双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统设计高等教育实验设计_高等教育-实验设计.pdf

课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综 合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学 水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定 如下基本要求。1.课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计 结果分析、答辩等 4 个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。2.课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出 学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通 过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录 于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占 10%左右。3.项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最 佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和 PCB 图。项目设计方案论 证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的 正确性、可行性和创新性，考核成绩占 30%左右。4.项目设计结果分析主要包括项目设计和制作结果的工艺水平，项目测试性 能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占 25%左右。5.学生在课程设计过程中应认真阅读和本课程设计项目相关的文献，培养自 己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读 摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占 10%左右。6.答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出 23 个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握 的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占 25%左右。7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计 报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计 全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每 一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。8.课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存 档交实验室统一管理。、课程设计项目名称 双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统设计、项目设计目的及技术要求 设计目的 设计双闭环逻辑无环流直流可逆调速系统，分析系统工作原理，掌握调 节器的工程设计方法。技术要求及初始条件：1 直流电机额定参数:UN 二 220V,IN=140A,1100 r/min,Ra=0.4Q 电机过载倍数入=1.4。2 测速发电机参数：23W,110V,0.21A,1900 r/min，永磁式。3.主电路采用三相全控桥，交叉连接，进线交流电源：三相 380V。4.稳态无静差，转速超调量不超过 10%，电流超调量不超过 5%。设计任务：1.ASR 及其反馈电路设计。2.ACR 及其反馈电路设计。3.无环流逻辑控制器 DLC 设计。4.主电路及保护电路设计。5.集成触发电路设计。6.提供系统总电路图。设计要求：1 对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。2.画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。3.对项目设计结果进行分析。3.画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。4.课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同 现象知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考三、项目设计方案论证（可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路 原理图和 PCB 图）1方案选择 1.1 方案一：采用单闭环直流调速系统 但因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统 中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Ider以后，靠强烈 的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程中，起动电流达到最大值 Idm后，受电流 负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。1.2 方案二：采用带电流截止负反馈的有环流调速系统 带电流截止负反馈的系统可以解决反馈闭环系统调速系统的起动和堵转时电流过大问题，而 且该量只在起动和堵转时存在，在正常运行时就取消，且电流随着负载增减。有环流调速系统中的环流虽然可以对电动机和负载造成负担，但是只要合理的对环流进行控 制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或 轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。1.3 方案三：米用转速电流双闭环的无环流调速系统 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是使用最广性能很好的直流调速系统。采用转速负反 馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差，而在此甚 础上再加中电流负反馈，则可使系统的电流不能无限制的增加，而当系统在最大电流（转矩）受 限制时，调速系统所能获得的最快的起动过程。由此可知，双闭环使得系统的调速性能大大提高。带电流截止负反馈的调速系统虽然能大大改善系统在起动和堵转时的性能，但实际上由于其实质 是电流和转速共用一个调节器，所以在实际生产过程中，电流和转速之间出现互相扯皮的现象，不能在根本上解决问题。逻辑无环流可逆调速系统是目前在生产中使用最为广泛的可逆系统。由于无环流，所以不知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考在设置环流电抗器。但为保证稳定运行时电流波形的连续，仍保留平波电抗器 Ld。所以它兼有无 环流和电流波形连续的特点，所以比直流平均环流和配合控制有更好的效果。综上所述，且因为课程设计要求，故选择方案三。下面对方案三进行详细说明。2逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理 图1逻辑无环流可逆直流调速系统原理框图 AR 反号器 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 ACR1和ACR2，ACR1用来控制正组触发装置，ACR2控制 反组触发装置，ACR1的给定信号Ui*经反向器AR同时作为ACR2的给定信号Ui*,这样就可以 使电流反馈信号 Ui*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 DLC,以保证系统 ASR 速度调节器 ACR1、ACR2 正、反组电流调节器 GTF、GTR 正反组整流装置 VF、VR 正反组整流桥 DLC-无环流逻辑控制器 TA 交流互感器 TG 测速发电机 M 工作台电动机 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，但是为了 逻辑无环流可逆直流调速系统的原理框图如下图 1所示。知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考的可靠运行，所以 DLC是系统中的关键部件。它按照系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，或者允许正组触发装置发出触发脉冲而封锁反组，或者允许反组触发装置发出触发脉冲而封锁正 组。在任何情况下，决不允许两组晶闸管同时开放，确保主电路没有产生环流的可能。3电路设计 3.1 电流调节器设计 3.1.1 电流调节器参数的计算 由已知条件计算电枢回路总电感量 L L=0.693-=0.693=6.3mH Idmin J3 40X0.1 则励磁时间常数 Tl 丁 L 0.0063H Ti=-R 0.4.1 计算电动机电动势系数 Ce 计算电流反馈系数 J 10=10=0.0476V/A 1.5IN 1.5 140 计算转速反馈系数=10=10=0.009V/A nN 1100 3.1.2 确定时间常数 整流装置滞后时间常数 Ts。取三相桥式电路的平均失控时间为 Ts=0.0017s。整流滤波时间常数 Toi。由条件可知 Toi=0.002s 电流环小时间常数之和 Ti。按小时间常数近似处理，取 3.1.3 选择电流调节器结构 根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象 是双惯性的，因此可用 PI型电流调节器，其传递函数为:取 L=0.0063H=0.0158s Ce UN 1 N Ra 220-140 0.4 1100=0.149 v r/min T、i=Ts J=0.0037s。知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考 检查对电流电压的抗扰性能:参照表1典型I型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。3.1.4 计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：-i=T|=0.0158S 参数关系KT 0.25 0.39 0.50 0.69 1.0 阻尼比匸 1.0 0.8 0.707 0.6 0.5 超调里c 0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr QO 6.6 T 4.7T 3.3T 2.4T 峰值时间tp QO 8.3 T 6.2T 4.7T 3.6T 相角稳定裕度y 76.3：69.9：65.5：59.2：51.8：截止频率轧 0.243/T 0.367/T 0.455/T 0.596/T 0.786/T 表2 典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标和参数的关系 电流开环增益：要求 G-5%时，按表2,应取KIB=0.5 3.1.4 校验近似条件 电流环截止频率:T1 T 1 1 1 1 m=T2 T2 5 10 20 30 ACmax 汇 100%Cb 55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T 2.8 3.4 3.8 4.0 tv/T 14.7 21.7 28.7 30.4 =4.27 表1 典型I型系统动态抗扰性能 WACR(S)二 K,iS 1)jS T _ 0.0158 T j _ 0.0037 0.5 Z 0.00 匸 13 曲 已 ACR的比例系数为 是，iiJ135.1 .158.仁0.448 KS-40 0.0476 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考0.0037(1)闸管整流装置传递函数的近似条件 1 1 j s 196.078s:ci 3Ts 3 0.0017(2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件!1-:1(3)电流环小时间常数近似处理条件 3TsToi 一 30.0017 0.002 3.1.5 计算调节器电阻和电容Wcj=K PI型电流调速器 如图2所示 Kj=昱 玄=R C i T i=1 R 0C i 取 R)=40k 0，则 R0 4 R=KiR =0.448 況40=17.92k0，取20kQ G=i=0.01583=0.7卄，取 0.8F R 200 28.35(0.0158s 1)oi CZZJ 图2 is 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考(2)转速环小时间常数近似处理条件为 1 135.1sJ=38.74 cn 3 0.01 3.2 转速调节器设计 3.2.1 确定时间常数 电流环等效时间常数1/KI:有前面的计算可得 1 20=2 0.0037s=0.0074s KI 转速滤波时间常数 T n:有条件可知Ton二0.01 o 1 转速环时间常数 T升：按小时间常数近似处理，取 Tyn=丄+Ton=0.0074s+0.01=0.0174 一-3.2.2 选择转速调节器结构 按照设计要求，选用 PI调节器，其传递函数表达式为 WASR(S)=竺口 3.2.3 计算转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都比较好的原则，取 h=5,则ASR的超前时间常数为 n 二 hT n=5 0.0174=0.087s 转速开环增益KN h+1 KN 2 2 2hT、n=396.35s 2 5 0.0174 ASR的比例系数Kn(h 1)GTm 2h：RT n(5 1)O.。476 O.149 O.182.23s 2 5 0.009 0.4 0.0174 3.2.4 检验近似条件 由公式 K=1 c可得转速环截止频率为 K 1 1 cn n=Kn n=396.35 0.087s=34.48s_ 1(1)电流环传递函数简化条件为 135.1 s=63.695s*1 KI 3 Ton 二 1 3 0.0037 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考均满足近似要求。325 计算调节器电阻和电容 当h=5时，由表3得，二n=37.6%，不能满足设计 二n乞10%的要求。实际上，由于 表3是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按 ASR 退饱和的情况计算超调量。F面对转速调节器退饱和时转速超调量的计算:设理想空载启动时 z=0，Cmax=81.2%，Cb 带入cn 严=2(4)。Cb n Cb n Tm h 3 4 5 6 7 8 9 10 a 52.6%r 43.6%r 37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%tr/T 2.40 2.65 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35 ts/T 12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20 k 3 2 2 1 1 1 1 1=理=4平F,R0 40 10 3.2.6 校核转速超调量 表3典型II型系统阶跃输入跟随性能指标 n=RnCn，G=1 RoCon，K 4 Rn Cn 2*J 2 图3 Rn Ro 二 KnR0=12.23 40k=489.2心，n 0.087 n 3 JF=0.174，Rn 500 10 取 500k1，取0.2 取 rF。Con u*豊 a-1 PI型转速调节器 取 R。=40K|,则 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考 140 0.4 可得s=81.2%“斗帛汁罟务7.51。1。可以满足设计要求。3.3 无环流逻辑控制器 DLC 设计 331 无环流逻辑装置的组成 在无环流控制系统中，反并联的两组整流桥需要根据所要求的电枢电流极性来选择其中一 组整流桥运行，而另一组整流桥触发脉冲是被封锁的。两组整流桥的切换是在电动机转矩极性需 要反向时由逻辑装置控制进行的。其切换顺序可归纳如下：由于转速给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向。由转速调节器输出反映这一转矩的极性，并由逻辑装置对该极性进行判断，然后发出切换 开始的指令。使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。由零电流检测器得到零电流信号后，经 35ms延时，确认电流实际值为零，封锁原导通 侧整流桥的触发脉冲。由零电流检测器得到零电流信号后，经 10ms延时，确保原导通侧整流桥晶闸管完全阻断 后，开放待工作侧整流桥（例如反组桥）的触发脉冲。电枢内流过和切换前反方向的电流，完成切换过程。根据逻辑装置要完成的任务，它由电平检测、逻辑判断、延时电路和联锁保护电路四个基本 环节组成，逻辑装置的功能和输入输出信号如图 4所示。输入为 定或转 矩极性鉴别信号Ui和零电流检测信号 Ui0，输出是控制正组晶闸管触发脉冲封锁信号 晶闸管触发脉冲封锁信号 u2。嚣 ig -辑控制 DLC 电流给 U 1和反组 DLC 环流逻 零电流 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考332 无环流逻辑装置的设计 电平检测器 逻辑装置的输入有两个：一是反映转矩极性信号的转速调节器输出 U*，二是来自电流检测 装置反映零电流信号的 Uio，他们都是连续变化的模拟量，而逻辑运算电路需要高、低电位两个 状态的数字量。电平检测器的任务就是将模拟量转换成数字量，也就是转换成“0”状态（将输 入转换成近似为0V输出）或“1”状态（将输入转换成近似为 15V输出）。采用射极偶合触发器作电平检测器。为了提高信号转换的灵敏度，前面还加了一级差动放大 图5电平检测器原理图 电平检测器的输入输出特性如图 6所示，具有回环特性。由于转速调节器的输出和电流检测 装置输出都具有交流分量，除入口有滤波外，电平检测需要具有一定宽度的回环特性，以防止由 于交流分量使逻辑装置误动作，本系统电平检测回环特性的动作电压 Ur1=l00mV，释放电压 Ur2=80mV。调整回环的宽度可通过改变射极偶合触发器的集电极电阻实现。图6 电平检 特性 器的输入信号 的输出U*，其 输出为UT。电机正转时Ui为负,UT为和一级射极跟随器。其原理图见图 5。O Use 测器输入输出 转矩极性鉴别 为转速调节器 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考低电位（“0”态）,反转时U i为正，U T为高电位（“1”态）。零电流检测器的输入信号为电流检测装置的零电流信号 Ui0,其输出为U。有电流时ui0为 正，U I为高电位（“1”态），无电流时u i0为0,U I为低电位（“0”态）。逻辑运算 电路的输入是转速极性鉴别器的输出 u T和零电流检测器输出U丨。系统在各种运行状态时，UT和U|有不同的极性状态（“0”态或“1”态）根据运行状态的要求经过逻辑运算电路切换 其输出去封锁脉冲信号的状态（“0”态或“1”态），由于采用的是锗管触发器，当封锁信号为 正电位（“1”态）时脉冲被封锁，低电位（“0”态）时脉冲开放。利用逻辑代数的数学工具，可以设计出具有一定功能的逻辑运算电路。-,f t t*设正转时u i为负，UT为“0”；反转时ui为正，UT为“1”；有电流时u i为正，U I为“1”；无电流时u；为负，U|为“0”。u 1代表正组脉冲封锁信号，U1为“1”时脉冲封锁，U 1为“0”时脉冲开放。U 2代表反组脉冲封锁信号，U2为“1”时脉冲封锁，U2为“0”时脉冲开放。u T、u I、U 1、U 2 表示“1”，U T、U|、U1、U 2 表示“0”。按系统运行状态，可列出各量要求的状态，如表 4所示，并根据封锁条件列出逻辑代数式。根据正组封锁条件：uuTuIu2 uTuIu2 uTuIu2 根据反组封锁条件：U2 二 UTUIU1 UTU IU1 UTUIU1 运行状态 UT U|U1 U2 正向起动，1=0 0 0 0 1 正向运行，1有 0 1 0 1 正向制动，1有 1 1 0 1 正向制动，1=0 1 0 1 0 反向起动，1=0 1 0 1 0 反向运行，1有 1 1 1 0 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考反向制动，I有 0 1 1 0 反向制动，I=0 0 0 0 1 表4逻辑判断电路各量要求的状态 逻辑运算电路采用分立元件，用或非门电路较简单，故将上述式子最小化，最后化成或非门 的形式。U1=UTU2 UTUIU2=U2(UT UTU 卄 U2(UT U=U2(UT UJ U 2=UTUI UTUIUI=U I(U T U TU I)=U i(U T UI=UI(UI UT)根据上述式子可画得逻辑运算电路，如图7所示，它由四个或非门电路组成。依靠它来保证 两组整流桥的互锁，并自动实现零电流时相互切换。图7逻辑运算电路 现举例说明其切换过程，例如，整流装置原来正组工作，这时逻辑电路各点状态如图 8中“1”、“0”所示。路 整流装置从正组 先是转矩极性信 UT由“0”变到 电流未衰减到 0 以前，逻辑电路的输出仍维持原状(U!为“0”，正组开放。U2为“1”，反组封锁)。只有当 正组电流衰减到零，零电流检测器的状态改变后，逻辑电路输出才改变状态，实现零电流切换，这是逻辑电路各点状态如图 3-4所示。或非门电路如图 3-5所示。采用锗二极管 2AP13和硅开关 图8或非门电 现在要求 切换到反组，首 号改变极性，“1”，在正组 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考三极管3DK4C是为了减小正向管压降。延时电路 前面的逻辑运算电路保证零电流切换，但仅仅采用零电流切换是不够的。因为零电流检测装 置的灵敏度总是有限的，零电流检测装置变成“0”态的瞬间，不一定原来开放组的晶闸管已经 断流。因此必须在切换过程中设置两段延时即封锁延时和开放延时，避免由于正反组整流装置同 时导通而造成短路。根据这个要求，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。延时电路如图9所示，其工作原理如下：当延时电路输入为“0”时，输出亦为“0”态（BGI 截止、BG2导通），相应的整流桥脉冲开放。当输入由“0”变为“1”时，电容经Ri充电，经 一定延时后，BGI导通，BG2截止，即输出由“0”延时变“1”。相应的整流桥脉冲延时封锁。其延时时间由R1C决定，这里整定为3ms。当输入出“1”变“0”时，电容C的电荷要经过R2和 BGI基射极回路放电，经一定延时后，BG1截止，BG2导通，即输出由“1”延时变“0”。相 应的整流桥脉冲延时开放。其延时时间由 CR2参数决定，这里整定为10ms，这样就满足了“延 时3ms封锁”、“延时10ms开放”的要求。逻辑保护 逻辑电路正常工作，两个输出端总是一个高电位，一个低电位，确保任何时候两组整流一组 导通，另一组则封锁。但是当逻辑电路本身发生故障，一旦两个输出端均出现低电位时，两组整 流装置就会同时导通而造成短路事故。为了避免这种事故，设计有逻辑保护环节，如图 10所示。知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考逻辑保护环节截取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个或非门的输入信 号。当正常工作时，两个输入信号总是一个是高电位，另一个是低电位。或非门输出总是低电位,它不影响脉冲封锁信号的正常输出，但一旦两个输入信号均为低电位时，它输出一个高电位，同 时加到两个触发器上，将正反两组整流装置的触发脉冲全部封锁了，使系统停止工作，起到可靠 的保护作用。运算电路、延时电路、逻辑保护四部分就构成了无环流逻辑装置。其结构如图 11所示。图11无环流逻辑装置结构图 测、逻 图 辑 装 构 由 检 辑 10 保 置 图 电 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考3.4 主电路设计 图12逻辑无环流可逆直流调速系统主电路 逻辑无环流可逆直流调速系统的主电路如图 12所示,两组桥在任何时刻只有一组投入工作（另一组关断），所以在两组桥之间就不会存在环流。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圭寸锁，而同时把原来圭寸锁着的一组桥立即开通，因为已经 导通的晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁 着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电 流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一 部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使 原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通。3.5 保护电路设计 3.5.1 过电流保护 由于过载、直流侧短路、逆变失败、环流和交流侧短路等原因会引起系统过流而损坏可控硅。系统采用了三种保护措施：电流调节器限流，电流整定值为 250A，过流保护环节，整定值 为350A,快速熔断器；对直流回路和每个可控硅元件设快速熔断作最后一道过流保护。它可 以在冲击电流很大，冲击时间又很短的情况下保护设备，从而使系统运行安全、可靠、操作方便。过流保护环节的电路如图 13所示。在系统正常工作时，电流检测装置输出电压小于 14V（相知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证从可行性方案中确定最佳方案实施最佳方案的软件程序硬件电路原理图和图项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中项目设计方案论证主要考当于主回路电流350A),稳压管DW不导通。BG1截止，继电器J0释放，BG2导通，BG3截止，发 射极输出零电位，不影响正反组晶闸管整流装置的正常工作。当主回路电流超过 350A时，电流 检测装置输出大于14V,稳压管DW被雪崩击穿，BG1导通，BG2截止，BG3导通，发射极输出高 电位+15V,同时封锁正反两组触发器的脉冲。当 BG1导通时继电器J0得电吸合。一方面自锁，另一方面使继电器 J!得电吸合，J!在交流侧线路接触器 S-B线圈中的常闭触头打开，使 S-B跳 闸，切断主回路交流电源。改变电阻R1和R2数值或选择不同稳压值的稳压管 DW即可整定不同的 跳闸电流。环节 3.5.2 过电压保护 开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。开关稳压器所使用的未稳 压直流电源诸如蓄电池和整流器的电压如果过高，使开关稳压器不能正常工作，甚至损坏内部器 件,因此，有必要使用输入过电压保护电路。用晶体管和继电器所组成的保护电路如图 14所示。图14输入过电压保护 在该电路中，当输入直流电源的电压高于稳压二极管的击穿电压值时，稳压管击穿，有电流 流过电阻R,使晶体管 V导通，继电器动作，常闭接点断开，切断输入。其中稳压管的稳压值 Vz=ESrmax UBE。输入电源的极性保护电路可以跟输入过电压保护结合在一起，构成极性保护鉴 别和过电压保护电路。输出过电压保护在开关稳压电源中是至关重要的。特别对输出为 4-1 5V O Jo D1罗 2CF12|2K 图 13 过流 保护 6-15V 5V的开 R2 2CP12 R3 I F 10K J R4 J1 知识和专业技能解决工程领域某一方面实际问题的能力课程设计报告是科学论文写作的基础不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力综合分析能力和文字表达能力也是规范课程设计教学要求反映课程设计教学水平的重要依据为了加计方案论证项目设计结果分析答辩等个环节每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求该项目应能突出学生实践能力设计能力和创新能力的培养该项目有一定的实用性且学生通项目的选题考核成绩占左右项目设计方案论证主要包括可行性设计方案