提升机磁场可逆控制系统中逻辑无环流装置

2005/12/5 9:13:19

　　摘　要　分析了可逆系统对逻辑转换的要求，以及逻辑无环流转换装置各部分的原理特性。指出了其优缺点，并提出了改进措施。
　　关键词　逻辑转换　要求　原理　特性　优缺点　措施

1　提升机磁场可逆控制系统对逻辑转换的要求

　　(1)在控制系统中，当一组可控制硅工作时，用逻辑电路封锁另一组的触发脉冲，使该组可控硅完全处于阻断状态，从根本上切断环流的通路。
　　(2)不能根据控制系统中的转速给定信号V_gn的极性来确定脉冲封锁的取舍。因为不只是反转时应该开放反组可控硅，在正转制动(或降速)时，也要利用反组。两种情况下，都要封锁正组，开放反组。
　　(3)在电动机反转运行和正转制动时，电动机转矩方向和电流方向均为负；正转运行和反转制动时，电动机转矩方向和电流方向均为正。由此可见，应该用转矩的极性或电流极性来指挥逻辑切换。由转速调节器输出的电流给定信号V_gi完全适合于担当这个任务。当V_gi由负变正时，可以发出封锁正组、开放反组的信号；当V_gi由正变负时，可以发出封锁反组、开放正组的信号。
　　(4)V_gi极性的改变，只说明系统有了使转矩(电流)反向的意图，转矩(电流)的极性真正变换还要滞后一段时间，等到转矩(电流)真正过零时，发出零电流检测信号，才能发出正反组切换的命令。由此可见，转矩极性鉴别电流信号和零电流检测信号是正、反组切换的前提，有了这两个前提，再经过必要的逻辑运算，就可以发出切换命令。
　　(5)需要关断等待时间。因为电流总是脉动的，而零电流检测器不可能等到电流绝对为零时才动作，它有一个最小动作电流Ⅰ。，如果脉动的逆变电流瞬时低于Ⅰ。，而实际电流还在连续导通时就发出封锁脉冲的指令，有可能造成本桥逆变颠覆。因此必须等待一段时间，电流不再大于Ⅰ。，才能确认电流已经断续，可以封锁脉冲了，t₁=2～3ms。
　　(6)需要触发等待时间。因为封锁原导通组脉冲的时刻，以后的脉冲虽然发不出来了，但原已触发的一相还得过会儿才能真正关断，关断后还必须有恢复阻断能力的时间，如果在这以前，就开放另一组可控硅，势必造成电源短路t₂=7ms。

2　无环流逻辑转换装置

　　现就各主要部分的工作原理及其特性进行简单的分析。

图1　无环流逻辑转换装置的功能及其信号

2.1　转矩极性鉴别器

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　　　　　　　(a)原理图　　　　　　　(b)输入输出特性

图2

　　转矩极性鉴别器的反相输入端接转速调节器输出V_gi，输出为转矩极性信号V_m，当V_gi=-时，希望电动机提供+M，鉴别器输出为“1”，即正饱和值+10V；当V_gi=+时，希望电动机提供-M，鉴别器输出为“0”，为了得到零信号，由R₂、D₃组成负限幅电路，其输出限幅值约为-0.6V。为了提高抗干扰能力，避免振荡和超调，鉴别器的环宽调整为0.2V左右。

2.2　零电流检测器
　　主电路有电流时，V_fio约为+0.6V，要求检测器输出Vi为“0”，即用负限，电路得到的约为-0.6V。主电路电流接近零时，零电流信号V_fio下降到+0.2V左右，因此，特性偏在纵轴的右侧，用DW.R₃偏移电路来实现，这时检测器输出V_i为“1”，即正饱和值+10V。保持环宽+0.2V左右，也是为了提高抗干扰能力。

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（a）原理图

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(b)输入输出特征
图3

2.3　逻辑判断电图
　　该电路的作用是根据两个电平检测器的输出V_m和V_i，正确地发出封锁正组信号V_z和封锁负组信号V_f。

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(a)原理图

Vm	1	1	0	0	0	1
Vi	1	0	0	1	0	0
Vz	1	1	1	0	0	0
Vf	0	0	0	1	1	1

(b)逻辑真值表

图4

　　输入信号：当Vgi=“-”时，V_m=“1”；V_gi=“+”时，V_m=“0”。有电流时，V_i=“0”；无电流时，V_i=“1”。
　　输出信号：封锁正组脉冲：V_z=“0”；封锁反组脉冲：V_f=“0”。开放正组脉冲：V_z=“1”；开放反组脉冲：V_f=“1”。

2.4　延时电路
　　在逻辑判断电路发出转换命令V_z、V_f之后，必须经过关断、等待时间t₁和触发等待时间t₂，才能执行转换命令。为此，须在逻辑装置中设置延时电路。最简单的延时电路是在与非门的输入端加接二极管D和电容C。

2.5　逻辑多“1”保护环节

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图5　原理图

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图6　原理图

　　当V_z、V_f按正常情况一个是“1”，另一个是“0”时，保护环节YF的输出B点电位为“1”，则实际脉冲V_LK1、V_LK2与V_z、V_m完全相同，当V_z、V_f均为“1”时，则B点电位为“0”，把V_LK1和V_LK2的电位均拉到“0”，发出逻辑故障停机显示，两组同时封锁。

3　转换装置的优缺点及其改进措施

　　该转换装置的优点是不需要均衡电抗器，没有附加的环流损耗，可节省变压器和可控整流装置的设备容量。因换流失败而造成的事故比有环流系统低。缺点是具有电流换向死区，影响过渡过程的快速性。
　　为了限制换向冲击电流，可把逻辑判断装置输出的信号分别引到控制系统中电流调节器的入口，从而把待工作组的β逆变角推到最小，使反桥制动一开始就是回馈制动，电流冲击就少得多了，即“推β作用”。
　　减小换向死区的基本方法：让待逆变组的β角等在与原整流组的α角相等的地方，当待逆变组投入时，其逆变电势和电动机电势基本相等，很快就产生回馈制动电流。

作者单位：周国文　郴州煤矿机械厂
　　　　　龚彩云　湘潭工学院机械系

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