逻辑无环流V-M可逆直流调速系统

1逻辑无环流V-M可逆直流调速系统设计摘要两组晶闸管装置反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一，这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，但也会产生环流。为保证系统安全，必须消除其中的环流。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。本文对逻辑无环流直流可逆调速系统进行了设计，并且计算了电流和转速调节器的参数。本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。运用了一种基于Matlab的Simulink进行仿真并对仿真结果进行分析。关键词:直流电机；环流；逻辑无环流可逆调速；Matlab仿真2目录摘要...............................................................................................................................1第一章设计任务及要求..............................................41.1设计任务.....................................................41.2设计要求............................................5第二章逻辑无环流V-M可逆直流调速系统结构及原理2.1逻辑无环流调速系统简介.......................................52.2逻辑无环流调速系统的结构与原理...............................6第三章系统主电路设计..............................................73.1主电路原理及说明.............................................73.2主回路参数设计...............................................73.2.1整流变压器的选择3.2.2晶闸管参数的计算3.3保护电路设计................................................93.3.1过电压保护3.3.2过点流保护3.4触发回路设计……………………………………………………………...133.5励磁回路设计……………………………………………………………...15第四章调节器的设计...............................................154.1电流调节器的设计............................................154.2速度调节器的设计............................................17第五章控制回路的设计..............................................195.1逻辑控制器的组成............................................195.2逻辑控制器的设计............................................195.2.1零电平检测5.2.2转矩极性检测5.2.3逻辑判断的电路5.2.4延时电路5.2.5连锁与保护5.3反相器......................................................2335.4直流稳压电源................................................245.5给定电路....................................................255.6操作回路....................................................25第六章心得体会...................................................26参考文献...........................................................264第一章设计任务及要求1.1设计任务设计题目：设计要求：(1)无静差，在整个调速范围内要求转速无级、平滑可调；(2)动态性能指标：电流环超调量%5i；空载启动到额定转速时转速超调量%10n。参数：直流电动机型号Z2-101额定容量（KW）2.2额定电压（V)220.0额定电流（A)12.5最大电流（A)18.75额定转速（rpm)1500.0额定励磁电压(V)220.0)(22mKgGD0.105电动机电枢电阻)(aR1.3电动机电枢电感)(mHLa10.0其它参数名称数值整流侧内阻)(nR0.37整流变压器漏感)(mHLT8.0电抗器直流电阻)(HR0.8电抗器电感)(mHLH10.0负载)(22mKgGD折算值0.1851.2设计要求1.完成设计说明书一份（包括院里的简要说明和主要参数的计算的过程）；2.绘制电气原理图（包括主电路、控制回路）A2图纸一张，可用铅笔绘制，应符合相关制度标准；3.设计说明书和电气原理图必须按照“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准，并规定主回路用粗实线，控制回路用细实线；4.设计说明书应包含封皮、目录、征文、参考文献等，字数满足规定。第二章逻辑无环流V-M可逆直流调速系统结构及原理2.1逻辑无环流调速系统简介许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统。采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流。这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流，又没有脉动环流的无环流可逆系统。当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能。至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向。若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于iU信号。同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要看工作桥有没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路。可见，只要用iU信号极性和电流“有”、“无”信号可以判定应6封锁哪一组桥，开放哪一组桥。基于这种逻辑判断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。2.2逻辑无环流V-M可逆调速系统结构及原理逻辑控制的无环流可逆调速系统主电路采用两组晶闸管反并联线路，由于没有环流，不用设置环流电抗器，但为了保证稳定运行时电流波形连续，仍应保留平波电抗器。两组桥在任何工作时只有一组工作，另一组关断，避免造成环流。其原理图如下图：图1-1逻辑无环流可逆调速系统原理图主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，但为了保证运行时电流波形的连续性，应保留平波电抗器。控制线路采用典型的转速、电流双闭环控制系统，电流环分设两个电流调节器1ACR和2ACR，1ACR用来控制正组触发装置，2ACR控制反组触发装置，1ACR的给定信号经反向器AR同时作为2ACR的给定信号，这样就可以使电流反馈信号的极性在正转和反转时都不用改变，从而可采用不反应电流极性的电流检测器，即交流互感器和整流器。由于在主电路中不设均衡电抗器，一旦出现环流将造成严重的短路事故，所以对工作时的可靠性要求特别高，为此在系统中加入了无环流控制器7DLC，以保证系统的可靠运行，所以DLC是系统中的关键部件。第三章系统主电路设计3.1主电路原理及说明图3-1主电路原理图主电路采用的是三相桥式反并联可逆线路，可使电动机在四个象限内运转。两组桥在任何时刻只有一组投入工作（另一组关断），所以两组晶闸管不会同时处于整流状态，也就不会产生环流，造成电源短路。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通。因为主电路的实际波形是脉动的，而电流检测电路发生零电流数字信号时，总有一个最小的动作电流0I。如果脉动的主电流瞬时低于最小动作电流0I，实际上电流仍在连续的变化，这时本组正处于逆变状态，突然封锁将发生逆变颠覆，造成事故。因此要有一个延时封锁。在从封锁本组到开放它组脉冲之间也要留一段等待时间。因为在封锁触发脉冲后，已导通的晶闸管要经过一段时间后才能关断，再经过一段时间才能恢复阻断能力。如果在此以前开放它组脉冲，将会造成两组晶闸管同时导通，形成环流，这是不允许的。因此需要一个开放延时时间。3.2主回路参数设计3.2.1整流变压器的选择对于三相全控桥A=2.34，取最小控制角α=30°，β=cosα=0.886,C=0.5,晶闸管导通平均压降TV=1v,电网电压波动系数ε=0.9，变压器的短路比kU%=5，8ER=HnaRRR2=2.84Dr=NI*ER/NU=0.161Pr=02U={NU[1+（Dr+Pr）dmI/NI-Dr]+n*rU}/A*[εB-ddmkIICU/*100/]=136V用近似算法：2U=(1.2~1.5)220/2.34=（113~141）V取136V变压器变比K=21/UU=2.79又12/IIK所以1I=3.84A变压器容量的计算:变压器一次侧容量1S111IUm。变压器二次侧容量2222IUmS。一次相电压有效值1U取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为121()2SSS对于本设计21mm=3121()2SSS2/)(222111IUmIUmAKVVVV3.4)(6.4269)(2/)6.41616.4377()(2/)2.10136384.33803(设计时留取一定的裕量，可以取容量为AKV3.4的整流变压器。3.2.2晶闸管参数计算：选择晶闸管元件主要是选择它的额定电压TnU和额定电流)(AVTI。1.晶闸管额定电压TnU对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压VUUm2.33313645.262，而考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2～3倍的安全系数，则晶闸管额定电压TnU计算结果：[VUUmTM6.999~4.66636145.2)3~2()3~2(取V1000式中mU——晶闸管可能承受的电压最大值（V）。2.晶闸管额定电流)(AVTI晶闸管额定电流)(AVTI的有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。一般取按此原则所得计算结果的1.5～2倍。已知AId75.18max9max31dVTIIA5.21可得晶闸管的额定电流)(AVTI计算结果：AIIVTAVT9.51~9.1157.1)2~5.1(取16A额定电压：TnU1000V额定电流：()TAVI16A3.3保护电路的设计3.3.1过电压保护1.交流侧过电压保护图3-2