摘要在可逆調速系統中，電動機最基本的要素就是能改變旋轉方向。而要改變電動機的旋轉方向，必須改變電動機電磁轉矩的方向。改變電動機電磁轉矩的方向有兩種辦法：一種是改變電動機電樞電流的方向，實際是上是改變電動機電樞電壓的極性，第二種是改變勵磁磁通的方向。與此對應，V-M系統的可逆線路有兩種方式，電樞反接線路和勵磁反接可逆線路。對于大容量的系統，從生產角度出發，往往采用既沒有直流平均環流，又沒有脈動環流的無環流可逆系統，無環流可逆系統省去了環流電抗器，沒有了附加的環流損耗，節省變壓器和晶閘管裝置的附加設備容量。和有環流系統相比，因換流失敗造成的事故率大為降低。因此，邏輯無環流可逆調速系統在生產中被廣泛運用。在電力拖動自動控制系統中，邏輯無環流可逆直流調速系統省去了環流電抗器，沒有附加的環流損耗，節省變壓器和晶閘管的附加設備容量。所謂邏輯無環流系統就是在一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發脈沖，使該組晶閘管完全處于阻斷狀態，從根本上切斷環流通路。這種系統不僅能實現邏輯無環流可逆調速，還能實現回饋制動。和有環流相比，因換流失敗造成的事故率大為降低。關鍵詞：邏輯無環流可逆直流調速系統邏輯控制器目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章邏輯無環流雙閉環調速系統 1\o"CurrentDocument"1.1邏輯無環流可逆直流調速系統的發展 1\o"CurrentDocument"1.2邏輯無環流雙閉環調速系統工作原理 2\o"CurrentDocument"1.3系統總體參數 3\o"CurrentDocument"第二章調節器設計 4\o"CurrentDocument"2.1電流調節器 4\o"CurrentDocument"2.2速度調節器 5\o"CurrentDocument"第三章主電路設計 7\o"CurrentDocument"3.1主電路原理及說明 7\o"CurrentDocument"第四章觸發電路設計 8\o"CurrentDocument"4.1系統對觸發器的要求 8\o"CurrentDocument"4.2觸發電路及其特點 8\o"CurrentDocument"第五章無環流邏輯裝置(DLC)設計 10\o"CurrentDocument"5.1無環流邏輯控制器(DLC)的組成 10\o"CurrentDocument"5.2設計原理 11\o"CurrentDocument"5.3設計過程 12\o"CurrentDocument"第六章保護電路設計 17\o"CurrentDocument"6.1閘管的保護裝置及其計算 17\o"CurrentDocument"6.1.1過電壓保護 18\o"CurrentDocument"6.1.2晶閘管關斷過電壓保護 19\o"CurrentDocument"6.1.3過電流保護 20\o"CurrentDocument"第七章系統參數計算及測定 21\o"CurrentDocument"7.1晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定 21\o"CurrentDocument"7.2邏輯無環流可逆直流調速系統特性測試 25\o"CurrentDocument"總結 28\o"CurrentDocument"參考文獻 29第一章邏輯無環流雙閉環調速系統1.1邏輯無環流可逆直流調速系統的發展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，經歷了一個不斷探索，屢遭失敗的過程。直至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射裝置，但其發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，科研人員獲得了大量的實驗數據，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。1956?1970年為開發應用時期：自1955年以來，直線電機進入了全面的開發階段，特別是該時期的控制技術和材料的驚人發展，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十萬千米。1.2邏輯無環流雙閉環調速系統工作原理邏輯無環流可逆直流調速系統主電路如圖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，因為已經導通晶閘管并不能在觸發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開通，出現兩組橋同時導通的情況，因沒有環流電抗器，將會產生很大的短路電流，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，其余部分消耗在電機上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變為零，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，使其觸發導通.ASR—速度調節器TA—父流互感器ACR1、ACR2——正、反組電流調TG——測速發電機節器M——工作臺電動機GTF、GTR——正反組整流裝置TPpb勺亦7fl> 與LB電流變換器VF、VR——正反組整流橋AR——反號器DLC———無環流邏輯控制器GL—過流保護環節HX——推裝置這種邏輯無環流系統有一個轉速調節器ASR，—個反號器AR，采用雙電流調節器1ACR和2ACR，雙觸發裝置GTF和GTR結構。主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯線路，由于沒有環流，不用再設置環流電抗器，仍應保留平波電抗器，控制線路采用典型的轉速、電流雙閉環系統，1ACR用來調節正組橋電流，其輸出控制正組觸發裝置GTF；2ACR調節反組橋電流，其輸出控制反組觸發裝置GTR，1ACR的給定信號U*經反號器AR作為2ACR的給定信號Ui*，這樣可使電流反饋信號U.i 1 I的極性在正、反轉時都不必改變，從而可采用不反映極性的電流檢測器，在邏輯無環流系統中設置的無環流邏輯控制器DLC，這是系統中關鍵部件。它按照系統的工作狀態，指揮系統進行自動切換，或者允許正組觸發裝置發出觸發脈沖而封鎖反組，或者允許反組觸發裝置發出觸發脈沖而封鎖正組。1.3系統總體參數設計一個邏輯無環流直流可逆調速系統，基本技術數據如下：已知參數1、拖動設備：直流電動機：P二185WU二220V I二1.1AN N Nn二1600/miiN，過載倍數九=1.5。2、負載：直流發電機：P二100WU二220VI二0.5An二1500/miiNN N N3、 機組：轉動慣量GD2=0.065Nm2設計指標1、 D=4,穩態時無靜差。2、 穩態轉速n=1200r/min,負載電流0.8A。3、 電流超調量b<5%，空載起動到穩態轉速時的轉速超調量b<15%i n第二章調節器設計2.1電流調節器, / 圖2.1電流調節器原理圖, / 圖2.1電流調節器原理圖22O-M-I=l ' _￡""Q QE電流調節器適用于可控制傳動系統中，對其輸入信號（給定量和反饋量）時進行加法、減法、比例、積分、微分，延時等運算或者同時兼做上述幾種運算。以使其輸出量按某種予定規律變化。其原理圖如圖2.2所示。它是由下述幾部分組成：運算放大器，兩極管限幅，互補輸出的電流放大級、輸入阻抗網絡、反饋阻抗網絡等。470號輸入，ACR輸出負電壓使觸發電路脈沖后移。U、U端接邏輯控制器的相應輸R52CV754<-隔T110K2CV754中隔T2廻皿10K10K10K1:7224亠—丄工一-亍丄X2一-R16R52CV754<-隔T110K2CV754中隔T2廻皿10K10K10K1:7224亠—丄工一-亍丄X2一-R162M1H4007r—汨廣、VD33DJi5H1H4007寸TITfUA741 片"「5k-匚平2*電流調節器電路圖|+15T*RP222K+15TR1S300相比，增增加了4個輸入端，其皓常2端接過流推B信號，來自電流變換器的過流信號％,當該點電位高于某值時,VST1擊穿，正信電流調節器與速度調C9b'ZF出端，當這二端為高電平時，三極管VI、V2導通將Ugt和Ugi信號對地短接，用于邏輯無環流可逆系統。晶體管V和V構成互補輸出的電流放大級，當V、V基極電位為正時，VTOC\o"1-5"\h\z3 4 3 4 4管（PNP型晶體管）截止，V管和負截構成射極跟隨器。如V,V基極電位為負3 3 4時，V管（NPN型晶體管）截止，V管和負截構成射極跟隨器。接在運算放大器3 4輸入端前面的阻抗為輸入阻抗網絡。改變輸入和反饋阻抗網絡參數，就能得到各種運算特性。元件RP1、RP2、RP3裝在面板上，Cl、C2的數值可根據需要，由外接電容來改變。2.2速度調節器速度調節器是一個帶有電壓限幅的PI調節器。它主要有主調節器和最大電壓限幅環節組成，調節器的工作與封鎖由調節器釋放環節所形成的封鎖信號所控圖2.3圖2.3速度調節器原理圖3997速度調節器ASR的功能是對給定和反饋兩個輸入量進行加法，減法，比例,積分和微分等運算，使其輸出按某一規律變化。圖2.4速度調節器電路圖它由運算放大器，輸入與反饋網絡及二極管限幅環節組成。其電路圖如圖2.4所示轉速調節器ASR也可當作電壓調節器AVR來使用。速度調節器采用電路運算放大器，它具有兩個輸入端，同相輸入端和倒相輸入端，其輸出電壓與兩個輸入端電壓之差成正比。電路運算放大器具有開環放大倍數大，零點漂移小，線性度好，輸入電流極小，輸出阻抗小等優點，可以構成理想的調節器。圖2.4中，由二極管VD4,VD5和電位器RP2，RP3組成正負限幅可調的限幅電路。由C2,R9組成反饋微分校正網絡，有助于抑制振蕩，減少超調，R15,C1組成速度環串聯校正網絡。場效應管V5為零速封鎖電路，當4端為0V時VD5導通，將調節器反饋網絡短接而封鎖，4端為-13V時，VD5夾斷，調節器投入工作。RP1為放大系數調節電位器。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C2兩端也裝有接線柱，可根據需要外接電容。第三章主電路設計3.1主電路原理及說明邏輯無環流雙閉環調速系統的主電路如圖3.1所示:呂—S3圖3.1無環流可逆直流調速系統主電路呂—S3圖3.1無環流可逆直流調速系統主電路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，因為已經導通的晶閘管并不能在觸發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脈沖的封鎖和開放同時進行，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開通，出現兩組橋同時導通的情況，因沒有環流電抗器，將會產生很大的短路電流，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，其余部分消耗在電機上，直到儲存的能量釋放完，主回路電流變為零，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，使其觸發導通。第四章觸發電路設計4.1系統對觸發器的要求為保證較寬的調速范圍和可逆運行，要求觸發脈沖能夠在180°范圍內移向。對于三相全控橋式整流電路，為了保證可控硅可靠換流，要求觸發脈沖寬度大于60°，或者用雙窄脈沖。對可逆系統，為了防止逆變顛覆和提高工作的可靠性，觸發脈沖需要有P和a限制min min4.2觸發電路及其特點根據對觸發器的上述要求，第一種方法是選用同步信號為正弦波的晶體管觸發電路。原理線路見圖4.1,這種線路的優點是線路簡單，調整容易。理論上移相范圍可達180°，實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器本身來說較差，如把觸發器和可控硅看成一個整體則由于相互補償關系，它的線性度則較好，即控制電壓U與可控硅整流電壓U的控制k d0特性是接近線性的，由于作同步信號的正弦波電壓隨電源電壓的波動而波動，當U不變時，控制角a也隨電源電壓的波動而波動，而可控硅整流電壓kU=U COSa，U 隨電源電壓增高而增高，而cosa則隨電源電壓的增高d0 d0max domax而減小，故U可維持近于不變。但當電源電壓降得太低時，同步電壓和控制電d0壓可能沒有交點，觸發器不能產生觸發脈沖，致使可控硅工作混亂，造成事故，所以這種觸發器不宜用于電網電壓波動很大的場合，此外，正弦波觸發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必須加R—C濾波器，移相角度一般要大于30°。-15V1磁+15VO 0.2211F-15V-40VQO?<-15V1磁+15VO 0.2211F-15V-40VQO?<圖4.1同步信號為正弦|波的觸發電路原理圖第二種方法就是如圖4.2所示采用三扌相全控橋整流電路的集成觸發電路，由3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊構成，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大。+I5V&3s「m〔5=2（1-心腳為（5盹卑林伸輔入）ClS-iO腳為&路雙晾持輯出》+I5V&3s「m〔5=2（1-心腳為（5盹卑林伸輔入）ClS-iO腳為&路雙晾持輯出》￡fr至薊T?埶片 至叫圖4.2三相全控橋整流電路的集成觸發電路觸發器還設計有a和B保護，保證系統逆變時可靠工作，不致逆變顛覆,min min取卩=30。，由于采用邏輯無環流系統，不要求a =卩，取a=10。。min min min min第五章無環流邏輯裝置（DLC）設計5.1無環流邏輯控制器（DLC）的組成在無環流控制系統中，反并聯的兩組整流橋需要根據所要求的電樞電流極性來選擇其中一組整流橋運行，而另一組整流橋觸發脈沖是被封鎖的。兩組整流橋的切換是在電動機轉矩極性需要反向時由邏輯裝置控制進行的。其切換順序可歸納如下：由于轉速給定變化或負載變動，使電動機應產生的轉矩極性反向。由轉速調節器輸出反映這一轉矩的極性，并由邏輯裝置對該極性進行判斷，然后發出切換開始的指令。使導通側的整流橋（例如正組橋）的電流迅速減小到零。由零電流檢測器得到零電流信號后，經3?5ms延時，確認電流實際值為零，封鎖原導通側整流橋的觸發脈沖。由零電流檢測器得到零電流信號后，經10ms延時，確保原導通側整流橋晶閘管完全阻斷后，開放待工作側整流橋（例如反組橋）的觸發脈沖。電樞內流過與切換前反方向的電流，完成切換過程。根據邏輯裝置要完成的任務，它由電平檢測、邏輯判斷、延時電路和聯鎖保護電路四個基本環節組成，邏輯裝置的功能和輸入輸出信號如圖4所示：DLC 正組整流裝置轉矩極性—脈沖封鎖囂延時電路10零電流圖5.1無環流邏輯控制環節DLC其輸入為電流給定或轉矩極性鑒別信號U*和零電流檢測信號U，輸出是控制i i0正組晶閘管觸發脈沖圭寸鎖信號U和反組晶閘管觸發脈沖圭寸鎖信號U。125.2設計原理無環流邏輯控制器的任務是在正組晶閘管工作時，則封鎖反組晶閘管，在反組晶閘管工作時，則封鎖正組晶閘管。采用數字邏輯電路，使其輸出信號以0和1的數字信號形式來執行封鎖與開放的作用，為了確保正反組不會同時開放，應使兩者不能同時為1。系統在反轉和正轉制動時應該開放反組晶閘管，封鎖正組晶閘管，在這兩種情況下都要開放反組，封鎖正組。從電動機來看反轉和正轉制動的共同特征是使電動機產生負的轉矩。上述特征可以由ASR輸出的電流給定信號來體現。DLC應該先鑒別電流給定信號的極性，將其作為邏輯控制環節的一個給定信號。僅用電流給定信號去控制DLC還是不夠，因為其極性的變化只是邏輯切換的必要條件。只有在實際電流降到零時，才能發出正反組切換的指令。因此，只有電流轉矩極性和零電流檢測信號這兩個前提同時具備時，并經過必要的邏輯判斷，才可以讓DLC發出切換指令。邏輯切換指令發出后還不能馬上執行，需經過封鎖時時間Tdbl才能封鎖原導通組脈沖；再經過開放延時時間Tdt后才能開放另一組脈沖。通常Tdb1=3ms,Tdt=7ms。在邏輯控制環節的兩個輸出信號之間必須有互相連鎖的保護，決不允許出現兩組脈沖同時開放的狀態。邏輯控制器裝置由PLC來實現，轉矩極性鑒別信號UI*和零電流檢測信號Ui0作為PLC的輸入信號X0和XI，再由PLC的軟件來實現邏輯運算和控制。在邏輯運算判斷發出切換指令UF、UR后，必須經過封鎖延時Udbl和開放延時Udt才能執行切換命令。用FX2系列PLC實現時，只要用其內部的1ms定時器即可達到延時目的。一般圭寸鎖延時取Udb1=3ms，此時圭寸鎖原導通組脈沖；再經過開放延時Udt=7ms開放另一組。若封鎖延時與開放延時同時開始計時，則開放延時時間為3+7=10ms，設延時后的UF'、UR'狀態分別用輔助繼電器M4、M5表示。DLC裝置的最后部分為邏輯保護環節。正常時，UF'與UR'狀態總是相反的；一旦DLC發生故障，使UF'和UR'同時為“1”，將造成兩組晶閘管同時開放，必須避免此情況。滿足保護要求的邏輯真值表如下表。設DLC的輸出信號由PLC輸出端子YO、Y1輸出。其中Y0控制GTF,Y1控制GTR。為了實現邏輯保護,一方面可以用YO、Y1實現聯鎖，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，進行雙重保護。X2和X3是過壓和過流檢測信號。表5.1邏輯真值表M4M5Y0Y100000101101011禁止5.3設計過程電平檢測器邏輯裝置的輸入有兩個：一是反映轉矩極性信號的轉速調節器輸出u*，二i是來自電流檢測裝置反映零電流信號的U，他們都是連續變化的模擬量，而邏i0輯運算電路需要高、低電位兩個狀態的數字量。電平檢測器的任務就是將模擬量轉換成數字量，也就是轉換成“0”狀態（將輸入轉換成近似為0V輸出）或“1”狀態（將輸入轉換成近似為15V輸出）。采用射極偶合觸發器作電平檢測器。為了提高信號轉換的靈敏度，前面還加了一級差動放大和一級射極跟隨器。其原理圖見圖5.2。

電平檢測器的輸入輸出特性如圖5.3所示，具有回環特性。由于轉速調節器的輸出和電流檢測裝置輸出都具有交流分量，除入口有濾波外，電平檢測需要具有一定寬度的回環特性，以防止由于交流分量使邏輯裝置誤動作，本系統電平檢測回環特性的動作電壓U=lOOmV，釋放電壓U=80mV。調整回環的寬度可rl r2通過改變射極偶合觸發器的集電極電阻實現。AUse檢測器輸入輸出特性L圖5.3電平轉矩極性鑒別器的輸入信號為轉速調節器的輸出U*，其輸出為U。電機正i T轉時U*為負，U為低電位（“0”態），反轉時U*為正，U為高電位（T”態）。TOC\o"1-5"\h\zi T i T零電流檢測器的輸入信號為電流檢測裝置的零電流信號U，其輸出為U。i0 I有電流時U為正，U為高電位（T”態），無電流時U為0，U為低電位（“0”i0 I i0 I態）。邏輯運算電路的輸入是轉速極性鑒別器的輸出U和零電流檢測器輸出U。系統在各\o"CurrentDocument"T I種運行狀態時，U和U有不同的極性狀態（“0”態或T”態），根據運行狀態的要T I求經過邏輯運算電路切換其輸出去封鎖脈沖信號的狀態（“0”態或T”態），由于采用的是鍺管觸發器，當封鎖信號為正電位（T”態）時脈沖被封鎖，低電位（“0”態）時脈沖開放。利用邏輯代數的數學工具，可以設計出具有一定功能的邏輯運算電路。設正轉時U*為負，U為“0”；反轉時U*為正，U為T”；有電流時U*為正,TOC\o"1-5"\h\zi T i T iU為T”；無電流時U*為負，U為“0”。I i IU代表正組脈沖封鎖信號，U為T”時脈沖封鎖，U為“0”時脈沖開放。1 1 1U代表反組脈沖封鎖信號，U為T”時脈沖封鎖，U為“0”時脈沖開放。2 2 2U、U、U、U表示T”，U、U、U、U表示“0”。T I 1 2 T I 1 2按系統運行狀態，可列出各量要求的狀態，如表5.2所示，并根據封鎖條件列出邏輯代數式。表5.2邏輯判斷電路各量要求的狀態運行狀態UTUIU1U正向起動，1=00001正向運行，I有0101正向制動，I有1101正向制動，1=01010反向起動，1=01010反向運行，I有1110反向制動，I有0110反向制動，I=00001根據正組封鎖條件:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"U二UUU+UUU+UUU (5-1)TI2TI2TI2根據反組封鎖條件：\o"CurrentDocument"u=UUU+UuU+uuU (5-2)T/ 1T/ 1T/ 1邏輯運算電路采用分立元件，用或非門電路較簡單，故將上述(5-1)式和(5-2)式最小化，最后化成或非門的形式。U二uUU+uU頁+UuUTI2TI2TI2=u歹+曠u頁=U(U+Uu)T2 TI2 2TTI=U(U+U)=U+(U+ul (5-3)2T/ 2 T/u=UUU+UuU+uuUTI1TI1TI1=UTU+uuU=U(產+uU)T1TI1 1TTI=UU+)TOC\o"1-5"\h\z1T I\o"CurrentDocument"二U+(U+U) (5-4)1 I T

根據（5-3）、（5-4）式可畫得邏輯運算電路，如圖5.4所示，它由四個或非門電路組成。依靠它來保證兩組整流橋的互鎖，并自動實現零電流時相互切換。現舉例說明其切換過程，例如，整流裝置原來正組工作，這時邏輯電路各點狀態如圖5.4中“1”、“0”所示。圖5.4邏輯運算電路圖5.4邏輯運算電路+15VQ41K'K-Usr1.1K41K'K-Usr55或非門電路55或非門電路【切換到反組，首先是轉矩極性信號改變極性，U由1L" T現在要求整流裝置從正組？？“0”變到“1”，在正組電流未衰減到0以前，邏輯電路的輸出仍維持原狀（U1為“0”，正組開放。U2為“1”，反組封鎖）。只有當正組電流衰減到零，零電流檢測器的狀態改變后，邏輯電路輸出才改變狀態，實現零電流切換，這是邏輯電路各點狀態如圖5.4所示。或非門電路如圖5.5所示。延時電路前面的邏輯運算電路保證零電流切換，但僅僅采用零電流切換是不夠的。因為零電流檢測裝置的靈敏度總是有限的，零電流檢測裝置變成“0”態的瞬間,不一定原來開放組的晶閘管已經斷流。因此必須在切換過程中設置兩段延時即封鎖延時和開放延時，避免由于正反組整流裝置同時導通而造成短路。根據這個要求，邏輯裝置在邏輯電路后面接有延時電路。延時電路如圖5.6所示，其工作原理如下：當延時電路輸入為“0”時，輸出亦為“0”態（BG截止、BG°導通），相應的整流橋脈沖開放。當輸入由“0”12變為“1”時，電容C經R、充電，經一定延時后，BG導通，BG截止，即輸出112由“0”延時變“1”。相應的整流橋脈沖延時封鎖。其延時時間由RC決定，這i里整定為3ms。當輸入出“1”變“0”時，電容C的電荷要經過R和BG基射極21回路放電，經一定延時后，BG截止，BG導通，即輸出由“1”延時變“0”。12相應的整流橋脈沖延時開放。其延時時間由CR參數決定，這里整定為10ms，2這樣就滿足了“延時3ms圭寸鎖”、“延時10ms開放”的要求。邏輯保護邏輯電路正常工作時，兩個輸出端總是一個高電位，一個低電位，確保任何時候兩組整流一組導通，另一組則封鎖。但是當邏輯電路本身發生故障，一旦兩個輸出端均出現低電位時，兩組整流裝置就會同時導通而造成短路事故。為了避免這種事故，設計有邏輯保護環節，如圖5.7?所示。邏輯保護環節截取了邏輯運算電路經延時電路后的兩個輸入信號作為一個或非門的輸入信號。當正常工作時，兩個輸入信號總是一個是高電位，另一個是低電位。或非門輸出總是低電位，它不影響脈沖封鎖信號的正常輸出，但一旦兩個輸入信號均為低電位時，它輸出一個高電位，同時加到兩個觸發器上，將正反兩組整流裝置的觸發脈沖全部封鎖了，使系統停止工作，起到可靠的保護作用。

由電平檢測、邏輯運算電路、延時電路、邏輯保護四部分就構成了無環流邏輯裝置。其結構如圖5.8所示。>1o>10零電流I >11HII電軽測>1o>10零電流I >11HII電軽測一」命」」毎輯葆護—邏輯運算圖5.8無環流邏輯裝置結構圖第六章保護電路設計6.1閘管的保護裝置及其計算晶閘管雖然具備多種優點，但是它承受過電流和過電壓的能力較差。為了使器件能長期的運行，必須采用適當的保護裝置。6.1.1過電壓保護凡超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓Um的都算過電壓，其中一種為操作過電壓是由晶閘管裝置的拉閘合閘和器件關斷等電磁過程引起的過電壓，這些操作過程經常發生是不可避免的，另一種過電壓是由于雷擊等原因為從電網侵入的偶然性浪涌電壓，它可能比操作過電壓更高，采取過電壓保護措施后，應使經常發生的操作過電壓限制在額定電壓UTN以下，而希望使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態和反向不重復峰值電壓Udsm和Ursm以下。⑴交流側過電壓保護①阻容保護在變壓器二次并聯電阻和電容，構成阻容保護電路。計算單相變壓器交流側過電壓保護電容C和電阻R的公式：C$6iO%S/U22、2.3U22/S(UK%/iO%)1/2其中：S—變壓器每相平均計算容量、U2—變壓器二次相電壓有效值、i0%—變壓器激磁電流百分數，100KVA以下i0%=7、Uk%—變壓器的短路比，100KVA以下Uk%=5由以上的公式可得：C$6X7X5140.02/1222=14.5pFR22.3X1222/5140.02X(5/7)1/2=5.63Q變壓器的接法:單相三相二次側Y接法阻容裝置的接法:與變壓器次極并聯Y接法△接法電容C C CC/3電阻R R R3R由計算得到:電容=C/3=4.83pF、電阻=3R=16.89Q.1一T——IH1圖6.1阻容保護②壓敏電阻保護保護裝置只能把操作過電壓一直在允許的范圍內，因此在采用阻容保護的同時，可以設置非線性電阻。它們接近于穩壓管的伏安特性，能把浪涌電壓一直在允許范圍之內。壓敏電阻可按下式選取它的額定電壓Ue:Ue$￡/(8-9)X(壓敏電阻承受的額定電壓峰值)⑵直流側過電壓保護直流側也有發生過電壓的可能，例如在快熔斷時，平波電抗器所貯能量釋放，可以造成過電壓，或是在雷擊時，過電壓到直流側。因此，在直流側也搭接了壓敏電阻保護。6.1.2晶閘管關斷過電壓保護晶閘管在開關過程中瞬時電壓的分配決定于晶管的結電容、導通時間和關斷時間等等差別。為了使開關過程中的電壓分配均勻，應對晶閘管并聯電容C。為了防止晶閘管導通瞬間，電容C對晶閘管放電造成過大的di/dt,還應在電容支路中串聯電阻R。這樣就采用RC回路來進行抑制。電容值C=(2?5)X10-3XIT=4X10-3X14.7=0.06pF電容值R=(1?3)(LB/C)2/1=2X(1.38/0.06)2/1=9.590沈陽理工大學課程設計論文式中：IT—器件的額定電流LB—變壓器每相的漏感r H~r圖6.3RC回路6.1.3過電流保護在主電路變壓器二次側并聯電阻和電容構成交流側瞬態過電壓保護及濾波,晶閘管并聯電阻和電容構成關斷緩沖。過電流保護可以通過電流互感器檢測輸入電流的變化，與給定值進行比較,當達到設定值時發出過流信號到邏輯控制器，再由邏輯控制器來封鎖觸發脈沖,實現過流保護。過流保護電路如下圖所示。33第七章系統參數計算及測定7.1晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定（一）實驗設備及儀器MCL—32電源控制屏MCL—31低壓控制電路及儀表MCL—33觸發電路及晶閘管主電路電機導軌及測速發電機（或光電編碼器）MEL—03三相可調電阻器雙蹤示波器7?萬用表8.直流電動機M03、直流發電機MO1（二）注意事項1?由于實驗時裝置處于開環狀態，電流和電壓可能有波動，可取平均讀數。為防止電樞過大電流沖擊，每次增加Ug須緩慢，且每次起動電動機前給定電位器應調回零位，以防過流。電機堵轉時，大電流測量的時間要短，以防電機過熱。（三）實驗系統組成和工作原理晶閘管直流調速系統由晶閘管整流調速裝置，平波電抗器，電動機一一發電機組等組成。本實驗中，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，從而獲得可調的直流電壓和轉速，以滿足實驗要求。7.1.1電樞回路電阻R的測定電樞回路的總電阻R包括電機的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻RL和整流裝置的內阻Rn，即R=Ra+RL+Rn為測出晶閘管整流裝置的電源內阻，可采用伏安比較法來測定電阻，將變阻器RP（可采用兩只900Q電阻并聯）接入被測系統的主電路，并調節電阻負載至最大。測試時電動機不加勵磁，并使電機堵轉。MCL-31的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。調節偏移電壓電位器RP2,使=150°。合上主電路電源開關。調節Ug使整流裝置輸出電壓Ud=(30?70)%Unom(可為110V),然后調整RP使電樞電流為(80?90)%Inom，讀取電流表A和電壓表V的數值為I1,U1,則此時整流裝置的理想空載電壓為Udo=IlR+Ul調節RP,使電流表A的讀數為40%Inom。在Ud不變的條件下讀取A，V表數值，則Udo=I2R+U2求解兩式，可得電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把電機電樞兩端短接，重復上述實驗，可得RL+Rn=(U'2—U'1)/(I'1T'2)則電機的電樞電阻為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。測試結果表7.1電樞回路總電阻測試U總7390I總0.90.5據公式R=(U2-U1)/(I1-I2)得R=(90-73)/(0.9-0.5)=42.5Q表7.2平波電抗器的直流電阻RL與整流裝置的內阻Rn之和測試U'92102I'0.90.5據公式RL+Rn=(U'2-U'1)/(I'1-I'2)得RL+Rn=(102-92)/(0.9-0.5)=25.0Q表7.3整流裝置的內阻Rn與電樞電阻Ra之和測試U''8397I''0.90.5據公式Ra+Rn=(U''2-U''1)/(T'1-T'2)得Ra+Rn=(97-83)/(0.9-0.5)=17.5Q所以可得：電樞回路總電阻R=42.5Q整流裝置的內阻Rn=17.5Q電樞電阻Ra=17.5Q平波電抗器的直流電阻RL=7.5Q7.1.2主電路電磁時間常數的測定采用電流波形法測定電樞回路電磁時間常數Td，電樞回路突加給定電壓時，電流id按指數規律上升id=Id(1-e一〃T)其電流變化曲線如圖4.3所示。當t二Td時，有id=Id(1-e_1)=0.632IdMCL-31的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。合上主電路電源開關。電機不加勵磁。調節Uct,監視電流表的讀數，使電機電樞電流為(50?90)%Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開關，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測量出當電流上升至63.2%穩定值時的時間，即為電樞回路的電磁時間常數Td。圖7.1電流變化曲線7.1.3電動機電勢常數Ce和轉矩常數CM的測定將電動機加額定勵磁，使之空載運行，改變電樞電壓Ud，測得相應的n,即可由下式算出CeCe=KeO=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/(r/min)轉矩常數(額定磁通時)Cm的單位為N.m/A，可由Ce求出(M=9.55Ce由實驗測得兩組數據當n1=1225r/min時V1=181V;當n2=1125r/min時V2=161V帶入上述公式得:Ce=0.15v/(r/min)Cm=1.432N.m/A7.1.4系統機電時間常數TM的測定系統的機電時間常數可由下式計算Tm=(GD2xR)/375CeLM由于Tm?Td，也可以近似地把系統看成是一階慣性環節，即n=K/(1+TmS)xUd當電樞突加給定電壓時，轉速n將按指數規律上升，當n到達63.2%穩態值時，所經過的時間即為拖動系統的機電時間常數。測試時電樞回路中附加電阻應全部切除。MCL—31的給定電位器RP1逆時針調到底，使Uct=0。合上主電路電源開關。電動機M加額定勵磁。調節Uct,將電機空載起動至穩定轉速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開主電路開關，待電機完全停止后，突然合上主電路開關，給電樞加電壓，用示波器拍攝過渡過程曲線，即可由此確定機電時間常數。實測曲線如圖7.2所示：由實驗測得：Tm=37ms圖7.2實測過渡過程曲線7.1.5測速發電機特性UTG=f(n)的測定電動機加額定勵磁，逐漸增加觸發電路的控制電壓Uct，分別讀取對應的UTG,n的數值若干組，即可描繪出特性曲線UTG=f(n)o表7.4實驗結果n(r/min)20050080011001500Uct(V)0.320.620.941.412.40Uct(v)1.393.425.447.5110.1Ud(V)33771211652227.2邏輯無環流可逆直流調速系統特性測試7.2.1實驗系統組成及工作原理邏輯無環流系統的主回路由二組反并聯的三相全控整流橋組成，由于沒有環流，兩組可控整流橋之間可省去限制環流的均衡電抗器，電樞回路僅串接一個平波電抗器。控制系統主要由速度調節器ASR,電流調節器ACR，反號器AR,轉矩極性鑒別器DPT,零電流檢測器DPZ,無環流邏輯控制器DLC，觸發器，電流變換器FBC，速度變換器FBS等組成。正向起動時，給定電壓Ug為正電壓,無環流邏輯控制器的輸出端Ublf為”0”態，Ublr為”1”態，即正橋觸發脈沖開通，反橋觸發脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機正向運轉。減小給定時，Ug<Un,使Ui反向，整流裝置進入本橋逆變狀態，而Ublf,Ublr不變，當主回路電流減小并過零后，Ublf,Ublr輸出狀態轉換，Ublf為“1”態，Ublr為“0”態，即進入它橋制動狀態，使電機降速至設定的轉速后再切換成正向運行；當Ug=0時，則電機停轉。反向運行時，Ublf為”1”態，Ublr為”0”態，主電路反組可控整流橋工作。無環流邏輯控制器的輸出取決于電機的運行狀態，正向運轉，正轉制動本橋逆變及反轉制動它橋逆變狀態，Ublf為”0”態，Ublr為”1”態，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運轉，反轉制動本橋逆變，正轉制動它橋