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摘 要：本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电路进行了计算和设计。经过设计研究发现，和有环流系统相比，逻辑无环流可逆直流调速系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量，因换流失败造成的事故率大为降低。
关键词：逻辑无环流；可逆调速；直流电机；
文章编号：1674-3520（2015）-12-00-01
随着电力传动装置在现代化工业生产中的广泛应用，拖动控制的电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义。众所周知，在工业控制中，和交流调速系统相比，由于直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占有统治地位，常用于宽范围平滑调速、起动性能好等需要高性能可控电力拖动的直流调速自动控制系统。根据对环流的不同控制方式，可逆系统可分为有环流可逆系统与无环流可逆系统。本课题主要基于逻辑无环流可逆系统的应用研究，它表示当一组晶闸管工作时，用逻辑控制电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使另一组完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路。
一、概述
（一）课题背景。随着微计算机控制技术的发展，直流传动系统已经广泛使用单片机，实现了全数字化控制。直流调速系统较以往的模拟直流调速系统相比具有以下几个方面：1、高精度。其内部的运算采用数字的方式带来了普通模拟系统无法实现的高精度。 2、操作简单。在数字的驱动器中只需使用统一的菜单选项即可完成修改任务。3、功能强大。集成了智能模块的数字驱动器可以由程序控制独立完成对被控对象的参数采集和相应的控制参数的选择。4、体积小。与模拟系统的大型控制柜相比，使得整个系统的体积缩小。5、可靠性高。数字驱动器使用的分立元件很少，而且集成的分立元件均为可靠性产品。6、成本低。与使用工控机的系统相比，专业的数字驱动器更具有价格优势。
（二）国内外研究现状及应用背景。1、国外研究现状。80年代以来，由于电力电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展。使得直流调速系统数字式方面的研究受到了很多国家的重视，目前，国际上出现了各种型号的全数字直流调速装置，以德、日、美、英为主要生产国。它们的一些公司相继推出各自的产品，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品供选用。如英国CT公司是电气传动设备、伺服控制系统及过程控制传感专业的制造商，总部设在英国，；美国的罗克韦尔（Rockwell）公司也是生产直流驱动器的主要公司，它的产品为PowerFlex700s是PowerFlex系列产品中最新产品。美国通用（GE）公司，它的产品为直流调速器DV300。此外，目前在我国应用最为广泛的有西门子公司的6RA70、欧陆的590系列。2、国内研究现状。在现阶段，我国自主的比较成熟的数字化直流调速装置工业应用很少，该市场主要还是依赖于国外的品牌。由于国外先进的数字控制器价格昂贵，这也给了国产全数字控制直流调速装置区大的发展空间。研发及更好的利用国外先进的控制器进行调速装置的理论研究及相应的开发工作，具有重要的实际意义和重大的经济价值。
二、系统方案选择和总体结构设计
本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能。
（一）调速方案的选择。调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。根据电机的型号及参数选择最优方案，以确保系统能够正常，稳定地运行。1、系统控制对象的确定。本次设计选用的电动机型号为 型，额定功率1.1KW，额定电压230V，额定电流6.58A，额定转速1000r/min，励磁电压220V，运转方式连续。2、电动机供电方案的选择。调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统，选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。
（二）总体结构设计。全面比较单闭环和双闭环调速系统，把握系统要求实现的功能，选择最适合设计要求的虚拟控制电路。根据系统实际，选择转速，电流双闭环调速系统。
系统结构选择。静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
三、控制电路设计
控制电路基本由单片机，触发电路，A/D转换，数据采集电路以及显示电路构成。80C51单片机触发晶闸管门极，晶闸管导通。双闭环系统由两个PI调节器组成，由单片机通过PI算法实现。
（一）微机控制的主要功能。1、逻辑控制。2、运算、调节和控制。3、自动保护。4、故障检测和实时诊断
（二）8051单片机简介。单片微型计算机SCM，也称作微控制器，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。1、8051单片机内部结构。8051是MCS-51系列单片机的最初产品，也是MCS-51系列器件的核心。2、8051扩展系统的结构MCS—51单片机属总线结构型单片机，系统扩展通常采用总线结构形式。1）地址总线（Address Bus，简写为AB）地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存储器单元或I/O端口。3、数据总线（Data Bus，简写为DB）。数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。4、控制总线（Control Bus，简写为CB）。控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其它部件送给单片机的控制或联络信号。
四、技术经济分析
目前，在各种闭环直流调速系统中，电流调节器和速度调节器通常采用的是 PID控制器，其具有结构简单、稳定性好、易于工程实现等优点。本设计所采用的芯片的平均价格：8051单片机芯片10元，A/D转换器0809 芯片10元，8155芯片4元，2764芯片2元，以及其他一些外围芯片等，总成本大约在200元。
五、结论
在电气传动系统中，逻辑控制的無环流直流调速系统应用最为广泛，这种系统的优点是省掉了四个环流电抗器。既无直流平均环流又无瞬时脉动环流，可靠性高。常应用于反向过程平滑性不高，可靠性要求高的大型系统。
电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向。采用微机控制后， 整个调速系统可以实现全数字化、结构简单、可靠性提高、操作维护方便、精度可达较高水平， 各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。
关键词：逻辑无环流；可逆调速；直流电机；
文章编号：1674-3520（2015）-12-00-01
随着电力传动装置在现代化工业生产中的广泛应用，拖动控制的电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义。众所周知，在工业控制中，和交流调速系统相比，由于直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占有统治地位，常用于宽范围平滑调速、起动性能好等需要高性能可控电力拖动的直流调速自动控制系统。根据对环流的不同控制方式，可逆系统可分为有环流可逆系统与无环流可逆系统。本课题主要基于逻辑无环流可逆系统的应用研究，它表示当一组晶闸管工作时，用逻辑控制电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使另一组完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路。
一、概述
（一）课题背景。随着微计算机控制技术的发展，直流传动系统已经广泛使用单片机，实现了全数字化控制。直流调速系统较以往的模拟直流调速系统相比具有以下几个方面：1、高精度。其内部的运算采用数字的方式带来了普通模拟系统无法实现的高精度。 2、操作简单。在数字的驱动器中只需使用统一的菜单选项即可完成修改任务。3、功能强大。集成了智能模块的数字驱动器可以由程序控制独立完成对被控对象的参数采集和相应的控制参数的选择。4、体积小。与模拟系统的大型控制柜相比，使得整个系统的体积缩小。5、可靠性高。数字驱动器使用的分立元件很少，而且集成的分立元件均为可靠性产品。6、成本低。与使用工控机的系统相比，专业的数字驱动器更具有价格优势。
（二）国内外研究现状及应用背景。1、国外研究现状。80年代以来，由于电力电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展。使得直流调速系统数字式方面的研究受到了很多国家的重视，目前，国际上出现了各种型号的全数字直流调速装置，以德、日、美、英为主要生产国。它们的一些公司相继推出各自的产品，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品供选用。如英国CT公司是电气传动设备、伺服控制系统及过程控制传感专业的制造商，总部设在英国，；美国的罗克韦尔（Rockwell）公司也是生产直流驱动器的主要公司，它的产品为PowerFlex700s是PowerFlex系列产品中最新产品。美国通用（GE）公司，它的产品为直流调速器DV300。此外，目前在我国应用最为广泛的有西门子公司的6RA70、欧陆的590系列。2、国内研究现状。在现阶段，我国自主的比较成熟的数字化直流调速装置工业应用很少，该市场主要还是依赖于国外的品牌。由于国外先进的数字控制器价格昂贵，这也给了国产全数字控制直流调速装置区大的发展空间。研发及更好的利用国外先进的控制器进行调速装置的理论研究及相应的开发工作，具有重要的实际意义和重大的经济价值。
二、系统方案选择和总体结构设计
本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能。
（一）调速方案的选择。调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。根据电机的型号及参数选择最优方案，以确保系统能够正常，稳定地运行。1、系统控制对象的确定。本次设计选用的电动机型号为 型，额定功率1.1KW，额定电压230V，额定电流6.58A，额定转速1000r/min，励磁电压220V，运转方式连续。2、电动机供电方案的选择。调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统，选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。
（二）总体结构设计。全面比较单闭环和双闭环调速系统，把握系统要求实现的功能，选择最适合设计要求的虚拟控制电路。根据系统实际，选择转速，电流双闭环调速系统。
系统结构选择。静特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性，在动态抗扰性能上，表现在具有较强的抗负载扰动，抗电网电压扰动。
三、控制电路设计
控制电路基本由单片机，触发电路，A/D转换，数据采集电路以及显示电路构成。80C51单片机触发晶闸管门极，晶闸管导通。双闭环系统由两个PI调节器组成，由单片机通过PI算法实现。
（一）微机控制的主要功能。1、逻辑控制。2、运算、调节和控制。3、自动保护。4、故障检测和实时诊断
（二）8051单片机简介。单片微型计算机SCM，也称作微控制器，是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。1、8051单片机内部结构。8051是MCS-51系列单片机的最初产品，也是MCS-51系列器件的核心。2、8051扩展系统的结构MCS—51单片机属总线结构型单片机，系统扩展通常采用总线结构形式。1）地址总线（Address Bus，简写为AB）地址总线可传送单片机送出的地址信号，用于访问外部存储器单元或I/O端口。3、数据总线（Data Bus，简写为DB）。数据总线用于在单片机与存储器之间或单片机与I/O端口之间传送数据。4、控制总线（Control Bus，简写为CB）。控制总线实际上就是一组控制信号线，包括单片机发出的，以及从其它部件送给单片机的控制或联络信号。
四、技术经济分析
目前，在各种闭环直流调速系统中，电流调节器和速度调节器通常采用的是 PID控制器，其具有结构简单、稳定性好、易于工程实现等优点。本设计所采用的芯片的平均价格：8051单片机芯片10元，A/D转换器0809 芯片10元，8155芯片4元，2764芯片2元，以及其他一些外围芯片等，总成本大约在200元。
五、结论
在电气传动系统中，逻辑控制的無环流直流调速系统应用最为广泛，这种系统的优点是省掉了四个环流电抗器。既无直流平均环流又无瞬时脉动环流，可靠性高。常应用于反向过程平滑性不高，可靠性要求高的大型系统。
电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向。采用微机控制后， 整个调速系统可以实现全数字化、结构简单、可靠性提高、操作维护方便、精度可达较高水平， 各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。