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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)</b></p><p><b> 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p> 題 目: 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p> 專業(yè)班級(jí): xxxxxxxxxxxx </p><p>
2、學(xué) 號(hào): xxxxxxxxxxxx </p><p> 姓 名: xxxxxxx </p><p> 指導(dǎo)教師: xxxxxxxxxxxxx </p><p> 成 績(jī):
3、 </p><p> 20xx年x月xx日至x月xx日</p><p> 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p> ?。娏鳝h(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì))</p><p> The Design of Logic Non-loop-current DC SR System</p
4、><p> SR System--Speed Regulating System</p><p> ?。═he Design of Current Loop, Speed Loop Regulator and It’s Amplitude Limiter Circuit)</p><p> 學(xué)生姓名: xxxx
5、 </p><p> 指導(dǎo)教師 xxxxxxxxxxxxxx </p><p> 課程設(shè)計(jì)量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) </p><p><b> 答辯記錄</b></p><p><b> 摘 要</b></p&
6、gt;<p> 從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看,電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng),位置隨動(dòng)系統(tǒng),張力控制系統(tǒng),多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型,而各種系統(tǒng)往往都是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。在許多生產(chǎn)機(jī)械中,常要求電動(dòng)機(jī)既能正反轉(zhuǎn),又能快速制動(dòng),需要四象限運(yùn)行的特性,此時(shí)必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。</p><p> 本文介紹了邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及其構(gòu)成,并
7、對(duì)其控制電路進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)計(jì)。運(yùn)用了一種基于Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真新方法,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)邏輯無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真。本文重點(diǎn)介紹了以芯片TC787為主的晶閘管觸發(fā)電路,其如何根據(jù)DLC發(fā)出的指令正確驅(qū)動(dòng)和停止正組反組晶閘管的開(kāi)閉,以實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。</p><p> 關(guān)鍵詞: 直流調(diào)速系統(tǒng); 邏輯無(wú)環(huán)流控制; 觸發(fā)電路; T
8、C787</p><p><b> Abstract</b></p><p> The control of physical quantities from the production machinery, electric drive automatic control system has a speed control system, position
9、servo system, tension control system, multi-motor synchronous control system and other types, a variety of systems are often by controlling the speed to achieve, and thus the speed control system is the most basic drag c
10、ontrol systems. In many production machinery, and often require the motor not only rotating, but also rapid braking, you need four-quadra</p><p> Keywords: DC speed control system; Logic without circulatio
11、n control; Trigger </p><p> circuit; TC787</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractΠ</p><p><b> 1
12、. 緒論1</b></p><p> 1.1無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介1</p><p> 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1</p><p> 2. 系統(tǒng)組成原理3</p><p> 2.1 邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)總概3</p><p> 2.2 主電路原理4</p><p>
13、2.3 觸發(fā)電路原理5</p><p> 2.4 檢測(cè)電路原理6</p><p> 2.5 電源電路原理7</p><p> 2.6 保護(hù)電路原理8</p><p> 2.7 邏輯控制器原理9</p><p><b> 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容10</b></p><
14、p> 3.1 設(shè)計(jì)要求10</p><p> 3.2 設(shè)計(jì)原理11</p><p> 3.3 電路的選擇11</p><p> 3.4 觸發(fā)電路14</p><p> 3.5 元器件的連接與參數(shù)的選擇14</p><p> 4.仿真或?qū)嶒?yàn)結(jié)果分析15</p><p>
15、;<b> 5. 總結(jié)20</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b> 1. 緒論</b></p><p> 1.1無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p> 許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn),又能反轉(zhuǎn),而且常常還需要快速的啟動(dòng)和制動(dòng)
16、,這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性,也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆調(diào)速系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)問(wèn)題,但是,如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn),便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流,稱做環(huán)流。這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益,只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān),消耗功率。換流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞,因此應(yīng)該予以抑制或消除。</p><p> 有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、
17、過(guò)渡平滑等優(yōu)點(diǎn),但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此,當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)過(guò)度特性的平滑性要求不高時(shí),特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng),常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流原理的不同而分為兩大類:邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少,邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng),當(dāng)一組晶閘管工作時(shí),用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖,使它完全處于阻斷狀
18、態(tài),確保兩組晶閘管不同時(shí)工作,從根本上切斷了環(huán)流的通路,這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng),組成邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是:任何時(shí)候只觸發(fā)一組整流橋,另一組整流橋封鎖,完全杜絕了產(chǎn)生環(huán)流的可能。至于選擇哪一組工作,就看電動(dòng)機(jī)組需要的轉(zhuǎn)矩方向。若需正向電動(dòng),應(yīng)觸發(fā)正組橋;若需反向電動(dòng),就應(yīng)觸發(fā)反組橋,可見(jiàn),觸發(fā)的選擇應(yīng)決定于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性,在恒磁通下,就決定于Uim*信號(hào)。同時(shí)還要考慮什么時(shí)候封鎖原來(lái)工作橋的問(wèn)題,這要看工作橋又沒(méi)有電流存在
19、,有電流時(shí)不應(yīng)封鎖,否則,開(kāi)放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路??梢?jiàn),只要用Uim*信號(hào)極性和電</p><p> 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p> (1). 題目:邏輯無(wú)環(huán)流V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b> (2). 要求:</b></p><p> a. 直流電動(dòng)機(jī):PN = 1.1
20、kW,nN = 1 000 r/min,UN = 220 V,IN = 6.58 A,GD2 = 0.28 kg.m2,過(guò)載倍數(shù)λ = 2,電樞繞組的電阻RD = 4 Ω,電感LD = 67 mH;</p><p> 變壓器:副邊繞組的電阻RB = 0.65 Ω,電感LB = 4 mH,額定電壓U2e = 145 V,額定電流I2e = 5.37 A;</p><p> 平波電抗器:電
21、阻Rp = 0.1 Ω,電感Lp = 214 mH;</p><p> 采用三相全控橋式整流電路,Ks = 57;</p><p> 電流調(diào)節(jié)器最大給定值Uimж = 10 V,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值Unmж = 6 V;</p><p> 電流濾波時(shí)間常數(shù)T0i = 1 ms,轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)T0n = 5 ms;</p>&
22、lt;p> 設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差,電流超調(diào)量σi% ≤ 5%,空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σi% ≤ 10%。</p><p><b> (3).內(nèi)容</b></p><p> a. 完成系統(tǒng)理論與仿真分析;</p><p> b. 進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算,采用工程設(shè)計(jì)方法完成轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì);</p>
23、<p> c. 利用Matlab/Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型,對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能(給定輸入的跟隨性能和負(fù)載與電網(wǎng)電壓擾動(dòng)下的抗擾性能)進(jìn)行仿真分析;</p><p> d. 完成系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè)計(jì)(包括電路原理圖設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、元器件選型)</p><p><b> 1)主電路的設(shè)計(jì);</b></p><p>
24、 2)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì);</p><p> 3)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì);</p><p> 4)轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì);</p><p> 5)邏輯無(wú)環(huán)流控制器(DLC)電路的設(shè)計(jì);</p><p> 6)保護(hù)電路的設(shè)計(jì);</p><p> 7)輔助電源電路的設(shè)計(jì)。</p><
25、p> e. PCB板的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試(根據(jù)時(shí)間選做)。</p><p><b> 2. 系統(tǒng)組成原理</b></p><p> 2.1 邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)概述</p><p> 圖2-1 邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p> ASR——速度調(diào)節(jié)器</p><p> A
26、CR1﹑ACR2——正﹑反組電流調(diào)節(jié)器</p><p> GTF、GTR——正反組整流裝置</p><p> VF、VR——正反組整流橋</p><p> DLC——無(wú)環(huán)流邏輯控制器</p><p><b> HX——推裝置</b></p><p><b> TA——交流互感器
27、</b></p><p><b> TG——測(cè)速發(fā)電機(jī)</b></p><p><b> M——工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)</b></p><p><b> LB——電流變換器</b></p><p><b> AR——反號(hào)器</b></p&g
28、t;<p> GL——過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)</p><p> 無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)可按實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流原理的不同而分為兩大類:邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。而錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)在目前的生產(chǎn)中應(yīng)用很少,邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng),當(dāng)一組晶閘管工作時(shí),用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖,使它完全處于阻斷狀態(tài),確保兩組晶閘管不同時(shí)工作,從根本上切斷了環(huán)流的通路,這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng),
29、組成邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)的思路是:任何時(shí)候只觸發(fā)一組整流橋,另一組整流橋封鎖,完全杜絕了產(chǎn)生環(huán)流的可能。至于選擇哪一組工作,就看電動(dòng)機(jī)組需要的轉(zhuǎn)矩方向。若需正向電動(dòng),應(yīng)觸發(fā)正組橋;若需反向電動(dòng),就應(yīng)觸發(fā)反組橋,可見(jiàn),觸發(fā)的選擇應(yīng)決定于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性,在恒磁通下,就決定于信號(hào)。同時(shí)還要考慮什么時(shí)候封鎖原來(lái)工作橋的問(wèn)題,這要看工作橋又沒(méi)有電流存在,有電流時(shí)不應(yīng)封鎖,否則,開(kāi)放另一組橋時(shí)容易造成二橋短路。可見(jiàn),只要用信號(hào)極性和電流“有”、“無(wú)
30、”信號(hào)可以判定應(yīng)封鎖哪一組橋,開(kāi)放哪一組橋?;谶@種邏輯判斷電路的“指揮”下工作的可逆系統(tǒng)稱邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。</p><p> 這種邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)有一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,一個(gè)反號(hào)器AR,采用雙電流調(diào)節(jié)器1ACR和2ACR,雙觸發(fā)裝置GTF和GTR結(jié)構(gòu)。主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路,由于沒(méi)有環(huán)流,不用再設(shè)置環(huán)流電抗器,但是為了保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的電流波形的連續(xù),仍應(yīng)保留平波電抗器,控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速﹑電
31、流雙閉環(huán)系統(tǒng),1ACR用來(lái)調(diào)節(jié)正組橋電流,其輸出控制正組觸發(fā)裝置GTF;2ACR調(diào)節(jié)反組橋電流,其輸出控制反組觸發(fā)裝置GTR,1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào),這樣可使電流反饋信號(hào)的極性在正﹑反轉(zhuǎn)時(shí)都不必改變,從而可采用不反映極性的電流檢測(cè)器,在邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)中設(shè)置的無(wú)環(huán)流邏輯控制器DLC,這是系統(tǒng)中關(guān)鍵部件。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài),指揮系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)切換,或者允許正組觸發(fā)裝置發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖反組,或者允許反組觸發(fā)裝置
32、發(fā)出觸發(fā)脈沖而封鎖正組。在任何情況下,決不允許兩組晶閘管同時(shí)開(kāi)放,確保主電路沒(méi)有產(chǎn)生環(huán)流的可能。</p><p><b> 2.2 主電路原理</b></p><p><b> 圖2-2 主電路圖</b></p><p><b> 主電路原理:</b></p><p>
33、 主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路;由于沒(méi)有環(huán)流,不用設(shè)置環(huán)流電抗器。根據(jù)理論知識(shí),我們知道要實(shí)現(xiàn)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速,就要采用橋式全控整流逆變電路。邏輯環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是:兩組橋在任何時(shí)刻只有一組投入工作,而另一組處于關(guān)斷狀態(tài),所以在兩組橋之間就不會(huì)存在環(huán)流。但當(dāng)兩組橋之間需要切換時(shí),不能簡(jiǎn)單的把原來(lái)工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖,而同時(shí)把原來(lái)封鎖著的一組橋立即開(kāi)通,因?yàn)橐呀?jīng)導(dǎo)通的晶閘管并不能在觸發(fā)脈沖取消的一瞬間立即被關(guān)
34、斷,必須待晶閘管承受反壓時(shí)才能關(guān)斷。如果對(duì)兩組橋的觸發(fā)脈沖的封鎖和開(kāi)放同時(shí)進(jìn)行,原先導(dǎo)通的那組橋不能立即關(guān)斷,而原先封鎖著的那組橋已經(jīng)開(kāi)通,出現(xiàn)兩組橋同時(shí)導(dǎo)通的情況,因?yàn)闆](méi)有環(huán)流電抗器,將會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流,把晶閘管燒毀。為此首先應(yīng)是已導(dǎo)通的的晶閘管斷流,要妥當(dāng)處理主回路中的電感儲(chǔ)存的一部分能量回饋給電網(wǎng),其余部分消耗在電機(jī)上,直到儲(chǔ)存的能量釋放完,主回路電流變?yōu)榱?,使原晶閘管恢復(fù)阻斷能力,隨后再開(kāi)通原來(lái)封鎖著的那組橋的晶閘管,使其觸
35、發(fā)導(dǎo)通,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流的目標(biāo)。</p><p> 2.3 觸發(fā)電路原理</p><p> 正組晶閘管觸發(fā)電路原理圖如圖所示,反組的與正組相同。該系列器件具有單相同步輸入信號(hào)和數(shù)字分頻移相120°,可適應(yīng)單相、三相觸發(fā)電路。該系列器件既可用于單相、三相半控和全控橋晶閘管整流觸發(fā)和單、三相交流調(diào)壓反并聯(lián)和雙向晶閘管觸發(fā),也可用于晶體管類變頻變壓逆變等控制電路。由于其采用的角度為控
36、制單位,因此可有效防止由頻率變化而引起的失控和顛覆現(xiàn)象。</p><p><b> 圖2-3 觸發(fā)電路</b></p><p> 2.4 檢測(cè)電路原理</p><p><b> 檢測(cè)原理:</b></p><p> 這里我們采用磁平衡式霍爾電流傳感器進(jìn)行電流的檢測(cè)。磁平衡式霍爾電流傳感器也稱
37、補(bǔ)償式霍爾傳感器,即原邊電流In在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)副邊補(bǔ)償線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償電流Im精確的反映原邊電流In,從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。它的工作原理是霍爾磁平衡式的,當(dāng)電流流過(guò)一根長(zhǎng)的導(dǎo)線時(shí),在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比,這一磁場(chǎng)可以用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè),由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線形關(guān)系,因此可利用霍爾器件的測(cè)得的輸出信號(hào),直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大
38、小:I ∝ B ∝ U,式中,B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度;I為通過(guò)導(dǎo)線中的電流;U為霍爾器件在磁場(chǎng)B中產(chǎn)生的霍爾電壓。磁平衡式霍爾電流傳感器的原理圖如圖2-4所示。 </p><p> 圖2-4 霍爾電流傳感器原理圖</p><p><b> 電路原理:</b></p><p> 磁平衡式霍爾電流傳感器的原理模式突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間
39、快和測(cè)量精度高,特別適用于弱小電流的測(cè)量。但是輸出電壓一般為mV級(jí),使用時(shí)必須加電壓放大器。實(shí)際電路圖如圖2-5所示 </p><p> 圖2-5 電流檢測(cè)電路原理圖</p><p> 2.5 電源電路原理</p><p><b> 圖2-6 電源電路</b></p><p> 由于單片機(jī)工作電壓是+5V,故設(shè)計(jì)
40、了一個(gè)+5V電壓。又運(yùn)放工作電壓為正負(fù)15V,PWM控制芯片SG3525和IGBT驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的工作電壓也都為+15V,故設(shè)計(jì)了正負(fù)15V電源。PWM控制輸出通道及驅(qū)動(dòng)電路由于單片機(jī)端口資源有限,在此使用74HC164串口轉(zhuǎn)并口芯片,輸出八位數(shù)字量給DA芯片DAC0832。</p><p> 2.6 保護(hù)電路原理</p><p> 過(guò)流保護(hù)電路由運(yùn)算放大器組成比較電路,D觸發(fā)器
41、組成雙穩(wěn)態(tài)記憶電路、 或門組成的邏輯電路及三極管、XD1 組成的顯示電路4 個(gè)單元構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作時(shí), 輸入比較器同相端的電流信號(hào)形成的輸入電壓小于反相端定值電壓(即所要求的保護(hù)定值電壓) IC1 運(yùn)放輸出低電平,D觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài), Q端為/ 00, 邏輯門輸出則為低電平, T1(三極管) 反偏而截止, XD1 不亮。同理IC6 輸出為/ 00, KJ041的控制端( P7 )為/ 00, 有整流觸發(fā)脈沖輸出。當(dāng)電流信號(hào)形成
42、的輸入電壓W1 確定的定值電壓, 即保護(hù)值時(shí), IC1 輸出高電平, 使IC3 迅速翻轉(zhuǎn), Q端輸出/ 10, 并記憶故障信號(hào)。邏輯門IC5、IC6 亦輸出為高點(diǎn)平。T1(三極管) 正偏導(dǎo)通, 使XD1 點(diǎn)亮, 給出過(guò)流信號(hào)指示。IC6 輸出高電平, KJ041的P7 端為/ 10, 封鎖了觸發(fā)脈沖輸出, 這樣整流橋失去觸發(fā)脈沖而輸出電壓為/ 00, 因此起到了保護(hù)作用。過(guò)壓保護(hù)工作電路的原理相同。</p><p&g
43、t; 圖2-7 保護(hù)電路原理圖</p><p> 2.7 邏輯控制器原理</p><p> 按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)指揮正、反組的自動(dòng)切換。其輸出信號(hào)用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖與開(kāi)放,用來(lái)控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖與開(kāi)放,在任何情況下,兩個(gè)信號(hào)必須是相反的,決不允許兩組晶閘管同時(shí)開(kāi)放脈沖,以確保主電路不出現(xiàn)環(huán)流。這些控制通常采用數(shù)字控制,如數(shù)字邏輯電路、PLC、微機(jī)等,用以實(shí)現(xiàn)同樣的邏輯控制關(guān)
44、系。</p><p> 其主要任務(wù)是在正組晶閘管工作時(shí),則封鎖反組晶閘管;在反組晶閘管工作時(shí),則封鎖正組晶閘管。采用數(shù)字邏輯電路,使其輸出信號(hào)以0 和1 的數(shù)字信號(hào)形式來(lái)執(zhí)行封鎖與開(kāi)放的作用,為了確保正反組不會(huì)同時(shí)開(kāi)放,應(yīng)使兩者不能同時(shí)為1。系統(tǒng)在反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)應(yīng)該開(kāi)放反組晶閘管,封鎖正組晶閘管,在這兩種情況下都要開(kāi)放反組,封鎖正組。從電動(dòng)機(jī)來(lái)看反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)的共同特征是使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩。上述特征可以由A
45、SR 輸出的電流給定信號(hào)來(lái)體現(xiàn), 的極性恰好反映了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩(電樞電流)的方向的變化。稱作“轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)”。DLC 應(yīng)該先鑒別電流給定信號(hào)的極性,將其作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個(gè)給定信號(hào)。</p><p> 僅用電流給定信號(hào)去控制DLC還是不夠的,因?yàn)槠錁O性的變化只是邏輯切換的必要條件。只有在實(shí)際電流降到零時(shí),才能發(fā)出正反組切換的指令。因此,只有在電流轉(zhuǎn)矩極性和零電流檢測(cè)信號(hào)這兩個(gè)前提同時(shí)具備時(shí),并經(jīng)過(guò)必要的邏
46、輯判斷,才可以讓DLC 發(fā)出切換指令。</p><p> 邏輯切換指令發(fā)出后并不能馬上執(zhí)行,需經(jīng)過(guò)封鎖延時(shí)時(shí)間才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖;再經(jīng)過(guò)開(kāi)放延時(shí)時(shí)間后才能開(kāi)放另一組脈沖,以確保系統(tǒng)的可靠工作。對(duì)于三相橋式電路,通常取,。</p><p> 另外,在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個(gè)輸出信號(hào)和之間必須有互相連鎖的保護(hù),決不允許出現(xiàn)兩組脈沖同時(shí)開(kāi)放的狀態(tài)。</p><p> 圖
47、2-8 邏輯控制器原理圖</p><p><b> 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b> 3.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p> 1.觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有一定的寬度,保證被觸發(fā)的晶閘管可靠導(dǎo)通,該脈沖的寬度</p><p> 一般為20-50。對(duì)于感性負(fù)載,觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于晶閘
48、管陽(yáng)極電流</p><p> 從零上升到擎住電流的時(shí)間,觸發(fā)脈沖的總寬度應(yīng)小于100。</p><p> 2.觸發(fā)脈沖的形式應(yīng)有助于晶閘管元件時(shí)間趨于一致,在大電流晶閘管并聯(lián)電路</p><p> 中,要求并聯(lián)的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通,使元件在允許的范圍內(nèi),為此宜采用</p><p><b> 強(qiáng)觸發(fā)措施。</b><
49、;/p><p> 3.通過(guò)控制電壓使脈沖能有足夠的移相范圍。</p><p> 4.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率,觸發(fā)脈沖的電壓和電流應(yīng)大于晶閘管要求的數(shù)值,</p><p><b> 并留有一定的裕量。</b></p><p> 觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)能在規(guī)定范圍內(nèi)移動(dòng)。觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同</p>
50、<p> 步,兩者頻率相同而且要有固定的相位關(guān)系,使每一周期都能在同樣的相位上</p><p><b> 觸發(fā)。</b></p><p> 觸發(fā)脈沖的波形要符合要求。</p><p><b> 3.2 設(shè)計(jì)原理</b></p><p> 同步信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)與交流電源電壓之間有
51、固定相位關(guān)系的同步信號(hào),同步信號(hào)有方波脈沖、鋸齒波等。按照控制信號(hào)的要求,移相器相對(duì)于同步信號(hào)移相后產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)經(jīng)脈沖輸出器放大和隔離后送到晶閘管門極觸發(fā)晶閘管。</p><p> 同步電壓 觸發(fā)脈沖</p><p><b> 控制信號(hào)</b&
52、gt;</p><p> 圖3-1 設(shè)計(jì)原理圖</p><p><b> 3.3 電路的選擇</b></p><p> 本課題選用集成式單通道相控觸發(fā)電路,采用芯片TC787。</p><p> 圖3-2 TC787引腳圖</p><p> 圖3-3 TC787內(nèi)部原理圖</p&g
53、t;<p> 圖3-4 TC787波形圖 </p><p> ? 內(nèi)部組成:三個(gè)過(guò)零和極性檢測(cè)單元、三個(gè)鋸齒波形成單元、三個(gè)比較器、一</p><p> 個(gè)脈沖發(fā)生器、一個(gè)抗干擾鎖定電路、一個(gè)脈沖形成電路、一個(gè)脈沖分配及驅(qū)</p><p><b> 動(dòng)電路。</b></p><p> ? 引腳18
54、、l、2:分別為三相同步電壓、、輸入端。應(yīng)用中,分別接經(jīng)</p><p> 輸入濾波后的同步電壓,同步電壓的峰值應(yīng)不超過(guò)TC787的工作電源電壓VDD。</p><p> ? 引腳16()、15()和14():分別為產(chǎn)生相對(duì)于A、B和C三相同步</p><p> 電壓的鋸齒波充電電容連接端。電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值。</p><
55、;p> ? 引腳13():該端連接的電容的容量決定著TC787的輸出脈沖的寬度,</p><p> 電容的容量越大,則脈沖寬度越寬。</p><p> ? 引腳4():移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低,直接決定著TC787</p><p> 輸出脈沖的移相范圍。</p><p> ? 引腳5():輸出脈沖禁止端,該端用來(lái)
56、在故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出,</p><p><b> 高電平有效。</b></p><p> ? 引腳6():TC787工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí),TC787輸出雙脈沖</p><p> 列;而當(dāng)該端接低電平時(shí),輸出單脈沖列。</p><p> ? 引腳12、10、8、9、7和11:脈沖輸出端。其中
57、引腳12、10和8分別控制上</p><p> 半橋臂的A、B、C相晶閘管,引腳9、7和11分別控制下半橋臂的A、B和C</p><p><b> 相晶閘管。</b></p><p><b> 工作原理:</b></p><p> 經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過(guò)過(guò)零和極性檢測(cè)單元檢測(cè)出零點(diǎn)和極性
58、后,作為內(nèi)</p><p> 部三個(gè)恒流源的控制信號(hào)。</p><p> 三個(gè)恒流源輸出的恒值電流給三個(gè)等值電容、、恒流充電,形成良好的</p><p><b> 等斜率鋸齒波。</b></p><p> 鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓比較后取得交相點(diǎn),該交相點(diǎn)經(jīng)</p><p>
59、; 集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定,保證交相唯一而穩(wěn)定,使交相點(diǎn)以后的鋸</p><p> 齒波或移相電壓的波動(dòng)不影響輸出。</p><p> 該交相信號(hào)與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸</p><p> 入同步信號(hào)相位對(duì)應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號(hào)送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電</p><p><b>
60、; 路。</b></p><p> 假設(shè)系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓或其它非正常情況,則引腳5禁止端的信號(hào)無(wú)效,</p><p> 此時(shí)脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖(引腳6為高電平)或</p><p> 單脈沖(引腳6為低電平)的分配功能,并經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路功率放大后輸出,一旦</p><p> 系統(tǒng)發(fā)生過(guò)
61、電流、過(guò)電壓或其它非正常情況,則引腳5禁止信號(hào)有效,脈沖分配</p><p> 和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的邏輯電路動(dòng)作,封鎖脈沖輸出,確保集成電路的6個(gè)引腳12、</p><p> 11、10、9、8、7輸出全為低電平。</p><p><b> 3.4 觸發(fā)電路</b></p><p> 正組晶閘管觸發(fā)電路原理圖如圖所示
62、,反組的與正組相同。該系列器件具有單相同步輸入信號(hào)和數(shù)字分頻移相120°,可適應(yīng)單相、三相觸發(fā)電路。該系列器件既可用于單相、三相半控和全控橋晶閘管整流觸發(fā)和單、三相交流調(diào)壓反并聯(lián)和雙向晶閘管觸發(fā),也可用于晶體管類變頻變壓逆變等控制電路。由于其采用的角度為控制單位,因此可有效防止由頻率變化而引起的失控和顛覆現(xiàn)象。</p><p> 圖3-5 正組晶閘管觸發(fā)原理圖</p><p>
63、 3.5 元器件的連接與參數(shù)的選擇</p><p> ? 為防止芯片輸入電壓過(guò)大而導(dǎo)致燒毀,在輸入端接入三相同步變壓器使380V</p><p> 三相交流電變壓為12V的同步信號(hào)、、輸入。</p><p> ? TC787可單電源工作,亦可雙電源工作,本課題使用單電源工作。單電源工作</p><p> 時(shí)引腳3()接地,而引腳17
64、()允許施加的電壓為8~18V。這里取</p><p><b> 。</b></p><p> ? 引腳5為輸出脈沖禁止端,高電平有效。由于DLC按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)指揮正、</p><p> 反組的自動(dòng)切換,其輸出信號(hào)用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放,故引</p><p> 腳5接DLC的輸出信號(hào)。</p&
65、gt;<p> ? 為了使晶閘管可靠運(yùn)行,TC787需輸出雙脈沖列(在輸出一列脈沖后補(bǔ)發(fā)一列以確保</p><p> 可控硅可靠運(yùn)行),故引腳6接高電平,這里取。</p><p> ? 引腳4移相控制電壓輸入端接給定環(huán)節(jié)輸出,即ACR的輸出。其電壓幅值</p><p> 最大為TC787的工作電源電壓。</p><p>
66、 ? 引腳16()、15()和14()分別為產(chǎn)生相對(duì)于A、B和C三相同步</p><p> 電壓的鋸齒波充電電容連接端。</p><p> ? 脈沖發(fā)生器的電容決定了調(diào)制脈沖寬度或方波輸出寬度,電容大則寬度寬。</p><p> 在頻率為50Hz的情況下,接的電容,其輸出寬度約為0.5ms;若需要</p><p> 輸出在0-180
67、范圍內(nèi)滿幅可調(diào),則的值應(yīng)大于0.2μF。</p><p> ? 引腳12、10和8分別接上半橋臂的A、B、C相晶閘管,引腳9、7和11分別</p><p> 接下半橋臂的A、B和C相晶閘管。</p><p> 4.仿真或?qū)嶒?yàn)結(jié)果分析</p><p><b> 電流環(huán)仿真波形:</b></p><
68、;p><b> (1)</b></p><p> 圖4-1 電流環(huán)仿真波形圖</p><p> ?。?)正反轉(zhuǎn)仿真波形:</p><p> 圖4-2 正反轉(zhuǎn)仿真波形圖</p><p><b> 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真波形: </b></p><p><b> (
69、1)</b></p><p> 圖4-3 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真波形圖</p><p> (2)正反轉(zhuǎn)仿真波形:</p><p> 圖4-4 正反轉(zhuǎn)仿真波形圖</p><p> ?。?)邏輯控制器輸入輸出波形:</p><p><b> ?。╝)轉(zhuǎn)矩極性:</b></p>&l
70、t;p> 圖4-5 轉(zhuǎn)矩極性仿真波形圖</p><p><b> (b)零電流:</b></p><p> 圖4-6 零電流仿真波形圖</p><p> (c)正組觸發(fā)控制:</p><p> 圖4-7 正組觸發(fā)控制仿真波形圖</p><p><b> 總結(jié)</b
71、></p><p> 通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì),讓我對(duì)邏輯無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的理解。雖說(shuō)小組中我主要是設(shè)計(jì)觸發(fā)電路,但通過(guò)與本組組員的交流以及最終報(bào)告的整合,拓寬了我的知識(shí)面,也對(duì)主電路、控制電路、保護(hù)電路等方面的知識(shí)有了更多的了解。</p><p> 剛開(kāi)始著手設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的時(shí)候沒(méi)什么頭緒,各種復(fù)雜的電路充斥著腦海,感覺(jué)無(wú)從下手,但后來(lái)經(jīng)網(wǎng)上查閱資料,詢問(wèn)老師才知道
72、用一個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn),頓時(shí)覺(jué)得豁然開(kāi)朗。這次課設(shè)讓我認(rèn)識(shí)到書(shū)本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,在課本上僅僅只有一頁(yè)的知識(shí),要真正把原理弄透徹得需查閱大量資料。在這過(guò)程中也要學(xué)會(huì)提煉有用信息,摒除無(wú)用的信息,然后自己理解、整合才能有所收獲。當(dāng)然,在這過(guò)程中少不了要走些彎路,但這也是為以后工作積累經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。</p><p> 總之,這次設(shè)計(jì)使我將書(shū)本的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合,也使我認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)的單薄。使我的分析問(wèn)題能力、解決
73、問(wèn)題能力和獨(dú)立工作能力都有了進(jìn)一步的提高,還培養(yǎng)了我實(shí)事求是,虛心請(qǐng)教和認(rèn)真工作的作風(fēng)。在此要對(duì)無(wú)私給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師說(shuō)聲謝謝!</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.8</p><p> [2] 王兆安,黃俊.電力
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