1系统结构设计1.1 方案论证在可逆调速系统中，电动机最基本的要素就是能改变旋转方向。
而要改变电动机的旋转方向有两种办法：一种是改变电动机电枢电压的极性，第二种是改变励磁磁通的方向。
对于大容量的系统，从生产角度出发，往往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，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。
因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。
1.2系统设计要实现逻辑无环流可逆调速，就要采用桥式全控整流逆变电路。
要达到电流和转速的超调要求就要设计电流-转速双闭环调速器；逻辑无环流的重要部分就是要采用逻辑控制，保证只有一组桥路工作，另一组封锁。
逻辑控制器可以采用组合逻辑元件和一些分立的电子器件组成，也可用单片机实现，本文使用PLC 来实现逻辑控制；触发电路要保证晶闸管在合适的时候导通或截止，并且要能方便的改变触发脉冲的相位，达到实时调整输出电压的目的，从而实现调速。
保护电路有瞬时过压抑制，过电流保护和过电压保护，当过压或过流时封锁触发脉冲，从而实现保护功能。
2调节器的设计2.1电流调节器的设计2.1.1确定电流调节器的时间常数（1）、整流装置滞后时间常数Ts：三相桥式电路平均失控时间Ts = 0.0017s。
（2）、电流滤波时间常数Toi ：三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms ，为了基本滤平波头应有（1~2）Toi = 3.33s 。
则Toi=0.002s（3）、电流小时间常数i T ∑：按小时间常数近似处理：s T T T oi s i 0037.0=+=∑2.1.2设计电流调节器结构采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型电流调节器，其原理图如图1所示。
图中*i U 为电流给定电压，d I β-为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压c U 。
图1 PI 型电流调速器根据设计要求%5≤i σ，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型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：ss K s W i i i ACR ττ)1()(+=检查对电源电压的抗扰性能：243.30037.0012.0==∑ss T T i l 电流调节器超前时间常数：s T l i 012.0==τ取电流反馈系数：A V I U dbl im 0232.02875.110=⨯==*β电流环开环增益：取5.0=∑i I T K ，因此114.1350037.05.05.0-∑===s sT K i I 于是，ACR 的比例系数为：3495.00232.03015.0012.014.135=⨯⨯⨯==βτs i I i K R K K 2.1.3校验近似条件电流环截止频率：114.135-==s K I ci ω 晶闸管整流装置传递函数的近似条件：ci s s sT ω>=⨯=-11.1960017.03131，满足近似条件。
忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：ci l m s ss T T ω<=⨯=-106.79012.012.01313，满足近似条件。
电流环小时间常数近似处理条件：ci oi s s ss T T ω>=⨯=-18.180002.00017.0131131，满足近似条件。
2.1.4计算调节器电阻和电容按所用运算放大器取Ω=k R 400，各电阻和电容值为：Ω=Ω⨯==k k R K R i i 98.13403495.00，取Ωk 14F F F R C iii μτ86.01086.01014012.063=⨯=⨯==-，取F μ86.0F F F R T C oi oi μ2.0102.01040002.044630=⨯=⨯⨯==-，取F μ2.0 2.2速度调节器的设计2.2.1电流环的等效闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环的一个环节，为此其闭环传递函数为：111)1(1)1()()()(2++=+++==∑∑∑*s K s K T s T s K s T s K s U s I s W II i i I i Ii d cli β忽略高次项，)(s W cli 可降阶近似为：111)(+=s K s W Icli接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为)(s U i *，因此电流环在转速环中应等效为：111)()()(+≈=*s K s W s U s I Icli i d ββ2.2.2确定转速调节器的时间常数电流环等效时间常数：s s T K i I0074.00037.0221=⨯==∑ 转速滤波时间常数：s T on 012.0=转速环小时间常数：按小时间常数近似处理，取s s s T K T on In 0194.0012.00074.01=+=+=∑电压反馈系数：r V r Vn U N nm min 0067.0min150010⋅===*α 2.2.3转速调节器结构设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型转速调节器，其原理图如图2所示。
图中*n U 为转速给定电压，n α-为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调节器的给定电压*i U 。
图2 PI 型转速调节器按设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为：ss K s W n n n ASR ττ)1()(+=按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为：s hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ 转速开环增益为：222224.3960174.052621-∑=⨯⨯=+=s T h h K n N 于是，ASR 的比例系数为：924.100194.015.00067.05212.01275.00232.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑n m e n RT h T C h K αβ2.2.4校验近似条件转速环截止频率为：115.34087.04.396-=⨯===s K K n N Ncn τωω电流环传递函数简化条件为：cn i I s s T K ω>==--∑117.630037.014.1353131，满足近似条件。
转速环小时间常数近似处理条件为：cn on I s s T K ω>==--1137.35012.014.1353131，满足近似条件。
2.2.5计算调节器的电阻和电容值按所用运算放大器取Ω=k R 400，则Ω=Ω⨯==k k R K R n n 4384095.100，取440k Ω F F R C nnn μτ1977.010440097.03=⨯==，取F μ2.0 F F F R T C on on μ1102.1104001.044630=⨯=⨯⨯==-，取F μ1 按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转速超调量：%9.816.00174.01500132.085.25.172812.02))((2*max =⨯⨯⨯⨯⨯=∆-∆=∑mnN b n T Tn n z C C λσ3系统主电路设计3.1主电路原理及说明逻辑无环流可逆直流调速系统的主电路如下图所示:图3 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路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封锁，而同时把原来封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。
3.2主电路参数设计U d =2.34U 2cos αU d =U N =220V, 取α=0° U 2=V U d 0171.9434.22200cos 34.2==I dmin =(5%-10%)I N ,这里取10% 则 L=0.693mH I U d 2308.375.171.00171.94693.0min 2=⨯⨯=⨯0067.0150010*===N nm n U α A V I U dbl im 0232.02875.110=⨯==*β晶闸管参数计算：对于三相桥式整流电路，晶闸管电流的有效值为：d d VT I I I I 577.0312=== 则晶闸管的额定电流为：A A I II d VT AV VT 616.105287368.0368.057.1)(=⨯===取1.5~2倍的安全裕量，A I AV VT 200)(=由于电流连续，因此晶闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电压峰值，即：V U U U RM FM 26656.10845.245.22=⨯===取2~3倍的安全裕量，V U VT 600=3.3保护电路设计在主电路变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压保护及滤波，晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲。
过电流保护可以通过电流互感器检测输入电流的变化，与给定值进行比较，当达到设定值时发出过流信号到逻辑控制器，再由逻辑控制器来封锁触发脉冲，实现过流保护。
过流保护电路如下图所示。
图4 过流保护电路过压保护是在直流电动机的电枢两端并上电压取样电阻，当电压值超过设定值时，发出过电压信号，经过电平转换后送到逻辑控制器，由逻辑控制器封锁触发脉冲。
4控制及驱动电路设计4.1调节器结构组成及说明逻辑无环流可逆直流调速系统的原理框图如下图所示。
图5 逻辑无环流可逆直流调速系统原理框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，但是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，以保证系统的可靠运行，所以DLC是系统中的关键部件。
