逻
辑控制无环流系统 三、 逻辑装置的功能
无环流系统中逻辑装置的功能就是选组、换组与杜绝环流。所谓选组，就是将触发脉冲施加到所期望的一组晶闸管上，让其工作。当电枢电流为0时，逻辑装置根据住信号Ui*极性相对应，因此Ui*极性必是逻辑切换的一个必要条件。 可逆系统运行中还常要求逻辑装置进行换组。为了杜绝环流，由VF到VR必须按一定程序进行。当系统发出“停车信号”时，则Ui*极性发生了变化，由负变正，这时Ui*极性变化是切换的必要条件。还有一个充分必要条件是零电流的控制信号。只有检测到VF组流过的电流为零时，才允许逻辑装置发出由VF切换到VR指令。切换指令发出后，为了确保电流真正断续或为零，经过封锁延时时间2～3ms,撤掉FM组上的脉冲，考虑晶闸管的恢复阻断能力的时间，确保晶闸管真正关断，再经过开放延时5～7ms,对VR加脉冲。以上便是以VF为例说明换组时逻辑装置的情况。 四、 逻辑选触无环流系统
实际上，任何时刻只有一组晶闸管在工作，另一组电流调节器触发装置是闲置的。如采用电子模拟开关进行选择，两组晶闸管公用一个电流调节器和一套触发装置，称为逻辑选触无环流系统。其中FS是正组模拟开关，RS是反组模拟开关，途中左边的模拟开关是用来切换电流调节器给定输入信号Ui*的极性的，即系统在不同的工作状态下工作时，Ui*的极性是不同的。经模拟开关控制后，送入电流调节器ACR的Ui*的极性总是正的，与总是负极性的Ui构成负反馈。右边模拟开关是脉冲的切换开关。换组时DLC还对电流调节器送入-Uβ信号，俗称“推β”信号，其作用是使系统在正、反组切换时避开反向冲击电流，正向制动过程中，变流装置由正组切换到负组时，由于反组工作在整流状态，则电动机反电动势和反组整流电压共同建立反向电流，此时，电流迅速增大，造成一个很大的反向冲击电流，若在换组时，让反组处于逆变状态，把逆变角β推到最小，这就避免了反接制动而没有冲击电流，当然，加入“推β”信号后，一开始制动就是回馈制动，冲击电流是没有了，但由于反电动势一般都低于βmin所对应的最大逆变电压，所以换组后， 不能立即实现回馈制动，必须等到β移到它所对应的逆变电压低于反电动势以后，才能产生制动电流，由于一处β角所占用的死
区，是系统快速性变差。为了缩小这个死区，可采用“有准备逻辑无环流系统”。§2-3 控制单元的论述
控制回路的主要组成单元:给定积分器GI、速度调节器ST、电流调节器LT、逻辑电路WLZ、触发器电路CF;电压变换YB单元;速度变换SB单元以及故障保护GB等。以下我们就来简单的对它们进行一下论述。 一、给定积分器GI
调速系统中,阶跃信号是一种容易实现的施令信号。启动时,在阶跃给定信号的作用下,转速调节器往往立即饱和,从而使电枢电流立即达到整定最大值。负载一定时系统在过载能力允许的条件下,以最大的加速度启动,具有启动时间最短的最佳动态响应。但是,按电动机最大过载能力来加速,也可能引起过大的冲击以致引起设备事故,因此本系统就要采用给定积分器使给定的阶跃信号变为按一定斜率上升,下降的连续信号，经过一段时间才稳定下来，这样就可以避免由于阶跃响应而造成的强大冲击给设备的损伤。
给定积分器是由两个运算放大器1UA,1UB及阻容网络所组成的，其结构图如下所示：
给定积分
器
给定积分器的原理说明：
第一级运算放大器是具有很高放大倍数的限幅电路，其输出U1恒为饱和值：第二级是积分器，经过R8C1积分，输出电压Ugi成为斜波信号。积分的变化律是通过移动W1的位置来调节的。最后，再由Ugi引出负反馈信号回到第一级，以决定积分的终止时刻。只要Ugi的绝对值小于U*w则第一级输出Ugi 始终饱和，负反馈对它没有影响，知道两者的绝对是想等时，Ugi才很快的降到零，积分终止，Ugi保持恒值。 二、速度调节器ST
本调速系统是一个双闭环转速调节系统，当系统给定某一转速，应该不受负载变化或电源电压波动等因素的影响。据自动控制原理，要保持速度不变，必须引入速度反馈, 从而要加入一个调节器来调节速度的大小。
它由比例放大器2UA,2UB,2UC，积分器以及阻容网络组成。其结构图如下所示：
以下就来分
析一下它的工作过程：
来自给定积分器Ugi和转速反馈信号Uz分别经过比例放大，积分作用，最后通过加法器相加，作为电流调节器的给定信号，此信号的幅值决定于允许的最大电流。显然，转速调节器是一个PI调节器，它既可以提高系统的快速响应，又可以消除稳态误差，是系统具有良好的动、静态性能指标。
转速调节器处于双环系统的外环中，当负载电流小于Idm时，转速调节器起主要调节作用，是转速n跟随给定电压Um变化，稳态无静差。此外，负载的扰动处于转速环中，转速调节器能对它进行及时的克服。 三、电流调节器LT
设置电流调节器是为了充分的利用电机允许的过载能力，在系统暂态过程中，始终保持电流为允许的最大值，使系统尽可能用最大的加速度起动，制动，缩短调节时间，保证系统具有良好的快速响应的性能。当到达稳态时，又让电流立即降低下来。本系统中的电流调节器采用PI调节器，这是因为PI调节器的比例部分可以提高系统的快速性，积分部分可以消除电流静差，是系统具有良好的动、静态品质。
电流调节器处于双闭环的内环中，此内环是一个随动系统，在转速调节过程中，电流调节器的给定值随着转速调节器的输出值改变而改变。由于运放的饱和原因，转速调节器的输出值不能无限制的增长，所以当电机过载甚至堵转时，就可以通过哦调节转速调节器的输出线幅值来限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失，系统能够自动恢复正常。此外电流环对电网电压起及时抗扰作用。
电流调节器的主要组成部分同速度调节器一样，也是由一个比例调节器和一个积分调节器构成。它的电路图如下：
电流调节器
四、电压变换单元YB
电压变换单元实际上就是一个运算发放器组成的差动运算电路，将电枢两端较大的电压成比例地变换成合适的控制电压作为电压反馈和过电压信号。
来自电枢两端的电压经过比例缩小，在经过电阻、电容组成的滤波环节，滤去交流分量，最后送给电压调节器，与给定值进行比较。其结构如下：
电压变化单元 推导可得：
(U1-UE’)/R48=(UE’-U1)/R50 (1) (U2-UE)/R49=(UE-U2)/R51 (2)
(U1-UE’)/R50-(U2-U1)/(Rw14+R52)+(U1-U0)/R53=0 (3) (U2-UE)/R51- (U2-U1)/(Rw14+R52)-U2/R52=0 (4) (1) -(2)可得：
U1-U2=R50/R48 (U1-U2) (5) (3)- (4)可得：
U0=2(U1-U)〔1+R50 /(Rw14+R52)〕 (6) 将(5)代入(6)得：
U0=2〔1+R50/(Rw14+R52)〕(U1-U2)R48/R50 (7) 由(7)式可见：
① 改变Rw14的值可以改变放大倍数; ② 放大倍数改变时，共模抑制比不变；
③ 只能放大差模信号。 五、电流变换单元 1．作用：
将主回路交流侧大电流变换成与之成比例的直流电压，作为电流反馈信号、“零电流”检测信号、及过流保护信号。 2．原理说明：
通过主回路交流侧的电流互感器的藕合关系，可以检测电枢回路的电流大小，交流侧电流大小与直流侧电流大小成比例的关系，然后经过三相整流桥，D22-D27的整流，输出正比于电枢回路电流的直流电压信号。该直流信号较小，可以作为控制回路的输入信号。这样，既达到了检测直流回路的目的，又实现了主回路与控制回路的隔离。电流变换电压输出信号分三路：一路经过R103和电位器W19分压后送电流调节器；第二路经过R201、R102分压作为零电流检测信号和转矩极性信号共同发出逻辑切换指令；第三路信号直接从整流桥输出，作为过流保护信号与过电压保护信号一起去激发保警电路。 3．结构图如下：
六、速度变换单元SB
以往一般采用测速发电机来检测转速的大小，根据测速发电机输出特性可以把转速信号变成电信号来处理。其优点是简单可行，缺点是安装和维护比较麻烦。而且容易造成机械的损坏。本系统采用光电测速，避免了机械的冲击，起测速原理是光电码盘与被测同轴连接，旋转电机就可以得到脉冲信号，又由频压变换电路即可得到与频率成正比的电压信号。 光电码盘的工作过程：
光电码盘是一种光电传感器件。它在圆盘上有节距相等的辐射状窄缝，与它相对应的还有两组检测窄缝a和b，其节距与圆盘上的节距相同，但a、b两组窄缝与圆盘上的窄缝的对应位置要错开1/4个节距，其目的是使A、B两个光电变流器的输出信号的相位相差90°，再将信号进行逻辑便可辨别出电动机的转动方向。
光电码盘工作时，检测窄缝是静止的，而窄缝圆盘与被测转轴一起转动，于是光电元件A和B接受到的光时断时续，并输出相位相差90°的近似正弦波。 信号处理线路：