龙门刨床驱动系统的设计 毕业设计.doc

毕业设计说明书龙门刨床驱动系统的设计班 级： 学号： 软件学院姓 名： 软件工程学 院： 袁文武 祝锡晶专 业： 指导教师： 2014年 6 月龙门刨床驱动系统的设计摘 要文章介绍了以直流电动机为核心的龙门刨床驱动系统的设计，系统采用电流、速度双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统，应用反并联可控硅整流装置为系统电机供电，主电路和控制电路的增加了过电流和过电压保护，消除了负载,电网等外界干扰信息最终获得较好的控制效果，对传动中各个环节进行了理论分析，并对动态参数进行了计算，给出了硬件结构和工作情况，实现了刨床的无级调速，大大提高了控制精度和电能利用率，减少了电能损耗和过度时间，降低了控制部件数量，且无噪音，提高了生产效率和质量。该系统的特点是动态响应快、工作可靠、操作简单、精度高。关键词 龙门刨床，直流调速系统，控制电路，逻辑无环流The Design Of Longmen Matchine Drive SystemAbstractThis paper introduces the dc motor as the core of double housing planer drive system design, system adopts the logic without circulation current and speed double closed loop reversible dc speed regulating system, applying reverse parallel silicon controlled rectifier device for electric power supply system, the increase of the main circuit and control circuit of over-current and over-voltage protection, eliminating the load, the power grid and other interference information eventually achieve good control effect, every link in the transmission are analyzed in theory, and the dynamic parameters are calculated, and gives the hardware structure and the working situation, realized the stepless speed regulation of planer, greatly improving the control precision and energy utilization, reduce the power loss and over time, reduces the number of control unit, and no noise, improves the production efficiency and quality.The characteristics of the system dynamic response is fast, reliable operation, simple operation, high precision.Keyword: double housing planerDc speed control system, Control circuit, Logic without circulation目录1 引言11.1 龙门刨床简介11.2 龙门刨床对电气传动系统的要求11.3 龙门刨床的主要工艺数据12 调速系统各方案的选择32.1 拖动方案的选择32.2 直流调速的方案比较32.3 控制方案的确定42.4 可控硅整流电路的选择42.4.1 单相可控硅整流电路42.4.2 三相半波整流电路52.4.3 三相桥式整流电路53 主回路参数的计算和元件选择83.1 整流变压器的计算83.1.1 整流变压器接线方式83.1.2 整流变压器副级电压的计算83.1.3 整流变压器副级电流计算93.1.4 整流变压器容量计算93.2 可控硅元件的选择93.3 平波电抗器计算124 交流侧和直流侧保护144.1 过电流保护144.1.1 自动开关保护144.1.2 快速熔断器保护144.2 过电压保护144.3 SCR元件过电压保护 165 控制回路设计185.1 电流闭环185.1.1 电流调节器185.1.2 电流闭环工作原理185.2 速度闭环195.3 集成触发电路205.3.1 SCR整流装置对触发器的要求：205.3.2 触发电路的结构及工作原理205.4 无环流逻辑装置235.4.1 无环流系统对逻辑装置的要求：245.4.2 电平检测245.4.3 逻辑判断电路255.4.4 延时电路255.4.5 逻辑保护265.5 检测装置275.5.1 测速发电机275.5.2 电流检测装置275.6 速度给定环节285.7 过流监视保护环节285.8 控制系统的电源295.9 主回路中电动机励磁回路原理图306 系统静、动特性的分析及参数调整316.1 参数设计方案的确定316.2 系统的静特性分析和计算316.2.1 静态结构图：316.2.2 静态速降计算326.3 系统动态参数计算和调试336.3.1 电流闭环参数计算 346.3.2 速度环参数计算376.4 电流自适应调节器的作用417 结论43参考文献44致谢451 引言近二三十年来，自动化电力拖动技术取得了巨大进展，它跨越电机学，电力电子及微电子技术，自动控制理论和电子计算机应用，并融合了生产设备和工艺流程。在这其中，分为交、直流两大电力拖动系统，在电力拖动的发展史上，一直是二者互为补充，相辅相成，交替发展。直流电力拖动已基本完善，处于繁盛的阶段。直流电动机具有良好的起动，制动性能，具有良好的调速性能和良好的控制性能，正因为这个优点使直流电动机调速系统在需要调速的高性能电力拖动系统中得到广泛应用。直流电动机的另一优点是它的电枢电压、电枢电流、电枢回路电阻、电机输出转矩、电机转速等各参数、变量之间的关系几乎都是简单明了的线性函数关系，这使直流电动机的数学建模较为简单、准确，相应的使得直流调速系统的分析、计算及设计也较为容易，且经过较长时间的实践，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟、经典，而且从反馈闭环控制的角度来看，他又是交流调速控制系统的基础。直流调速系统在加入反馈环后，可以改善系统的静态性能和动态品质。这种系统静特性好，调速范围宽，并可以实现无级调速。本设计中龙门刨床的的驱动系统的直流调速系统应用了可逆无环流的速度、电流双闭环直流控制系统，在满足控制要求的同时，克服了其他的直流控制系统体积大、重量重，而且不经济的缺点1。1.1 龙门刨床简介主要加工大型工件或同时加工多个工件，其主运动是工件随着工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。直流电机拖动，无级调速、运动平稳。由床身、工作台、立柱、顶梁、横梁、垂直刀架、侧刀架组成2。1.2 龙门刨床对电气传动系统的要求1) 由于反复多道次刨制，要求传动系统可逆运转并实现无级调速（0.54m/min2) 刨制过程要保持刨制速度恒定，在加减速过程中要求加减速恒定，能实现快速反向。在刨制过程中要保持给定张力，误差不得超过8%。3) 电气传动系统应有较高的静态精度，动态品质和抗扰能力。1.3 龙门刨床的主要工艺数据主传动电机：PN=45KW uN=220v IN=255A nN=430rpm uf=220v If=9.6A进料速度： 0.5m/min 刨制速度：0.54m/min调速范围：D>8 静度差：S<0.2 超调量：<7 % 2 调速系统各方案的选择调速系统方案选择的原则：1）满足生产工艺的要求确保产品的质量。2）减少投资，提高效益。3）能方便操作。2.1 拖动方案的选择主传动电动机已经给定，是直流他励电动机，所以我们要围绕着直流他励电动机展开设计。从龙门刨床生产工艺对电气传动系统提出的要求来看，我们采用直流电动机拖动是合理的。因为它便于实现电气无极调速和对调速精度的要求3。2.2 直流调速的方案比较直流调速通常分为三类：1) 开环调速系统开环控制的调速系统是从手工基础上发展起来的最基本的调速系统。在系统内部参数变化不大、外界扰动规律预知、调速性能要求不高的前提下，采用开环控制也能实现一定范围的无级调速。其优点是结构简单、调试方便、成本低廉。但是生产实践中有许多生产机械常常对静差率和调速范围有一定的要求，而且扰动也是多样和随机的，所以并不能实现稳定的调速，因此开环系统的应用受到一定的限制。2) 单闭环调速系统开环调速系统并不能满足较高性能指标的要求，所以要想提高系统的性能指标，可以引入某些反馈量。根据反馈控制的原理，要想控制哪个量，就必须引入这个量的负反馈。对于调速系统就是控制转速，所以引入转速的负反馈参与控制以提高系统的性能，这样就能克服开环系统的缺点，提高系统的控制质量。3) 双闭环调速系统采用PI调节器的转速单闭环直流调速系统，可以保证系统在稳定的前提下实现无静差。但在实际生产中，许多生产机械对调速系统的动态性能要求较高。例如，快速起、制动和正反向运行的系统。而双闭环调速系统的出现使这个问题得到了很好的解决，因为双闭环系统中由于电流环与转速环的同时存在，使系统具有了更好的动态性能。通过以上的介绍可知开环控制的优点是结构简单、调试方便、成本低廉，但其静差率和调速范围有限；单闭环调速系统可以保证系统在稳定的前提下实现无静差，但其动态性能不好；双闭环调速系统可以应用于快速起、制动和正反向运行的系统，应用双闭环调速系统可以使系统具有更好的动态性能。2.3 控制方案的确定由上述分析，本课题采用双闭环可逆调速系统。速度闭环和电流闭环同时存在的优点在于：由于可控硅的快速性能，借助PI调节器能使电流小闭环获得几个毫秒的快速调节过程，实现电流小闭环的最佳化。在速度大闭环中，当负载扰动引起速度变化时，可借助于速度调节器的比例积分特性对电机时间常数Tm进行理想的补偿，从而达到整个系统最佳化。该系统能以非常快的响应速度和非常高的精度稳定运行于给定值，而几乎与负载及电网的变化无关4。由上述工作我们可以得出龙门刨床驱动系统框图如图2.1所示。图示为双闭环调速系统，内环为电流环，外环为速度环的逻辑无环流系统。图2.1 龙门刨床驱动系统方框图2.4 可控硅整流电路的选择可控硅整流电路的型式比较多，各种整流电路的技术性能和经济性能都不相同。2.4.1 单相可控硅整流电路单相桥式半控整流电路如图2.2所示。图2.2 单相桥式半控整流电路及电压输出波形由输出电压的波形图可见，单相桥式半控整流电路电压脉动大，脉动频率低，波形如图2.1所示。在应用中会影响三相电网平衡运行，一般多用在10KW以下的拖动系统。2.4.2 三相半波整流电路三相半波整流电路如图2.3所示。三相半波整流电路用的可控硅数量比三相桥式整流电路少，可控硅控制柜少，投资比三相桥式少。三相半波整流电路虽然对三相电网平衡运行没有影响，但其脉动仍然较大。此外，整流变压器有直流分量磁势，利用率低。当整流电压相同时，硅元件的反峰压比三相桥式整流电路高，可控硅的价格高5。图2.3 三相半波整流电路及电压输出波形2.4.3 三相桥式整流电路三相桥式整流电路如图2.4所示。图2.4 三相桥式全控整流电路原理图及输出电压波形三相桥式整流电路相当于六相整流电路，它的电压脉动比三相半波整流电路少一半。整流变压器没有直流分量磁势，利用率高，这种整流电路的滞后时间为3.3毫秒，为三相半波整流电路的一半。可控硅的反峰压低，可控硅的价格低。这种整流电路用的可控硅数量为三相半波电路的两倍，控制柜也比三相半波电路多。总的投资比三相半波电路多。此外还有六相整流电路，十二相整流电路等等，它们的技术性能比三相桥式整流电路好，但它们用的可控硅数量多，投资也多，经济性差。所以从上面几种整流电路来看，三相桥式整流电路从技术性能和经济性能两项指标综合考虑，再结合本轧机的容量等级，比其它的整流电路优越。所以本设计确定采用三相桥式反并联可逆整流电路，如图2.5所示。三相桥式整流电路的工作原理是：三相电压经整流变压器接到晶闸管，由触发脉冲控制晶闸管导通，在同一时刻，两组晶闸管只有一组被触发导通。当正组工作时，电动机正转，同理反组工作时，带动电机反转6。图2.5 主传动可控硅整流电路3 主回路参数的计算和元件选择主回路参数计算包括整流变压器计算、可控硅元件计算、平波电抗器计算和各种保护装置的计算和选择。3.1 整流变压器的计算整流变压器的作用是给可控硅整流装置提供所需电源电压，如图2.4所示，同时将整流装置和交流电源隔离，增加安全性。并且减少了整流电路对其它用电设备的干扰。3.1.1 整流变压器接线方式整流变压器接线，变压器采用/-11接线方式。原级采用接线的目的是给电流中三的整数倍谐波提供通道，以保证磁通和电压为正弦交化，避免在变压器每相绕组中产生尖顶波电势。这个电势有时将超过正常值的50%，对变压器绝缘不利。另外，电网波形的畸变对并接在电网的其它负载也有很大影响7。3.1.2 整流变压器副级电压的计算采用转速调节器时，为了保证调节器的正常工作，计算变压器副级电压时必须考虑到负载电流波动所附加的电压降、电网电压波动和移相角的变化等等的影响。因此变压器的副级相电压按下式计算：式中 负载电动机额定电压； 电枢电路总电阻的标幺值； 除外，平波电抗器等的标幺值； 主回路串联可控硅元件的正向压降； ； ； C整流电路倾斜系数； 电网电压波动系数。取=0.08；=0.04；=0.95；=5；=2；=30°；=1伏查表得：A=2.34；C=0.5。将上述数据代入公式得出：3.1.3 整流变压器副级电流计算三相全控桥式整流电路整流变压器副级电压与整流电流之间的关系式为:式中为电动机额定电流。3.1.4 整流变压器容量计算由公式得：P=由以上计算得出整流变压器数据如下：相 数 三相接 线 /-11容 量 88KVA原级电压 380V副级电压 141V（相）副级电流 208A3.2 可控硅元件的选择a) 可控硅元件的工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图3.1所示：图3.1 可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的8。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表3.1表3.1 可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1、阳极电位高于是阴极电位2、控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1、阳极电位高于阴极电位2、阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1、阳极电位低于阴极电位2、阳极电流小于维持电流任一条件即可b) 基本伏安特性可控硅的基本伏安特性如图3.2所示：图3.2 可控硅基本伏安特性反向特性：当控制极开路，阳极加上反向电压时（如图3.3所示），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接着J3结也击穿，电流迅速增加，图3.2的反向特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向击穿9。图3.3 阳极加反向电压正向特性：当控制极开路，阳极上加上正向电压时（如图3.4所示），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3.2的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压。图3.4 阳极加正向电压由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图2.8的虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图3.2中的BC段。c) 触发导通在控制极G上加入正向电压时,如图3.5所示，因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图2.10的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。图3.5 阳极和控制极均加正向电压选择可控硅元件的正向、反向峰值电压：选择可控硅元件的额定电流：实选可控硅耐压：1200V，额定电流：200A3.3 平波电抗器计算平波电抗器在回路中的作用：1) 主回路电流连续；2) 限制直流电流脉动率；3) 限制直流侧短路电流的上升率10。三种电感所需电感不同，其中按主回路电流连续条件计算的电感量较其他两种情况大，故按电流连续条件计算，同时也可以满足其他两种作用。其计算过程如下：电动机电枢电感计算： 式中-系数，无补偿绕组电机=10。变压器漏电感：式中=3.9，=5平波电抗器电感：查表得三相全控桥整流电路=0.639，取=5%4 交流侧和直流侧保护4.1 过电流保护三相异步电动机绕组的烧毁90 %以上是由于过载或过电流所造成的。发生过电流的原因有：生产机械的过载、整流装置的直流侧短路、某一元件击穿引起相邻元件过流、不正确的启动和过大的负载转矩等。过电流一般比短路电流小得多，电动机运行中产生过电流比发生短路的可能性更大，尤其是频繁的正转、反转时的开启、制动的重复短时工作制电动机中更是如此。在上述情况工作的三相异步电动机应加入过电流保护环节，才能保证电动机的运行安全11。可控硅允许的过电流能力较差，如不及时切断电路，就会损坏可控硅元件。因此必须采取恰当的保护措施。4.1.1 自动开关保护自动开关的作用有二：交流侧过电流保护和直流侧电流的后备保护。当可控硅整流装置失去控制作用，其电流达到2.5时，且多电流时间大于0.51时，自动开关自动断开交流电源12。4.1.2 快速熔断器保护静止励磁系统的可控硅整流器的作用是将交流电源转换为直流，为发电机的磁场绕组提供合适的励磁能源。由于可控硅元件的热容量小，在过流故障状态下必须要有快速保护。快速保护的方式有两种:一种是在整流桥的交流侧装设空气断路器，利用空气断路器的过流脱扣功能，当发生过流故障时，断路器跳闸将整流桥全部退出。由于此种保护方式会限制发电机的出力，很少采用。一般都将断路器的过流脱扣器摘除，将断路器作为带电检修整流桥时的隔离开关。另一种是采用快速熔断器保护，这是通常采用的方式。快速熔断器具有与可控硅元件相类似的热特性，是一种较为理想的保护器件。由于快速熔断器保护分断后一般仅有一个元件退出运行，整流桥仍能在缺一波头的情况下运行，因此，比以前采用的空气断路器保护更有实用价值。4.2 过电压保护在正常工作中，凡超过可控硅所能承受的峰值的电压均被称为过电压。电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。内因过电压将在下面问题中分析，本小结只讨论外因过电压及其保护措施。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作等外部原因。包括：1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起的过电压、电网侧的操作过电压会由供电变压器电磁感应耦合，或由变压器绕组之间存在的分布电容静电感应耦合过来。保护措施：由于操作过电压都是短时的尖峰电压，所以通常在变压器次级并联电容，利用电容量短的电压不能突变的原理，来吸收尖峰过电压。由于只并联电容会与变压器漏感形成震荡。这种保护电路称为阻熔吸收电路，如图4.1所示13。图4.1 阻容吸收电路2) 雷击过电压：由雷击引起的过电压保护措施： 发生雷击或从电网侵入很大的浪涌电压时，这种过电压能量较大，持续时间较长，一般的阻熔吸收电路只能把操作过电压抑制在允许的范围内，而对雷击过电压不一定能完全抑制。我选用的非线性电阻（压敏电阻）吸收电路。压敏电阻又称浪涌吸收器，具有很陡的稳压管特性。他对浪涌电压反应快，体积小，是一种理想的保护元件。这种电路接在整流变压器次级它具有稳压特性，抑制过电压，又能吸收较大的能量。保护电路连接方法（交流侧）如图4.2所示。图4.2 压敏电阻吸收电路4.3 SCR元件过电压保护SCR元件过电压属于内因引起的过电压，主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括两类：1）换相电压由于SCR元件或者全控型器件反并联的续流二极管在换向结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，而当其恢复阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳机之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。保护措施：在晶闸管两端并联RC吸收回路，如图2.7所示。2）关断过电压：全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在其间两端感应出的过电压。而缓冲电路（Shubber Circuit）又称为吸收电路。常作为保护电路。保护措施：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的内因过电压、d/d或者过电流和d/d，减小器件开关损耗。缓冲电路分为开关关断缓冲电路和开通缓冲电路。本设计采用关断缓冲电路，用于吸收器件的关断过电压；又能抑制换向过电压，抑制d/d，减小关断损耗。开通缓冲电路又为d/d抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和d/d，减小器件的开通损耗。如图4.3所示。图4.3 SCR元件过电压保护5 控制回路设计直流调速系统的控制回路主要由电流内环、速度外环，给定积分器、逻辑无环流环节、速度给定和静止检测器组成。5.1 电流闭环5.1.1 电流调节器图5.1 电流调节器由8FC2组件构成的调节器的接线图，如图5.1所示。为了使运算放大器工作稳定，不开环使用，接固定反馈电阻R=1.5兆欧，速度调节器和电流调节器皆为PI调节器。由于8FC2的输入阻抗150千欧，故选择调节器的输入电阻，图中、为输入保护二极管。由W组成的分压器为调零装置，组件的8和11，9和10端接入了RC校正网络，其数值由实际调整时确定，由电阻、组成振幅环节，调节器最大输出限幅值为伏。为提高组件的运行可靠性，尽量减小它的输出功率，由于电流调节器要带六个触发器，需要较大的功率，因此在电流调节器输出端加一个放大级。速度调节器的负载是电流调节器，需要的功率较小，故输出端不必加功率放大级14。5.1.2 电流闭环工作原理电流闭环是以电流调节器为核心的恒流控制系统。它的基本工作工程是：速度调节器输出作为电流调节器的输入信号U，从而电流互感器取自交流侧的电流信号经电流变换器BI，转换成电压信号，与U进行相减得到的偏差信号在电流调节器内进行积分输出信号U，触发集成电路，形成脉冲，控制SCR元件通断，为电动机供电，使系统正常工作。直到偏差信号为零，U不再上升，电机电压停止上升。此时，由于惯性作用，尽管加速停止，电机转速仍继续升高，电流反馈环节（BI、交流互感器等组成）由于稳压管存在，控制u为定值，直到电机转速降为正常值电机工作在正常工作状态。静止时，由静止检测器来的锁零信号使电流调节器锁零，防止零漂。电流闭环系统框图如图5.2所示电流闭环组成结构如图所示，起作用是电动机在启动、制动过程中电枢电流为最大允许值，以实现快速最优控制。此外，电流闭环对电网电压波动进行调节，具有抗扰能力。 图5.2 电流闭环方框图5.2 速度闭环速度闭环由速度调节器、电流内环、电动机、测速发电机和电压隔离器等等组成。在启制动过程中，速度调节器ST的输出为最大限幅值，通过电流闭环维持电枢电流为最大允许值直到速度升到给定速度，使过渡过程最快。由于速度调节器选用PI调解器可以保证在正常工作情况下刨制速度恒定，而不受负载波动的影响。改变速度给定值，可以在之间平滑无极调速，实现刨制工艺在刨制速度和速度调节精度方面的要求。速度调节器由BG305组件组成，接线与电流调节器相似。5.3 集成触发电路5.3.1 SCR整流装置对触发器的要求：1）触发脉冲要与SCR元件的交流电源电压同步。2）触发脉冲要有足够的功率，10V左右的幅值，3至5倍的触发电流，脉冲前沿具有一定陡度。3）触发脉冲要有足够宽度，使用双脉冲时，脉冲宽度约为7度至10度。4）要能平滑移相，移相范围要大于150度。5.3.2 触发电路的结构及工作原理触发器接受电流调节器LT的输入信号U，并根据它的极性、大小的变化来改变触发脉冲的相位，达到改变整流电压的目的。本设计采用KC系列组合触发组件。这种集成化触发组件避免了由于分离元件参数的分散型造成的移相特性不一致以及由此产生的不良后果，且输出脉冲的均匀度高，可靠性强，维修调节方便。该组件采用三个KC04移相集成触发器和一个KC41C六相双脉冲形成器以及外接元件组合而成，如图5.3所示。他能实现一个周期内六个双脉冲（间隔为60度），一般用于晶闸管三相全控桥变流器的触发。现将各单元电路原理介绍如下：1) Kc04为了满足三相全控桥电路同一相中的两臂的两个晶闸管触发的要求，必须有两个输出端1和15，故需设有由T和T组成的脉冲分配环节。11端只能在正半周输出一个脉冲列，15端只能在负半周输出一个脉冲列。如图5.42) KC41C六脉冲形成环节KC41C集成电路的功能是将KC04输出的单脉冲变成双脉冲，还可以通过电子开关的通断封锁或开放双脉冲的输出。其内部原理图见图5.5。3) 脉冲分配环节由于应用在逻辑无环流可逆调速系统上，故应有正反转两组触发脉冲，这些触发脉冲取自脉冲变压器的次级输出端，如图5.3所示15。图5.3 触发脉冲装置内部原理图图5.4 集成触发组件中KC04内部原理图图5.5 KC41C内部原理图图5.6 脉冲驱动器5.4 无环流逻辑装置逻辑控制无环流可逆系统就是在一组可控硅工作时，用逻辑电路完全封锁另一组可控硅的触发脉冲，使该组可控硅完全处于阻断状态，从根本上切断环流的回路。由于没有环流，省去了平衡电抗器，但与电枢串联的平波电抗器是必需的。在无环流逻辑控制系统中，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，其中一组整流桥投入运行，而另一组整流桥触发脉冲被封锁，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) 由于速度给定变化或负载变动，使电动机应产生的转矩极性反向，由速度调节器输出反映这一极性，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。2) 使导通侧的整流桥的电流迅速减小到零，由零电流检测器得到零电流信号后，经34毫秒左右延时，确认电流实际值为零，封锁原导通侧整流桥的触发脉冲；3) 由零电流检测器得到零电流信号后，经10毫秒左右延时，确保原导通侧整流桥可控硅完全阻断后，开放待工作侧整流桥的触发脉冲；4) 电枢内流过与切换前反方向的电流，完成切换过程。5) 根据逻辑装置要完成的任务，它应该由4个部分组成，即电平检测，逻辑运算，延时电路和逻辑保护等。5.4.1 无环流系统对逻辑装置的要求：1) 任何情况下正反两组SCR整流桥绝对不允许同时有触发脉冲，一组工作时另一组触发脉冲必须封死。2) 当要求两组整流桥切换时，必须在主回路电流降到零以后，才能进行切换工作。3) 为保证工作可靠，切换时必须在主回路电流降到零以后3才能封锁原工作的SCR，再经710的延时，再开放原处于封锁状态的一组SCR。5.4.2 电平检测逻辑装置的输入信号有两个：一个是反映转矩极性信号的速度调节器的输出电压，另一个是来自电流检测器的零电流信号，它们都是连续变化的模拟量，而逻辑电路却只需要高低两个状态的数字量。电平检测器的任务就是将模拟量转化为数字量，也就是转化成“0”态（将输入信号转换成近似0伏输出）或“1”态（将输入信号转换成近似+15伏输出）。下面采用射极耦合触发器作电平检测器。为了提高信号转换的灵敏度，前面还加了一级差动放大和一级射级跟随器，其原理图如图和输入输出特性如图5.7所示，具有回环特性。图5.7 电平检测器原理图由于速度调节器的输出和电流检测器的输出都具有交流分量，除入口有滤波器外，电平检测还需要一定宽度的回环特性，以防止由于交变分量使逻辑装置误动作，本系统电平检测器回环特性的动作电压=100毫伏，释放电压=80毫伏。调整回环的宽度可通过改变射耦触发器的集电极电阻来实现。转矩极性鉴别器的输入信号为速度调节器的输出，其输出为电机正转时为负，为低电位（“0”态）；反转时为正，为高电位（“1”态）。零电流检测器的输入信号为电流检测器的零电流信号，其输出为，有电流时为正，为高电位（“1”态）；无电流时为0，为低电位（“0”态）。5.4.3 逻辑判断电路逻辑判断电路的作用是根据转矩极性鉴别器和零电流检测器的输出信号和信号，正确地发出封锁正组可控硅的信号或者是封锁反组可控硅的信号（见图5.9）。在各种情况下，逻辑判断电路的输出输入信号的开关状态可归纳如下：输入信号：1> 转矩极性鉴别器：2> u<0时，M=+和=13> u>0时，M=-和=04> 零电流检测器：有电流时 =0无电流时 =1输出信号封锁正组脉冲，=0开放正组脉冲，=1封锁反组脉冲，=0开放反组脉冲，=1以上逻辑判断状态的改变，用来控制集成触发组件的输出，另作为控制回路的选择信号。5.4.4 延时电路前面的逻辑运算电路保证了零电流切换，但是仅采用零电流切换是不够的，必须在切换过程中设置两段延时，即关断等待延时和触发等待延时。所以，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。延时电路如图5.8所示，其工作原理如下：图5.8 延时电路当延时电路输入为0时，输出也为“0”态（BG1截止、BG2导通），相应的整流桥脉冲开放。当输入由“0”变为“1”时，电容C经R1充电，经过一定延时后，BG1导通，BG2截止，即输出由0延时变“1”，相应的整流桥延时封锁。其延时时间由R1C来决定，这里整定为3毫秒。当输入有“1”态变为“0”时，电容C的电荷要经过R2和BG1基射回路放电，经过一定的延时后，BG1截止，BG2导通，即输出由“1”延时变0，相应的整流桥脉冲延时开放，其延时时间由CR2的参数来决定，这里整定为10 毫秒，这样就满足了“延时3毫秒封锁，延时10毫秒开放”的要求。5.4.5 逻辑保护逻辑电路正常工作时，逻辑与延时电路的输出u和u两个信号总是相反，但是，一旦电路发生故障，有可能两个信号同时为“1”态，这将造成正反两组整流桥短路事故。为了避免这种事故发生，增设了保护环节，见图5.9。逻辑保护环节取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个“或非”门的输入信号。当正常工作时，两个输入信号总是一个“1”，一个“0”，或非门输出总是“0”，它不影响脉冲封锁信号的正常输出，当两个输入信号都为“0”，它输出一个“1”同时加到两个触发器上，将正反组整流装置的触发脉冲全部封锁，使系统停止工作，起到可靠的保护作用。无环流逻辑装置的工作原理是：转矩级性鉴别器和零电流检测分别把控制信号送给电平检测，电平检测把模拟信号变成数字信号送给逻辑运算电路，对是否触发和触发哪一组进行逻辑判断，经过延时电路延时两个时间，即关断等待延时和触发等待延时。最后是保护电路，确保电路由于电压波动和电路故障，同时触发两组可控硅时能够封闭触发脉冲。图5.9 逻辑保护电路5.5 检测装置5.5.1 测速发电机系统采用速度负反馈，选用永磁式的直流测速发电机作为转速检测元件。