逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究

逻辑无环流可逆直流调速系统设计与研究

——主电路设计

1 绪论

1.1电力拖动简介

随着科学技术的发展，人力劳动被大多数生产机械所代替。电力拖动及其自动化得到不断的发展。随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统的要求越来越高，尤其在其准确性、快速性、经济性、先进性等方面的要求，与日俱增。因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化可以跟得上技术要求。

电力拖动系统由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置等四部分组成。电动机及其供电电源是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能进行传递与分配；执行机构是使机械能完成所需的转变；电气控制装置是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用。

随着生产的要求不断提高，技术不断更新，拖动系统也随之更新。同时，新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的发展使电力拖动自动化发生了巨大的变革。

1.2直流调速系统

直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但是交流电动机传动控制的基础仍是直流电动机的传动技术。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。

直流电机容易实现各种控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，掌握直流拖动控制系统可以更好的研究交流拖动系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置

随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。

1.3无环流调速系统简介

无环流控制的可逆调速系统主电路由两组反并联的晶闸管组成，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路或逻辑算法去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以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。

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瞬时脉动环流的无环流可逆系统。无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，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

U信号。同时还要考虑什么时候封锁动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于*

i

原来工作桥的问题，这要看工作桥又没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，

U信号极性和电流“有”、“无”开放另一组桥时容易造成二桥短路。可见，只要用*

i

信号可以判定应封锁哪一组桥，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 系统总体参数

2.1系统已知参数及设计指标

设计一个逻辑无环流直流可逆调速系统，基本技术数据如下：

2.1.1已知参数

1、拖动设备：直流电动机： W P N 185= V U N 220= A I N 1.1= N r n min /1600=，过载倍数5.1=λ。

2、负载：直流发电机：W P N 100= V U N 220= A I N 5.0= N r n min /1500=

3、机组：转动惯量22065.0Nm GD =

2.1.2设计指标

1、D ＝４，稳态时无静差。

2、稳态转速n=1200r/min, 负载电流0.8A 。

3、电流超调量%5≤i σ，空载起动到稳态转速时的转速超调量%15≤n σ。

2.2未知参数设计

2.2.1测定晶闸管直流调速系统主电路的电阻R

利用伏安法测量电枢回路总电阻R ，包括电机的电枢电阻Ra,平波电抗器的直流电阻Rl ，整流装置的内阻Rn 。测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。调节Ug 使整流装置输出电压Ud 为110V ，然后调整RP 使电枢电流分别为0.9A 、0.5A 时的理想空载电压，由公式

R=(U 2-U 1)/(I 1-I 2) （2.1）

可求得电枢回路总电阻，测试结果如下表：

1 2 3 4 5 6

U 78V 93V 96V 105V 88V 100V

I 0.9A 0.5A 0.9A 0.5A 0.9A 0.5A

表2.1 电枢回路电阻R的测定

其中1、2组数据为回路总电阻为电机电枢电阻Ra、平坡电抗器直流电组Rl、整流装置内阻Rn之和测的，3、4组数据为回路总电阻为平坡电抗器直流电组Rl、整流装置内阻Rn之和测的，5、6组数据为回路总电阻为电机电枢电阻Ra、整流装置内阻Rn之和测的。

经过计算电机电枢回路电阻Ra=22.5Ω，平坡电抗器直流电阻Rl=15.0Ω，整流装置内阻Rn=15.25Ω。

2.2.2测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间爱你常数Td

电动机不加励磁，调节Uct监视电流表的读数，使电动电枢电流为110V。然后保持Uct不变，突然合上主电路开关，用示波器拍摄Id=f（t）的波形，由波形测量出当电流上升至63.2%稳定值时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数Td。

图2.1 电流变化曲线

由图可知直流调速系统主电路时间常数Td为6.2ms。

2.2.3测定直流电动机电势常数Ce和转矩常数CM

将电动机加额定励磁，使之空载运行，改变电枢电压Ud，测的相应的n，即可由公式

Ce=KeΦ=（Ud2-Ud1）/(n2-n1) （2.2）Ce的单位为V/（r/min）转矩常数CM的单位为N•m/A，可由Ce求出CM=9.55Ce。