武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书
逻辑无环流直流可逆调速系统
建模与仿真1
1 MATLAB简介
1.1 MATLAB介绍
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。此高级语言可用于技术计算此开发环境可对代码、文件和数据进行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等二维和三维图形函数可用于可视化数据。
1.2 Sumilink的介绍
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
2系统结构设计
2.1 方案的选择与论证
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
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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。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。
2.2系统主电路设计
逻辑无环流直流可逆调速系统包括主电路、控制电路以及保护电路等。根据理论知识，我们知道要实现逻辑无环流可逆调速，就要采用桥式可控整流逆变电 路。要达到电流和转速的超调要求就要设计电流一转速双闭环调速器；逻辑无环 流的主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。
逻辑无环流可逆直流调速系统的主电路如下图3所示:
图2-1 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路
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，因为已经导通的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。
2.3主电路参数设计
Ud=2.34U2cos?，Ud=UN=220V, 取?=0°，可以得到U2=
Ud220??94.0171V
2.34cos02.34Idmin=(5%-10%)IN,这里取10% 则
U0.693?94.0171L=0.693?2??2.12mH
Idmin0.1?3082
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?Unm10V????0.01V?minr
nN1000rminUim?10????0.022VA
Idbl1.5?308晶闸管参数计算：
对于三相桥式整流电路，晶闸管电流的有效值为：
I2?IVT?1Id?0.577Id 3则晶闸管的额定电流为：
IIVT(AV)?VT?0.368Id?0.368?308?113.344A
1.57取1.5~2倍的安全裕量，IVT(AV)?170A
由于电流连续，因此晶闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电压峰值，即：
UFM?URM?2.45U2?2.45?94.0171?230.34V
取2~3倍的安全裕量，UVT?600V
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3调节器作用分析
3.1控制原理图及说明
逻辑无环流可逆直流调速系统的原理框图如下图3-1所示：
图3-1逻辑无环流可逆直流调速系统原理框图
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 DLC——无环流逻辑控制器 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，但是为了保证稳定运行时的电流波形的连续，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
?U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i经反号
?U器AR作为2ACR的给定信号Ui,这样可使电流反馈信号i的极性在正﹑反转
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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。在任何情况下，决不允许两组晶闸管同时开放，确保主电路没有产生环流的可能。
图3-2 主电路原理图
3.2转速调节器的作用
根据双闭环直流调速系统的原理图分析，转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用可归纳如下：
1）转速调节器是调速系统的主导调剂器，它使转速n 很快地跟随给定电压 变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。
2）对负载变化起抗扰作用。
3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
3.3电流调节器的作用
1 ）作为内环的调节器，在转速外环的调解过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 （即外环调节器的输出量）变化。
2 ）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
3 ）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。
4 ）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
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