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无环流反并联可控硅变流传动用的逻辑运算器本文所叙述的L OG IDY X组件 系统 的逻软运算器,具有设计新颖,结构明晰、可靠性,荡的优 点它的特点是用集成运算放大器组成了逻辑线路1.概论随若可控硅变流装置的推广,无环流反井联方式供电对直流传 动已变得越来越重要它’J有环流 系统相比较,最重要的优点是减少了大电流部件的数最(省略了环流 电抗器,在这类系统中选择保护 设备时并不需要 电抗器等),而且变流器的接线 比较简单( 在一个桥竹_L的竹子直接反并 联)在采川 这种使主问路没有环流分量的联接时,为了制止出现环流,必须采用 电子方法,使得在任一时间内仅仅一组 变流器是导通的这个任 务山无环流逻辑运算器来实现1 1 11叉叉 扣下下 日日心心曰曰门门 , ,日日日声声声 门门门图1采川无环流逻辑运 算器控制触发脉冲的反并联可逆调速传动 系统1一速度调 省器;2一电流调节器;3一逻辑运算器;S,~S;一电子开关,n,,nZ一可控硅变流器组图1是采用无环流逻辑运算器控制触发脉冲 的反井联可逆调速传 动系统 的原理图逻棘运算器把触发脉冲从一 个变流器组nl转到 另一 个变流器组n:这个控制系统是按传动 中常用的电流给定原则工作,即速度 调 右是叠加在 电枢电流调 节 系统之上。

按照所需转矩的方向,速度调节器1和实际电枢电流发信号给逻辑运算器逻辑运算器3把由触发控制单元产生 的触发脉冲 经过 电子开关S,和52加 到相 应 的变流器组在切换的同时,电枢 电流给定输人是通 过前面 的 电子 开关53和54而改变极性控制回路中的切换是必须的,以便在各 回 路切换之后,控制系统仍起负反馈作用这一点可由基准设定单元来 实现,原因是 电枢电流反馈是 按检测整流前的交流侧 电流得到的,它不反映极性在墓准设定调节 单元 中的切换,比其它可能的方法(例如改变极性的方 向控制,在电流调节器之后,改变电枢电流 的真实符一号)可靠性更高即使这个部分发生故障,电枢电流调节器仍继续正常工作对逻辑运算的要求对一个逻辑运算器的主要 要求是由作为最后的控制单元一无 环流双向可控硅变流器2的特性所决定a.在任何时间,触发脉冲只准供给一组变流器假若脉冲 同时送到 两组,极大的环流(短路环流)将发生,因而必然引起破坏(快熔毁坏)b.仅仅在电流 降低到断 续范围 极限之下,即导通变成间断时,导通组的脉冲 才能取消否则,当变流器作为逆变 器工 作 时( 传 动装置制动时),‘白的通常 结果是换流失败,将引起快熔毁坏,可能在马达整流片上出现过大火花。

c.在这一组所有管一 子上通过的 电流变到 闭锁状态( 电流为零)之前,脉冲一定不能加到另一组否则,正如条件a一样,将发生环流短路d.切换之后,由触发控制单元预整定的相角必须处在相对于马达电动势的正确位置在这个周期中,如果导通起始点 不正确,将产生过电流为了使 变 流 器可靠运行,每个逻辑运算器必须满足这个条件这一点实现的程度如何是影响控制系统的动态特性的由于c的结果,就有短暂的无电流时间(零电流 间隔)它对变速传动 动态特性方面的影响,Ra at z已研究过了〔1〕当要求严格的动态控制特性时,零电流间隔必需尽可能短逻辑运算器,触发控制单元和电流调节器的设计,能使条件d满足到 一定程度,由此可能使电流控制系统的响应时间一直延长到切换之后〔2〕这一点比起零电流间隔来,将对速度控制的动态特性更不利,因此,必需由控制系统的适当设计加以补偿3.切 换的时间顺序逻辑线路必需由切换运行的时间特性来得出考虑了工艺安装而采用 的方法,过去己证明是很可靠的 (逻辑运算器采用带插头的印刷线路板的A S R框架装配式结初一尚_二二卜.厂书I 甲,一~门 2 _「—一一.图2切换的工作时序Iw一电枢电流给定,I ^一反馈 信号(电枢电流),1一变流器组n:的开关信号,2一变流器组nZ的开关信号,3一调节器的封锁信号工作时序示于 图2中。

在电枢电流给定的极性变化以后,当检测反馈信号( 电枢电流)的单元发出信号使电流下降到不连续区时(条件b),逻辑运算器便翻转当满足条件d时,封锁信号加到 电流调节器上(按比例积分快速放电)触发脉冲有延时地 从浮通组清除脉冲加到另一组的时间间隔必须长于在不连续范围中的导通周期(在三相桥式联结 中,大 于3.3ms ),以便确保没有份子导通电流(条件C)在脉冲送出时,电流调节器取消封锁由于脉冲开放部件的相互联锁,条件a得到满足在正常工作中,逻辑运算器在切换前后由符号存储器确定其状态’4.新的逻辑运算器的原 则虽然较早的逻辑运算器是由分 立元件( 晶体管、二极管、电阻)作成,在技术_!:也是满意的,但应该有新的发展而模拟和数字集成电路的引人就极大地节省了成本和空间在数字集成电路作成的最初的逻棘装置中,需要比较 器,存储器,, ’1歹”门,“或”门和时间单元这个概念 明确之后,便要考虑如何进一步缩减成本,如何简化线路和达到 最大的抗干扰能力在本文介绍的器件中,有关检测的功能,逻辑连结,信J以的存储和延迟,都由工作在开关状态下的运算放大器来实现,这就导致’了逻辑运算器的发展在构成逻辑线路时,数字和模拟技术是有很大不同的。

在实际应用中偏重于模拟元件的场合是:a.在逻辑运算器中模拟部分的正,负信号的结合三b.一个存储单元中所有存储功能的i I t合;c.正反馈运算放大 器形式的存储 单元;d.触发脉冲开放信 号的选择是利少}j个运算放大器的 同号或反号输人端实现的图3表示了逻辑运算器的信号流 图山速度调节器的输出得来的 电枢电流细定I x . , .经过 比较器和符号存储器1计算只 在不 连续电流检测器2开放时,符号存储器的复位和切换才是可能的符号存储器的输出信号通过放大器3控制电流控制系统给定输人的极性,并通过时间单元4和比较器5和6控制若相应的变流器组的触发脉冲 的封锁 和开放1切换进行时,电流和速度调节器 由逻转元件7封锁而也就控制存储或比较作用的转换6.不连续电流检测 器这个器件由一个放大器接成比较器的形式组成,电流反馈估一号( 电枢电流), 下降到预定值以下时,它的输出电压的极性翻转( 图5)在正最大输出电压时,图4中的场效应管导通,在负最大输出 电压时场效应管夹断了泣}」图3逻辑运算器的信号流图Iw一电枢电流给定,Iw一电流控制系统的给定;IA必一反谈信号(电枢电流);1一比较 器和符号存储器,2一不连纹电流检测器;3一给定输人支换器,4一时 间单元,5、6一比较器,S, ,S:一电子开关(触发脉 冲开 关);A一P I放电;B一调节器封锁,C一来自触发控制单元的触发脉冲,d一n,组;E一n:组图5不连续电流检 测器5.比较器 和符号存储器共线 路如图4所示。

当场效应管PZ夹断日. J ~,放大器P,起一 个零比较器的作用,也就是气玩是正给定输入时它是正输出 电压,而当负给定输入时为负输出电压因此,随着给定输人极性的每次翻转它就以相应的输出信一号去控制切换的开始7.电流控 制给定输入的设 定电流控制系统的给定输人I荞,是山电枢电流给定Iw通过一个放大器得到 的 ( 图6),根据需要它可以是同号或反一号的放大器当场效应管PZ和P3导通时,放大器 是1:1的反号放大器当场效应怜夹断时,放大器是1:1的同号放大器由于场效应管由符一号存储器的输出 电压控制,因而不竹哪组变流器通过 电流,电流控制系统 的给定总是同极性的图6给定输入变换器图4比较器和符 号存储器火场效应竹导通时,山于正反馈使放大器有极大 的滞后作 用,使它 的极性将不随给定输入信 号的极性的改变而翻转(起符号存储作少{』)场效应若 由不连续电流检测器控制,因8.时 间单元和 比较器哪一组变流 器组通过 电流,是由符号存储器经 过两 个放大器P,和PZ的输出信号所控制( 图7)如图所示,利用了一个放大器的 同号输入和另 一个放大器的反号输入一个R C元件联接在输人电阻之前,并通 过电阻器r或和r:建立延时。

当符号存储器的极性翻转时,首先给出调节器的封锁信号RC元件的输出 电压以指数函数的方式延时跟随符号存储器的输出 电压当这个值降到低于连接导通组的放大器的门限电压时,放大器的输出 电压改变极性,并封锁脉冲当R C元件的输出电压接近它的新的端值时,超过了 另一个放大器的门限 电压,这一组的触发脉冲开放,并取消调 节器的封锁一习一——么- -- 一日_I2 一一一口一——UR 茶妙蕊图8当相应于额定电流 的给定突然从负变到正时,带P l调节器的电枢电流控制系统的瞬 变响应w一电枢电流给定,VR一电枢电流调节器的输出电压,IA一电枢电流;1一变流器组n,的控制信 号;2一变流器组n三 的控制信号图7时间单元和比较器9.动 态 特性系统的动态特性由翻转运行的示波图 说明( 图8)可 以看出,从信号 翻转算起,逻辑运算器的时间延迟约4ms因此零电流的时间至少为4ms在延时期间,电流调节器是山调节器的封锁信号和比例积分快速放电所控制,以致在调节器开放后,脉冲处在址大逆变位置电流调节器到其工作点所需的时间取决于保证电流连续的比 例积分线路、给定·与 反馈信一号之间的差值,以及实际工作点这与 电流不断续情况 的瞬变 响应相比较,就有较一长的 零电流 间隔 和相当长的时间响应〔2〕。

这个缺点可以采用 电流调节器不加封锁来克服,这就要改变全部概念而这样的 设计将需要附加设备以确保正常工作可靠对动态特性有严格要求的系统,如果应川 自适应 的电枢电流调节器〔3〕,〔4〕而不是J友少 U比 例积分或电枢电流调节器,则具有 高度 可幸性优点 的电流调节器的封锁可以保留这种调节器的瞬变 响应可以看作实现了电流连续( 图9)因此,应用一个适当 的电枢电流调 节器,控制系统的 动态要求可以一一一一一匕一一__f 一习一一一一止一 点户普产图9当相应于额定电流的给 定突然从负变到正时,带白适应电流调节器 的电枢电流控制系统的瞬变响应波形记号同图8乒上述考虑的根本假设在J:触发控制 单元是瞬时动作的如果整定到逆变最大位代存在延迟时间,则逻辑运算器的延 时 必定 增加,或者必需改为两组触发控制单元若使用 导通时间检测 单元而不川不连续电流检测器,以及在逻辑运算器‘{,配备一个可复位时间线 路和一个脉冲检测 器,则零 电流 间隔就能减到小于lms10,结构设计本逻辑运算器是用1,O(;IDYx系统〔”的组件作成图3所示的 全部器 件都装在D IN4149型,厚度2/1.72(100m mX160m m)的标准尺寸的 印刷线路 板上〔的 ( 图1 0,原文为 照片,本 刊略)。

山于器件较少,线路的布 咒紧凑,对输入信号带有滤波元件,大功率元件的负荷能力强,脉冲 开 关有联锁等等,因此可以达到 高度 的抗干扰性能利 用装在 l f l i板上的几个测试孔,可 以 使并不复杂的 线路更容易检爽组件功能 的集中是根据IJOGH)Y N系统的控制概念所使用 的完整组件的原则 进行 的〔7〕除了单向变 流器所需的 电 子器件之外,全部控制电子器件都装在印刷线路板__ L单向变流 器设备和双向无环流变流器设备的控制 电子器件,包括供电单元,触发控制单元,电流调节器和速度调节器等,它们是设备的墓本元件,因而是与作为补充部件 的逻辑运算器不同的配置不 同 的时间线 路,该组件作为逻辑运算器适用于:a.无 环流反并联;b.电枢可逆的传动 系统;c.磁场可逆的励磁 系统该逻辑运算器不但用于工业传动 的可控硅变流器装置中,而且还使用到SEMID UKTOR型MIDI SEMI和MA XI sEMI系列 的标准设备中 参考文献咯)罗方林译 自( (A EG一TE L E F V N K E NPROG R E SS(1973)4.Pl l 9~12 3校验用晶体管直流毫伏源马钢建设公司 机电安装公司曹连芜在_〔业 自动化。