过程控制论文

沈阳理工大学课程设计论文 1 沈阳理工大学课程设计论文

1 摘 要

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。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。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。为了保护装置不受损坏，设置了保护电路，保证操作的安全。

关键词：逻辑无环流；可逆直流调速系统；保护电路；触发器 沈阳理工大学课程设计论文

II 目录

1 绪论............................................................. 1 1.1 逻辑无环流双闭环调速系统工作原理 ........................... 1 1.2 无环流逻辑装置的组成....................................... 2 1.3 系统设计 .................................................. 3 2 调节器设计...................................................... 4 2.1 电流调节器 ................................................ 4 2.2 速度调节器 ................................................ 5 3 主电路设计....................................................... 6 3.1 主电路原理及说明 ........................................... 6 3.2 主电路参数设计 ............................................. 7 4 控制及驱动电路设计............................................... 8 4.1 系统结构组成及说明 ......................................... 8 4.2 触发电路设计 .............................................. 8 4.2.1 系统对触发器的要求................................... 8 4.2.2 触发电路及其特点..................................... 9 4.3 逻辑控制器的设计 ......................................... 11 4.4 控制电源设计 ............................................. 13 4.5 速度给定环节设计 ......................................... 13 5 保护电路设计.................................................... 15 5.1 过电流保护 ............................................... 15 5.2 过电压保护 ................................................ 16 总 结.............................................................. 18 参考文献........................................................... 19 附录A ............................................................. 20 附录B ............................................................. 26 沈阳理工大学课程设计论文

1 1 绪论 1.1 逻辑无环流双闭环调速系统工作原理 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路如图1.1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式同时进行，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.

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 沈阳理工大学课程设计论文 2 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 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，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iU经反号器AR作为2ACR的给定信号iU,这样可使电流反馈信号iU

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。

1.2 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： ①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。 ②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。 ③使导通侧的整流桥（例如正组桥）的电流迅速减小到零。 ④由零电流检测器得到零电流信号后，经3～ms5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。 沈阳理工大学课程设计论文 3 ⑤由零电流检测器得到零电流信号后，经ms10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。 ⑥电枢内流过与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1.2所示。

图1.2 无环流逻辑控制环节DLC 其输入为电流给定或转矩极性鉴别信号*iU和零电流检测信号0iU，输出是控制正组晶闸管触发脉冲封锁信号1U和反组晶闸管触发脉冲封锁信号2U。

1.3 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。 沈阳理工大学课程设计论文

4 2 调节器设计

2.1 电流调节器

电流调节器适用于可控制传动系统中，对其输入信号（给定量和反馈量）

时进行加法、减法、比例、积分、微分，延时等运算或者同时兼做上述几种运算。以使其输出量按某种予定规律变化。其原理图如图2.1所示。它是由下述几部分组成：运算放大器，两极管限幅，互补输出的电流放大级、输入阻抗网络、反馈阻抗网络等。

图2.1电流调节器原理图