逻辑无环流可逆直流调速系统
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由图7－4、图7－5不难看出，转矩极性检测和零电流信号检测两个环节的
区别，仅在于其偏置值和回环宽度的整定不同。电平变换单元设置回环特性是
为了提高检测系统的抗）” 单元的“逻辑控制”部分由数字逻辑
电路组成，其电路结构如图7－6 所示，它包括“逻辑判断、延时电路、多 1 保
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
实验七 逻辑无环流可逆直流调速系统
一、实验目的
1．熟悉、了解“电平变换器” 的工作原理及其在“逻辑无环流可逆直流 调速系统”中的作用。
2．熟悉、了解“逻辑控制器”的组成及其工作原理。 3．熟悉、了解“ 逻辑无环流可逆直流调速系统”的组成及特性。 4．分析、研究“ 逻辑无环流可逆直流调速系统”的正、反向切换原理及 其切换过程。
图 7－4 电平变换电路的结构与原理
图 7－5 电平变换单 元的回环特性
图7－4 的上半部分是转矩极性检测电路，其
输入取自
ASR
的输出U
* i
，即转矩极性模拟信号。输出为数字信号UT，送至
逻辑控制电路（图7－6）。转矩极性检测电路的回环特性示于图 7－5 a）。
图7－4 的下半部分是零电流检测电路，其输入为零电流模拟信号 Ui0 。输 出是数字信号 UI ，也送至逻辑控制电路，其回环特性示于图 7－5b）。
速，同时由双踪示波器观察转速和电流的过渡过程曲线。
表 7－1
逻 辑 控制器 （ DLC） 的 运行状 态
电平检测
序
组
号转
电
别
A
B
D
E
F
Uβ
状态 指示灯
矩流
1正 无
I
II
2正 有
I
II
I 3反 有
II
4反 无
I
II
5反 有
I
II
I
6
0
有
II
I
70
0
II
注
电平： 1 — 高 、 0 — 低； 状态指示灯：亮 — 开通 、 灭 — 封锁
护” 等环节，并设置有两组推β环节。其中，UβI 、UβII 输出端主要用于采用 两个ACR 的“逻辑无环流可逆系统” ，“推β” 输出端用于只有一个ACR 的
“逻辑选触无环流可逆系统” 。系统的两段切换延时时间分别由电位器 RPL1、
RPL2 和电容 C1、C2 组成，其中 RPL1、C1 组成“关断延时” 、RPL2、C2 组
（二）基本参数的整定 1．采用“逻辑控制”的无环流可逆直流调速系统按附图 1－7A 接线，采 用“逻辑选触控制”的无环流可逆直流调速系统按附图 1－7B 接线。无论采用 何者，主电路按反并联接线，整流装置输出接电动机负载，主电路接直流电流、 电压表（图中未画出）和电抗器 L1（含于图中 Ld ，只要电感量足够，无须另 增 L1）；闭合右下面板的发电机、电动机励磁开关，整定至额定励磁电流；分 断负载开关 SG，将负载电阻 RG 调至 最 大 ；调节器 ASR（D304）和 ACR（I D305） 按实验二的优化参数设置为 PI 调节器（采用图 7－1A 接线时，ACRII（D306） 的结构和参数与 ACR I 完全相同），并确保它们的给定和反馈极性的正确合理， 同时将转速和电流反馈系数α、β调至最大；给定单元的极性开关 S1、阶跃开 关 S2 拨向上方，“状态切换”置“直流” 档。 2．经实验指导教师检查认可后，推合总电源空开（左下面板），检查各指 示灯状态，确认无异常后闭合控制开关，并开始以下步骤。 3．按常规整定 ASR 和 ACR 的输出限幅，尤其 ACR I （以及 ACR II ）的 输出限幅（±Uct m＝ ±￣Uct m ）严格按限制 α min＝βmin＝30 整定。 4．按实验五相同的方法整定两个触发单元，确保反相器 AR（D311）的比 例系数 kP＝ －1 且具有良好的线性度，两组触发特性严格对称且确保 α ＝β， 并将系统的零位整定于 90°，即当 Uct＝ ￣Uct＝ 0 时整定使 α ＝β＝90°。
＝
2／3U
* i
m
恒定（设电流过载倍数
λ＝1.5
，若
λ
不同，系数应随之变更），系统稳定后，同时调整（减小）电流反馈和负载电
阻 RG ， 直至 n＝ nnom、 Id＝ Idnom ；调整完毕，锁定反馈系数 β 并减少给定
至
U
* n
＝
0 ，电机停止后，分断主电路和负载开关
SG
。
8．恢复转速调节器的负反馈接线（恢复 ASR 的 Un 输入端由 BS 单元的输
图 7－1 逻辑无环流可逆直流调速系统的组成
图 7－2 逻辑选触无环流可逆直流调速系统的组成
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
元，节省其中一套并无实际意义，故仍采用两套触发单元而不另增设模拟开关。 本实验台虽然同时配备了“逻辑控制”和“逻辑选触控制”两类“逻辑无
环流可逆系统”实验电路，用户只需按各自的实际情况和要求选择其中之一。 “逻辑无环流可逆直流调速系统”的正、反向切换，采用数字逻辑控制，
成“触发延时”（实际为关断和触发延时时间之和）。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
图 7－ 6
逻 辑 控 制 器 （ LCR） 的 电 路 结 构
4．电平变换电路的回环宽度和偏置以及逻辑控制电路的两段延时时间等参 数，产品出厂时已按标准设计整定，轻易无须变更。确需重新调整时，应从挂 箱内部的相应印制板电路上进行。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
5．将“D301”单元的转速给定
U
* n
设定为零；暂时断开转速负反馈接线
（将ASR 的 Un 输入端由引自转速变换单元的输出 U￣n 改为直接接地）。
6．将 ASR 暂时改接为 1:1 的比例调节器；闭合负载开关 SG，经检查无误
后闭合主电路。
7．缓慢增加给定至
U
* n
关键部件，如图7－3所示。由图可见，它由“电平变换（D I P）”和“逻辑控制 （LCR）” 两部分组成。图中“电平变换（DIP）” 以虚线框内符号表示，具体 电路示于图7－4，它是逻辑控制器（LCR）的输入电平转换，它将“转矩极性” 和“零电流” 两个模拟信号输入转换为相应的数字信号输出。“逻辑控制 （LCR）” 部分是逻辑控制器的核心，其电路原理单独画出示于图7－6，它根 据“电平变换” 的数字信号输出，实现逻辑运算和判断，并正确送出“开通” 或“封锁” 信号，以控制两组触发单元。
* i
。
2．通过切换（D301）单元的极性开关 S1和（ D309）单 元 的 切换开关依
次模拟“①正向转矩、无电流” 、“②正向转矩、有电流” 、“③反向转矩、有
电流” 、“④反向转矩、无电流” 、“⑤反向转矩、有电流” 、“⑥零转矩、有
电流” 、“⑦零转矩、零电流” 七种不同情况，并用电平测试笔或万用表依次
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
装置工作。这就从根本上切断了环流的通路，以确保可逆系统不存在任何环流。 “逻辑无环流可逆直流调速系统” 主要有“逻辑控制”和“逻辑选触控制”
两种基本类型。“逻辑控制”的系统采用两个电流调节器，而“逻辑选触控制” 的系统只须一个电流调节器，是前者的改进形式。两类系统的组成框图分别如 图 7－1、图 7－2 所示，采用“逻辑控制”的无环流可逆直流调速系统的接线 电路如附图 1－7A 所示，采用“逻辑选触控制”的无环流可逆直流调速系统的 接线电路如附图 1－7B 所示。在实际应用中，“逻辑选触控制”的系统，通常 只需一套“触发单元” ，由模拟开关选择触发。本实验台已配置了两套触发单
2．直流可逆调速挂箱（DS101）—— D101、D102 单元 。 3．给定及调节器挂箱（DS301）—— D301、D304、D305、D306 单元 。 4．专用控制单元挂箱（DS302）—— D311、D312 单元 5．直流电动机、发电机机组 6．慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器 7．微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
中出现的现象，尤其是切换死区）。 4 *．通过右上面板的微机接口电路（D0U4），接好微机系统，演示、存储、
及其反馈系数的调试要点和方法同实验二，实验前由实验室调试完成为宜 ）
（三）逻辑控制器（DLC）的电平测试
1．分别以（D301）单元的输出
U
* n
1
模拟“转矩极性”信号（用极性开关
S1 切换转矩极性）、（D309）单元的输出＋Uic 模拟“零电流”信号（由切换开
关模拟电流有、无）。为此，将“极性鉴别与逻辑控制（D312）”单元的转矩输
出 ￣Un 引入，并恢复其为 PI 调节器），经检查无误后闭合主电路；增加给定至
U
* n
＝
U
* n
o
m
，调整（减小）转速反馈直至转速
n
＝
n
n
o
m
，锁定反馈系数
α 。调
整完毕，缓慢减少给定至
U
* n
＝
0
，电机停止后，切除主电路。
步骤 5、6、7、8除将“D301”单元的转速给定 U *n设定为零外，ASR、ACR
具有安全、可靠的优点。但是，由于切换过程中存在着工作组“关断”和待工 作组“触发”所需的两段延时时间，造成切换死区。所以正、反向切换的快速 性，一般不如有环流可逆系统和错位无环流可逆系统。
五、实验步骤与方法
（一）极性鉴别与逻辑控制器（DLC）的组成与原理 1．“极性鉴别与逻辑控制（DLC）”是“逻辑无环流可逆直流调速系统”的
“极性鉴别与逻辑控制（DLC）”单元的调试可参阅《专用控制单元（DS302） 挂箱使用说明》的调试要点，此处不另复述。
图 7－ 3
极 性 鉴别 与 逻辑控 制 （ DLC） 单 元
区别，仅在于其偏置值和回环宽度的整定不同。电平变换单元设置回环特性是
为了提高检测系统的抗）” 单元的“逻辑控制”部分由数字逻辑
电路组成，其电路结构如图7－6 所示，它包括“逻辑判断、延时电路、多 1 保
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
实验七 逻辑无环流可逆直流调速系统
一、实验目的
1．熟悉、了解“电平变换器” 的工作原理及其在“逻辑无环流可逆直流 调速系统”中的作用。
2．熟悉、了解“逻辑控制器”的组成及其工作原理。 3．熟悉、了解“ 逻辑无环流可逆直流调速系统”的组成及特性。 4．分析、研究“ 逻辑无环流可逆直流调速系统”的正、反向切换原理及 其切换过程。
图 7－4 电平变换电路的结构与原理
图 7－5 电平变换单 元的回环特性
图7－4 的上半部分是转矩极性检测电路，其
输入取自
ASR
的输出U
* i
，即转矩极性模拟信号。输出为数字信号UT，送至
逻辑控制电路（图7－6）。转矩极性检测电路的回环特性示于图 7－5 a）。
图7－4 的下半部分是零电流检测电路，其输入为零电流模拟信号 Ui0 。输 出是数字信号 UI ，也送至逻辑控制电路，其回环特性示于图 7－5b）。
速，同时由双踪示波器观察转速和电流的过渡过程曲线。
表 7－1
逻 辑 控制器 （ DLC） 的 运行状 态
电平检测
序
组
号转
电
别
A
B
D
E
F
Uβ
状态 指示灯
矩流
1正 无
I
II
2正 有
I
II
I 3反 有
II
4反 无
I
II
5反 有
I
II
I
6
0
有
II
I
70
0
II
注
电平： 1 — 高 、 0 — 低； 状态指示灯：亮 — 开通 、 灭 — 封锁
护” 等环节，并设置有两组推β环节。其中，UβI 、UβII 输出端主要用于采用 两个ACR 的“逻辑无环流可逆系统” ，“推β” 输出端用于只有一个ACR 的
“逻辑选触无环流可逆系统” 。系统的两段切换延时时间分别由电位器 RPL1、
RPL2 和电容 C1、C2 组成，其中 RPL1、C1 组成“关断延时” 、RPL2、C2 组
（二）基本参数的整定 1．采用“逻辑控制”的无环流可逆直流调速系统按附图 1－7A 接线，采 用“逻辑选触控制”的无环流可逆直流调速系统按附图 1－7B 接线。无论采用 何者，主电路按反并联接线，整流装置输出接电动机负载，主电路接直流电流、 电压表（图中未画出）和电抗器 L1（含于图中 Ld ，只要电感量足够，无须另 增 L1）；闭合右下面板的发电机、电动机励磁开关，整定至额定励磁电流；分 断负载开关 SG，将负载电阻 RG 调至 最 大 ；调节器 ASR（D304）和 ACR（I D305） 按实验二的优化参数设置为 PI 调节器（采用图 7－1A 接线时，ACRII（D306） 的结构和参数与 ACR I 完全相同），并确保它们的给定和反馈极性的正确合理， 同时将转速和电流反馈系数α、β调至最大；给定单元的极性开关 S1、阶跃开 关 S2 拨向上方，“状态切换”置“直流” 档。 2．经实验指导教师检查认可后，推合总电源空开（左下面板），检查各指 示灯状态，确认无异常后闭合控制开关，并开始以下步骤。 3．按常规整定 ASR 和 ACR 的输出限幅，尤其 ACR I （以及 ACR II ）的 输出限幅（±Uct m＝ ±￣Uct m ）严格按限制 α min＝βmin＝30 整定。 4．按实验五相同的方法整定两个触发单元，确保反相器 AR（D311）的比 例系数 kP＝ －1 且具有良好的线性度，两组触发特性严格对称且确保 α ＝β， 并将系统的零位整定于 90°，即当 Uct＝ ￣Uct＝ 0 时整定使 α ＝β＝90°。
＝
2／3U
* i
m
恒定（设电流过载倍数
λ＝1.5
，若
λ
不同，系数应随之变更），系统稳定后，同时调整（减小）电流反馈和负载电
阻 RG ， 直至 n＝ nnom、 Id＝ Idnom ；调整完毕，锁定反馈系数 β 并减少给定
至
U
* n
＝
0 ，电机停止后，分断主电路和负载开关
SG
。
8．恢复转速调节器的负反馈接线（恢复 ASR 的 Un 输入端由 BS 单元的输
图 7－1 逻辑无环流可逆直流调速系统的组成
图 7－2 逻辑选触无环流可逆直流调速系统的组成
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
元，节省其中一套并无实际意义，故仍采用两套触发单元而不另增设模拟开关。 本实验台虽然同时配备了“逻辑控制”和“逻辑选触控制”两类“逻辑无
环流可逆系统”实验电路，用户只需按各自的实际情况和要求选择其中之一。 “逻辑无环流可逆直流调速系统”的正、反向切换，采用数字逻辑控制，
成“触发延时”（实际为关断和触发延时时间之和）。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
图 7－ 6
逻 辑 控 制 器 （ LCR） 的 电 路 结 构
4．电平变换电路的回环宽度和偏置以及逻辑控制电路的两段延时时间等参 数，产品出厂时已按标准设计整定，轻易无须变更。确需重新调整时，应从挂 箱内部的相应印制板电路上进行。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
5．将“D301”单元的转速给定
U
* n
设定为零；暂时断开转速负反馈接线
（将ASR 的 Un 输入端由引自转速变换单元的输出 U￣n 改为直接接地）。
6．将 ASR 暂时改接为 1:1 的比例调节器；闭合负载开关 SG，经检查无误
后闭合主电路。
7．缓慢增加给定至
U
* n
关键部件，如图7－3所示。由图可见，它由“电平变换（D I P）”和“逻辑控制 （LCR）” 两部分组成。图中“电平变换（DIP）” 以虚线框内符号表示，具体 电路示于图7－4，它是逻辑控制器（LCR）的输入电平转换，它将“转矩极性” 和“零电流” 两个模拟信号输入转换为相应的数字信号输出。“逻辑控制 （LCR）” 部分是逻辑控制器的核心，其电路原理单独画出示于图7－6，它根 据“电平变换” 的数字信号输出，实现逻辑运算和判断，并正确送出“开通” 或“封锁” 信号，以控制两组触发单元。
* i
。
2．通过切换（D301）单元的极性开关 S1和（ D309）单 元 的 切换开关依
次模拟“①正向转矩、无电流” 、“②正向转矩、有电流” 、“③反向转矩、有
电流” 、“④反向转矩、无电流” 、“⑤反向转矩、有电流” 、“⑥零转矩、有
电流” 、“⑦零转矩、零电流” 七种不同情况，并用电平测试笔或万用表依次
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
装置工作。这就从根本上切断了环流的通路，以确保可逆系统不存在任何环流。 “逻辑无环流可逆直流调速系统” 主要有“逻辑控制”和“逻辑选触控制”
两种基本类型。“逻辑控制”的系统采用两个电流调节器，而“逻辑选触控制” 的系统只须一个电流调节器，是前者的改进形式。两类系统的组成框图分别如 图 7－1、图 7－2 所示，采用“逻辑控制”的无环流可逆直流调速系统的接线 电路如附图 1－7A 所示，采用“逻辑选触控制”的无环流可逆直流调速系统的 接线电路如附图 1－7B 所示。在实际应用中，“逻辑选触控制”的系统，通常 只需一套“触发单元” ，由模拟开关选择触发。本实验台已配置了两套触发单
2．直流可逆调速挂箱（DS101）—— D101、D102 单元 。 3．给定及调节器挂箱（DS301）—— D301、D304、D305、D306 单元 。 4．专用控制单元挂箱（DS302）—— D311、D312 单元 5．直流电动机、发电机机组 6．慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器 7．微机及打印机（存储、演示、打印实验波形，可无，但相应内容省略）。
实验七
逻辑无环流可逆直流调速系统
中出现的现象，尤其是切换死区）。 4 *．通过右上面板的微机接口电路（D0U4），接好微机系统，演示、存储、
及其反馈系数的调试要点和方法同实验二，实验前由实验室调试完成为宜 ）
（三）逻辑控制器（DLC）的电平测试
1．分别以（D301）单元的输出
U
* n
1
模拟“转矩极性”信号（用极性开关
S1 切换转矩极性）、（D309）单元的输出＋Uic 模拟“零电流”信号（由切换开
关模拟电流有、无）。为此，将“极性鉴别与逻辑控制（D312）”单元的转矩输
出 ￣Un 引入，并恢复其为 PI 调节器），经检查无误后闭合主电路；增加给定至
U
* n
＝
U
* n
o
m
，调整（减小）转速反馈直至转速
n
＝
n
n
o
m
，锁定反馈系数
α 。调
整完毕，缓慢减少给定至
U
* n
＝
0
，电机停止后，切除主电路。
步骤 5、6、7、8除将“D301”单元的转速给定 U *n设定为零外，ASR、ACR
具有安全、可靠的优点。但是，由于切换过程中存在着工作组“关断”和待工 作组“触发”所需的两段延时时间，造成切换死区。所以正、反向切换的快速 性，一般不如有环流可逆系统和错位无环流可逆系统。
五、实验步骤与方法
（一）极性鉴别与逻辑控制器（DLC）的组成与原理 1．“极性鉴别与逻辑控制（DLC）”是“逻辑无环流可逆直流调速系统”的
“极性鉴别与逻辑控制（DLC）”单元的调试可参阅《专用控制单元（DS302） 挂箱使用说明》的调试要点，此处不另复述。
图 7－ 3
极 性 鉴别 与 逻辑控 制 （ DLC） 单 元
