隨后，美國利用直線電機制成的、用作抽汲鉀、鈉等液態(tài)金屬的電磁泵，為的是核動力中的需要。1954年，英國皇家飛機制造公司利用雙邊扁平型直流直線電機制成了發(fā)射導彈的裝置，其速度可達1600km/h。在這個階段中，尤需值得一提的是，直線電機作為高速列車的驅動裝置得到了各國的高度重視并計劃予以實施。

在1840～1955年期間，是直線電機探索實驗和部分實驗應用時期，在直線電機與旋轉電機的相互競爭中，由于直線電機的成本和效率方面沒有能夠戰(zhàn)勝旋轉電機，或者說，直線電機還沒能找到唯獨它能解決問題的領域，以及直線電機在設計方面也沒有突破性的成功，所以直線電機在這一時期始終未能得到真正的應用。

1956～1970年為開發(fā)應用時期：

自1955年以來，直線電機進入了全面的開發(fā)階段，特別是該時期的控制技術和材料的驚人發(fā)展，更加助長了這種勢頭。在這段時期，申請直線機的專利件數(shù)也開始急速增加，該時期直線電機專利的增長率超過了所有其他技術領域的平均增長率。

到1965年以后，隨著控制技術和材料性能的顯著提高，應用直線電機的實用設備被逐步開發(fā)出來，例如采用直線電機的MHD泵、自動繪圖儀、磁頭定位驅動裝置、電唱機、縫紉機、空氣壓縮機、輸送裝置等。

1971年至今為實用商品時期

從1971年開始到目前的這個階段，直線電機終于進入了獨立的應用時代，在這個時代，各類直線電機的應用得到了迅速的推廣，制成了許多具有實用價值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機驅動的鋼管輸送機、運煤機、起重機、空壓機、沖壓機、拉伸機、各種電動門、電動窗、電動紡織機等等。特別可喜的是利用直線電機驅動的磁懸浮列車，其速度已超500km/h，接近了航空的飛行速度，且試驗行程累計已達數(shù)十萬千米2邏輯無環(huán)流可逆直流的工作原理邏輯控制的無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的原理框圖如圖3.15所示，主回路采用兩組晶閘管反并聯(lián)線路，由于沒有環(huán)流，不再設置環(huán)流電抗器，只保留平波電抗器Ld?？刂凭€路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，電流環(huán)分設了兩個電流調節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)器GTF，2ACR用來控制反組觸發(fā)器GTR，由于設置了反號器AR，從而采用不反映極性的電流檢測器。DLC是無環(huán)流邏輯控制器，這是系統(tǒng)最關鍵的部件。觸發(fā)脈沖的零位仍整定在αfo=αro=90°，工作時移相方法仍和α=β工作制配合控制一樣，不相同的是用了DLC來控制兩組觸發(fā)脈沖的封鎖和開放。3邏輯無環(huán)流可逆直流的系統(tǒng)主電路

邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)主電路如圖1.1所示，兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關斷），所以在兩組橋之間就不會存在環(huán)流。但當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，而同時把原來封鎖著的一組橋立即開通，因為已經(jīng)導通晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關斷，必須待晶閘管承受反壓時才能關斷。如果對兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開放式同時進行，原先導通的那組橋不能立即關斷，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。為此首先應是已導通的的晶閘管斷流，要妥當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上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原晶閘管恢復阻斷能力，隨后再開通原來封鎖著的那組橋的晶閘管，使其觸發(fā)導通。4邏輯無環(huán)流可逆直流的MATLAB仿真4.1MATLAB簡介MATLAB語言設計者最早是為了解決數(shù)學中矩陣運算而進行MATLAB語言開發(fā)的，它是MatrixLaboratory（矩陣實驗室）的縮寫。早期主要用于解決科學和工程的復雜數(shù)學計算問題，由于它使用方便、便入便捷、運算高效，適應科技人員思維方式，成為科技界廣為使用的軟件?；诳驁D仿真平臺的Simulink是在1993年發(fā)行的，它以MATLAB強大計算功能為基礎，以直觀的模塊框圖進行仿真和計算的，Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴展的、內容豐富的模塊庫，為系統(tǒng)仿真提供了極大的便利。在Simulink平臺上，通過拖拉和連接典型的模塊就可以繪制仿真對象的框圖，對模型進行仿真，在Simulink平臺上，仿真模型可讀性強，這就避免了在MATLAB窗口中使用MATLAB命令和函數(shù)仿真時需要熟悉記憶大量函數(shù)的問題。4.2邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)仿真邏輯無環(huán)流可逆直流系統(tǒng)利用邏輯切換裝置來決定兩組晶閘管的工作狀態(tài)。它通過使一組整流橋處于工作狀態(tài)，另一組整流橋處于封鎖狀態(tài)來徹底消除環(huán)流，因此在工業(yè)中有著重要的應用，邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的仿真關鍵是邏輯切換裝置DLC，下圖是邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的仿真模型5小結雖然邏輯無環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)的優(yōu)點有很多，但它并不是完美的，與有環(huán)流系統(tǒng)相比，它的缺點是由于延時造成電流換向死區(qū)，影響系統(tǒng)過渡過程的快速性。所以，在可逆調速系統(tǒng)這方面，我們仍要繼續(xù)探索，不斷追求更高更好的水平。參考文獻[1]洪乃剛.電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真[M].北京：機械工業(yè)出版,2010.[2]阮毅,陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)（第4版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.[3]陳中.基于MATLAB的電力電子技術和交直流調速系統(tǒng)仿真[M].北京:清華大學出版社,2014[4]周淵深.交直流調速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M].北京:中國電力出版社,2009.[5]顧春雷,陳中.電力拖動自動控制系統(tǒng)與MATLAB仿真[M].北京:清華大學出版社,2011.[6]潘曉晟,郝世勇.MATLAB電機仿真精華50例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.[7]陳中,朱代忠.一種基于Matlab邏輯無環(huán)流直流可逆調速系統(tǒng)仿真[J].微電機,2009，42(1):95-97.[8