逻辑无环流可逆调速系统Word格式文档下载.docx
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3.3.2
触发电路及其特点........................................................................................
3.3.3KJ004的工作原理
...........................................................................................
15
4无环流逻辑控制器DLC设计.............................................................................................
18
5系统主电路设计...................................................................................................................
19
5.1
主电路原理及说明....................................................................................................
5.2
保护电路的设计........................................................................................................
总结..........................................................................................................................................
21
参考文献..................................................................................................................................
22
附录..........................................................................................................................................
23
II
1逻辑无环流可逆直流调速系统简介
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,称作环流。
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,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Ui信
号。
同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题,这要看工作桥又没有电流存在,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Ui信号极
性和电流“有”、“无”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。
这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR,一个反号器AR,采用双电流调节器
1ACR和2ACR,双触发装置GTF和GTR结构。
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,但是为了保证稳定运行时的电流波形的连
续,仍应保留平波电抗器,控制线路采用典型的转速﹑电流双闭环系统,1ACR用来调
节正组桥电流,其输出控制正组触发装置GTF;
2ACR调节反组桥电流,其输出控制反
组触发装置GTR,1ACR的给定信号Ui经反号器AR作为2ACR的给定信号Ui,这样可使电流反馈信号Ui的极性在正﹑反转时都不必改变,从而可采用不反映极性的电流检测器,在逻辑无环流系统中设置的无环流逻辑控制器DLC,这是系统中关键部件。
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。
逻辑无环流可逆调速直流系统主要分为三部分:
主电路和稳压电源,驱动电路,逻
辑无环流控制器。
系统原理图如图1.1。
图1.1逻辑无环流可逆调速系统原理图
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
HX——推装置
TA——交流互感器
TG——测速发电机
M——工作台电动机
LB——电流变换器
AR——反号器
GL——过流保护环节
2
2逻辑无环流直流调速系统参数和缓解特性的测定
2.1电枢回路电阻R的测定
电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra,平波电抗器的直流电阻RL和整流
装置的内阻Rn,即R=Ra+RL+Rn
为测出晶闸管整流装置的电源内阻,可采用福安比较法来测定电阻。
将变压器RP
(可采用两只900Ω电阻并联)接入被测系统的主电路,并调节电阻负载至最大。
测试
时电动机不加励磁,并使电机堵转。
MCL-31的给定电位器RP1逆时针调到底,使Uct=0。
调节偏移电压电位器RP2,
使α=150°
。
合上主电路电源开关。
调节Ug使整流装置输出电压Ud=110V,然后调整RP使电枢电流为0.88A,读取电流表A和电压表V的数值为I1,U1,则此时整流装置的理想空载电压为
UdoI1RU1
调节RP,使电流表A的读数为0.44A。
在Ud不变的条件下读取A,V表数值,则
Udo
I1RU2
求解两式,可得电枢回路总电阻
R(U2
U1)/(I1I2)
如把电机的电枢两端短接,重复上述实验,可得
RLRn(U2'
U1'
)/(I1'
I2'
)
则电机的电枢电阻为
RaR(RLRn)
同样,短接电抗器两端,也可测得电抗器之久电阻RL。
测试结果:
当示波器显示如图2.1时,开始测定参数。
图2.1150
表2.1电枢回路总电阻测试
U/V
79
62
I/A
0.44
0.88
据公式R
(U2
U1)/(I1
I2)得,R
(79
62)/(0.880.44)
38.64
表2.2
平波电抗器的直流电阻
RL与整流装置的内阻Rn之和测试
U'
/V
82
91
I'
/A
据公式RL
Rn
U
U1
I1
I2
得,
L
n
(9182)/(0.88
0.44)
20.45
(
'
)/(
)
R
表2.3整流装置的内阻
Rn与电枢电阻Ra之和测试
/V
71
85
据公式Ra
)/(
得,RaRn
(8571)/(0.88
31.82
所以可得:
电枢回路总电阻R≈38.64Ω
整流装置的内阻Rn≈13.63Ω
电枢电阻Ra≈18.19Ω
平波电抗器的直流电阻RL≈6.82Ω
2.2主电路电磁时间常数的测定
采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td,电枢回路突加给定电压时,电流
id按指数规律上升
idId(1et/Td)
其电流变化曲线如图
2.1所示。
当t=Td时,有
i
d
(1e
I
0.63I2
电机不加励磁。
调节Uct,监视电流表的读数,使电机电枢电流为(50~90)Inom。
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,由波形图上测量出当电流上
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2.2电流变化曲线
测定结果如图2.3
图2.3主电路电磁时间常数的测定
5
由图2.3可知,电磁时间常数Td
5.2ms
三相桥式整流电路
u2
=0.693
220
取L=0.80H
L=0.693
796.74mH
Idmin
1.10.1
Tl=L=0.80=0.02s
R38.64
2.3电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定
将电动机加额定励磁,使之空载运行,改变电枢电压Ud,测得相应的n,即可由下
式算出Ce
CeKe(Ud2Ud1)/(n2n1)
Ce的单位为V/(r/min)
转矩常数(额定磁通时)CM的单位为N.m/A,可由Ce求出
CM9.55Ce
由实验测得两组数据
表2.4电动机电势常数Ce的测定
Ud/V
177
147
n/(rad/s)
1200
1000
由公式Ce
Ke
(Ud2Ud1)/(n2
n1)得,
Ce
(177
147)/(12001000)
0.15V/(r/min)
CM
9.55
0.15
1.43N.m/A
2.4系统机电时间常数Tm的测定
系统的机电时间常数可由下式计算
Tm(GD
M
R)/375CeL
由于Tm>
>
Td,也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节,即
nK/(1TmS)Ud
当电枢突加给定电压时,转速n将按指数规律上升,当n到达63.2稳态值时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。
测试时电枢回路中附加电阻应全部切除。
MCL—31的给定电位器RP1逆时针调到底,使Uct=0。
电动机M加额定励磁。
调节Uct,将电机空载起动至稳定转速1000r/min。
然后保持Uct不变,断开主电路
开关,待电机完全停止后,突然合上主电路开关,给电枢加电压,用示波器拍摄过渡过
程曲线,即可由此确定机电时间常数。
实测曲线如图2.4所示:
由实验测得:
Tm=37ms
图2.4系统机电时间常数Tm的测定
2.5测速发电机特性UTGf(n)的测定
电动机加额定励磁,逐渐增加触发电路的控制电压Uct,分别读取对应的UTG,的
数值若干组,即可描绘出特性曲线UTG=f(n)。
晶闸管整流装置放大倍数Ks
Ud。
实
UC
验结果如表2.5
表2.5
f(n)的测定
n(r/min)
1100
1300
1400
Uct(V)
6.89
7.63
8.30
8.99
9.68
UCT(V)
1.07
1.20
1.36
1.55
1.76
Ud(V)
152.50
166.51
180.28
194.83
209.34
分析可知
取Ks≈20
8
3驱动电路的设计
由晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,由第二章测的,基本数据如下:
直流电动机:
220V,185W,1.1A,1600r/min;
晶闸管装置放大系数:
Ks≈20
电枢回路总电阻:
R=24.35Ω;
时间常数:
Td=21ms,Tm=49ms;
电流反馈系数:
10V/1.5IN
6.06V/A
转速反馈系数:
10V
10V
min/
r
V
Nn
1600
0.0063
设计要求:
设计电流调节器,要求电流超调量i5%;
设计转速调节器,要求转速超
调量n10%
3.1电流调节器的设计
3.1.1电流调节器的原理图
如图3.1
图3.1电流调节器原理图
3.1.2电流调节器的参数计算
1.确定时间常数
1)整流装置滞后常数Ts。
三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。
2)电流滤波时间常数Toi。
三相桥式电路每个波头时间是3.3ms,为了基本滤平波头,应有(1~2)Toi=3.33ms,因此取Toi=2ms=0.002s。
3)电流环小时间常数之和Ti。
按小时间常数近似处理,取TiTsToi0.0037s
2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:
WACR(s)
Ki
(is
1)
is
检查对电流电压的抗扰性能:
Td
0.021
5.68,参照附录表
1的典型Ⅰ型系统动态
Ti
0.0037
抗扰性能,各项指标都是可以接受的。
3.计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数:
Td0.021s。
电流环开环增益:
要求
5%时,按照附录表
2,应取KITi
0.5,因此
KI
0.5
135.1s1
于是,ACR的比例系数为
iR
135.10.021
24.35
KS
20
6.06
0.60
4.校验近似条件
电流环截止频率:
wciKI
⑴晶闸管整流装置传递函数的近似条件
196.1s1
wci
3Ts
30.0017s
满足近似条件。
⑵忽略反电动势变化对电流环动态影像的条件
93.52s1
TmTd
0.049
⑶电流环小时间常数近似处理条件
180.8s1
TsToi
0.0017
0.002s
5计算调节器电阻和电容
如图3.2,按所用运算放大器取R040k,各电阻和电容值为
图3.2PI型电流调节器
Ki
Ri
R0
RCi
Toi
0Coi
KiR0
40k
24k
,取24k
Ci
3F
F,取0.90F
2410
4Toi
0.002
F
0.2
F,取0.2F
Coi
40
103
按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标
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