电力拖动自动控制系统课程设计-850mm六辊可逆冷轧机开卷机直流调速系统_课程设计.docx

摘 要此次课程设计题目850mm六辊可逆冷轧机开卷机直流调速系统，核心落在转速、电流双闭环逻辑无环流调速系统的设计，是基于本学期所学课程电力拖动自动控制系统运动控制系统的一次学以致用的深入拓展。本文针对直流调速系统进行调速设计。尽管近年来，电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经逐步被功率开关器件所替代；伴随着变换技术由相位控制转向脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统，但是直流拖动本身具有理论和实践都很成熟的优势，我国早期的许多生产设备均采用直流拖动系统短时间内不会淘汰，而且直流电机原理相对简单易懂，因而对于初学者而言，直流调速还是很有实际意义的。从生产机械要求的控制物理量来看，电力拖动自动控制系统分为调速系统、位随系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型；按照调速方式大致可分为开环调速和闭环调速两大类，开环系统结构简单、易于实现、维护简单，但是其静特性与动态特性往往不满足生产和控制要求，而闭环系统尤其是双闭环调速系统具有良好的静特性和动态特性，采用PI调节器时可实现转速无静差以及电流无静差。本次设计包括各元器件的参数配合与选择、调速方案的设计、整体电路图的绘制等，同时考虑到调速系统实际运用于六卷可逆冷轧机开卷机，各参数与方案都按照实际工程需要设计。关键字：转速环、电流环、双闭环调速、逻辑无环流、DLC、开卷机、六辊、晶闸管绪 论薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。冷轧钢板的生产主要是采用36机架的多辊冷轧机，特点是生产率高，机械化、自动化程度高，产品质量好。连轧机仅适用于产量大，品种规格单一的钢种冷轧生产，而对于生产量较小、质量要求较高、品种规格复杂的高合金钢和合金冷轧带材，采用连轧机并不恰当，而大多采用多辊可逆轧机。带钢冷轧机生产线上除了五机架连轧机主体设备外，还包括头部的上料设备、开卷机以及尾部卷取机，有的在轧制头部还有矫直机、焊接机以及活套等设备。这些设备要要步调一致，密切配合，以保证连轧机位置控制、厚度控制、张力控制、速度控制以及板形控制的顺利进行。五机架冷连轧机的出现必须有自动控制和以计算机技术为基础。冷轧机最初是在二辊、四辊基础建立起来的，科学技术和工业的发展需要极薄带材，原有低辊数轧机已经不能满足要求，因为轧辊本身的弹性压扁值往往比所需轧制带材厚度还要大，而轧辊的弹性压扁是与辊径成正比的。当轧辊材质一定时，要降低轧辊弹性压扁就必须减小辊径，而辊径的减小又会出现刚性不够的矛盾。为此，多辊轧机出现以提供良好刚性的塔形支撑辊系。多辊轧机发展很快，根据加工工艺要求，有八辊、十二辊、二十辊等。开卷机作为连轧设备的首端，需要可逆工作，既需要转速控制又需要张力控制。当开卷机工作于换卷引带或断带时，系统外环即速度环调机器投入工作，这是一个速度调节系统；当带材咬入后，产生张力，使ASR的反馈小于给定值，处于饱和状态，其限幅值就是张力给定值，系统作为一个恒功率调剂系统而工作，维持张力恒定。本设计采用转速、电流双闭环逻辑无环流调速。目 录第一章 设计参数和要求第二章 各功能模块器件选择2.1 开卷电机的选择.52.2 整流方案的选择.52.3 晶闸管的选择.62.4 交流进线电抗器的选择.62.5 变压器容量的选择.72.6 晶闸管的保护.72.7 开卷电机的过电流保护，串联熔断器.92.8 晶闸管冷却风机的选择.92.9 励磁回路.102.10 交流电流互感器TA122.11 测速发电机.122.12 给定电路.132.13 低压直流源设计（24V）.132.14 空气开关的选择13第三章 双闭环调速系统的设计3.1 典型转速、电流双闭环调速系统结构.143.2 典型转速、直流双闭环调速系统的设计.143.2.1 ACR(电流环调节器)的设计.14 3.2.2 ASR(转速环调节器)的设计.18第四章 逻辑无环流系统的实现4.1 典型逻辑控制的无环流可逆调速系统244.2 无环流逻辑控制环节DLC.244.3 晶闸管集成触发器.28第五章 开卷机张力控制5.1 开卷机张力控制系统.31第六章 辅助电路6.1 辅助电路结构以及作用.32第七章 操作电路 7.1 操作结构以及作用32总 结 .33参考文献 .34第一章 设计参数和要求一、设计内容及要求：（一）、系统各环节选型1、主回路方案确定2、控制回路选择（二）、主要电气设备的计算和选择1、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及选择2、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护电路选择二、主要设计参数：850mm六辊开卷机功率/GD2电枢电压（V）电枢电流(A)转速(RPM)励磁电压(V)励磁电流(A)168/500440400500/90031520 电流环超调量：i5% 转速环超调量：n10% 允许过载倍数：1.5 三、设计环境 主要由主电路和控制电路组成，主电路由开关、交流接触器、晶闸管整流装置和保护器件组成、控制电路主要由运算放大器构成的控制器组成。第二章 各功能模块器件选择2.1 开卷电机的选择850mm六辊可逆开卷电机：数量1，DC电机上海南洋Z4系列额定电压：440V，额定电流：400A，额定功率：168kW，电机转速：500/900 rpm绝缘等级：B级工作制：S1过载倍数：1.5冷却方式：自带通风机强迫风冷特性：电枢可不加平波电抗器，调速范围广，过载能力强，可弱磁调速2.2 整流方案的选择采用反并联三相全控整流桥。无环流工作，任何情况下只允许一组整流器工作，而另一组必须被封锁，以保证不出现环流，通常采用如图2-1所示反并联可逆线路。 图2-1 反并联三相全控整流桥2.3 晶闸管的选择2.3.1 晶闸管额定电压URRM查技术手册可得国内中小功率标准系列阀侧电压表可逆系统二次线电压 3UV电动机额定电压UN230220380360460440考虑到晶闸管在恢复阻断时所引起的换相过电压，以及在操作和事故所造成的过电压的影响，由技术手册，对于三相桥式整流线路晶闸管可按如下表格选取电源进线电压3804405006106607508501000空载整流电压513594675824891101211481350晶闸管额定电压13501500165020002200250028003200由电机额定参数：UN=440V , IdN=400A查表选择URRM=1500V，二次相电压有效值为460/3 =266V2.3.2 晶闸管通态平均电流 IT（AV）IT（AV）1.02.0 KITIdmaxKInp KIT：电流计算系数，查表取 KIT =0.367np：晶闸管并联数,取 np =3 KI ：均流系数，一般取 KI =0.80.9Idmax：最大整流电流值，取 Idmax =IN =1.5x400=600A代入计算：IT（AV）2.0 0.367x6000.8x3 =184A保证留有裕量，取 IT（AV）=200A2.3.4 晶闸管型号的选择综上，晶闸管型号选取KP300-152.4 交流进线电抗器的选择由技术手册，单机容量在500kW以下的中小容量装置，可用几台组成一组，用公用变流变压器供电，每台晶闸管装置通过图2-2所示交流电抗器供电，其主要作用:1、限制晶闸管导通时的di/dt以及限制变流装置发生故障和短路时短路电流的上升速率。2、改善电源电压波形，消除变流器运转时对电源系统的公害。图2-2 交流进线电抗器交流电抗器的电感量计算公式为： L=0.04UV 2fx0.816IdNx103 = 0.04x2652x50x0.816x400 = 0.10 mH，取0.10mH2.5 变压器容量的选择一次容量（VA） S1 = m1KILKUVUd0IdN = 3x0.8162.34x594x400 =248566 VA二次容量（VA） S2 = m2KILKUVUd0IdN = 3x0.8162.34x594x400 =248566 VA等值容量（VA） ST = 12 (S1+ S2 )=248566 VA Ud0空载整流电压 m1、m2变压器一、二次绕组相数，对于三相全控桥 m1=m2=3查技术手册，变流变压器容量取 250 kVA2.6 晶闸管的保护2.6.1 晶闸管换相过压保护，并联RC阻容电路图2-3 晶闸管换相过压保护由于载流子的集蓄效应，当晶闸管在反压下载流子迅速消失恢复阻断时，电路中感性成分会使得器件两端出现换相过电压。对于三相桥式整流电路，在中小功率的变流装置中，由经验一般选取C=0.51.0F，R=1040本次设计中取C=1.0F，R=402.6.2 晶闸管过电流保护，整流桥臂添加快速熔断器图2-4整流桥臂串熔断器过压保护熔体额定电流 Ire 1.5 Ige =1.5x200=300A,取350A熔体额定电压 Ure UF2 K2 = 2 X4602 X1.5 =307V，取300V选型：RN1-1 / 350 -500 ，为户内式。额定电压 1kV、额定电流350A 、断开容量为500MVA。2.6.3 整流装置过电压保护，交流侧整流式阻容保护图2-5 整流式阻容过压保护电路三相整流式阻容保护电路，过压时电压充入C储能，过压过去后C通过R2放电耗能。 uk%-变压器短路比，对于10560kVA的三相变压器，取510，本设计取10io%-变压器激磁电流百分数，对于10560kVA的三相变压器，取410，本设计取10S -变压器每相平均计算容量，取1/3S2=1/3x250=83kVA=83000VAU2 变压器次级相电压有效值，取266V变压器次级Y接时，C6io%SU22=6X10X830002662 =70.38F，取75F电容耐压1.5U2 =1.5x266=399VR13.3U22Suk%io% =3.3x266x26683000x1010 =2.81，R1取313CX104R215CX106，即452.84k，R2取2 k2.7 开卷电机的过电流保护，串联熔断器 图2-6 开卷电机串熔断器过电流保护考虑到躲过电机启动电流，对于频繁启动的开卷机，按经验公式取：IFe = （1.53.5） IdN = (1.53.5)X400 = 6001400A本次设计取IFe=1400A，选型：RN1-1 / 1400 -500。2.8晶闸管冷却风机的选择由于大功率晶闸管工作过程中会产生大量热量，如不及时散热将会烧毁晶闸管，因此冷却风机的配备是必须的。由于冷却风机工作要求低，此次设计选取Y系列低压三相异步电机，容量2kW，调速范围7503000 rpm，工作电压380V，全封闭自扇冷。图2-7 晶闸管散热冷却风机2.8.1断路器QF的选择根据技术手册，选择一般型DW16，低压断路器（空气开关）主要用在不频繁操作的低压配电线路中做电源开关使用，当发生严重过流、过载、短路、断相、漏电等故障时能自动切断电路，起到保护作用。已知风机容量2kW，工作电压380V，求得风机工作电流约为5A，由此取断路器工作电压Ue =380V，Ie =10A。2.8.2接触器KM的选择选择3TF系列，工作电压380V，工作电流9400A，适用于控制交流电机。2.8.3热继电器FR的选择由技术手册，选择3UA系列热继电器与3TF系列接触器配套使用。2.8.4熔断器器FU的选择选择RCIA系列插入式熔断器，工作电压380V，工作电流200A内。2.9 励磁回路2.9.1 弱磁调速原理（弱磁升速）在他励直流电动机的调速方法中，如果需要从基速向上调速，则要采用弱磁调速的方法，通过降低励磁电流，以减弱磁通来提高转速。转速越高，磁通越弱，容许的转矩不得不减少，转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，是为“恒功率调速”。在基速以下调压调速时，保持磁通为额定值不变；在基速以上弱磁升速时，保持电压为额定值不变。弱磁升速时，由于转速升高，使转速反馈电压也随着升高Un，因此必须同时提高转速给定电压Un*，否则转速不能上升。2.9.2 独立控制励磁的调速系统图2-8 独立控制励磁的调速系统结构RP2 给定电位器 AFR 励磁电流调节器VFC 励磁电流可控整流装置工作原理：在基速以下调压调速时， RP2不变保持磁通为额定值，用RP1调节转速，此时，转速、电流双闭环系统起控制作用。 在基速以上弱磁升速时， 通过RP2减少励磁电流给定电压，从而减少励磁磁通，以提高转速；为保持电枢电压为额定值不变，同时需要调节RP1 ，以提高电压。2.9.3 励磁电流可控整流装置1.可控整流结构2-10 励磁回路可控整流结构采用单相桥式全控整流电路给励磁回路供电，Ud=0.9U2cos 。2.可控整流结构触发电路晶闸管可控触发装置采用TC787，后面有详细介绍，此处不再赘述。2.10 交流电流互感器TA图2-13 交流互感器TA原理图交流电流互感器常用来检测三相交流电流幅值，电流互感器是电流源，二次电流按匝数比输出。交流电流互感器常接在整流装置交流进线侧，通过测量进线电流来获得整流后直流Id的信号，计算值为U =（N1/N2）RPIdN1/N2 互感器一、二次绕组匝数RP 检测整流桥的负载电阻公式中无整流系数，因为主整流桥和检测整流桥系数相互抵消。2.11 测速发电机图2-14 测速发电机原理图将直流测速发电机与待测电动机同轴相连，则发电机输出的是与电动机转速成比例的直流电压，其极性反映转向，用取样电阻RP即可取得转速反馈信号Un。本次设计选取型号ZYST-A系列测速发电机系永磁式直流发电机，用以测量旋转体的转速，亦可作速度讯号的传送器。本系列测速发电机在负载电阻为恒定值的情况下，其输出电压是转速的线性函数，正反方向的输出特性是对称的；安装方式为机座底脚式、端盖凸缘式、机壳外圆式三种；具有线性误差小，运行安全可靠，体积小，重量轻、噪音低、振动小、使用维护方便等特点。2.12 给定电路图2-15 给定电路原理图由电位器RP1、RP2可调节给定Un*输入的幅值：-12V+12V，通过选择开关S1、S2可以选择给定值得正负以及实现阶跃输入。2.13 低压直流源设计（24V）电路中给定环节等需要稳定的低压直流电路供电，电压为24V，设计如下：图2-16 低压直流源电路原理图7815、7915为稳压芯片，1口进、2口出、3口接地。C1C7为滤波电容。2.14 断路器（空气开关）的选择1.开卷电机额定电流400A，于是选型：DW17-500，留有裕量，主电路断路器额定电流500A。2.风机额定电流5A，于是选型：DW17-10，留有裕量，风机电路断路器额定电流10A。第三章 双闭环调速系统的设计3.1 典型转速、电流双闭环调速系统结构图3-1 转速、电流双闭环直流调速系统ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器3.2 典型转速、直流双闭环调速系统的设计先不考虑无环流，只设计双闭环系统。设计的一般原则：“先内环后外环”。 从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。图3-2 转速、电流双闭环调速系统动态结构图3.2.1 ACR(电流环调节器)的设计（一）、总体设计步骤：1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现（二）、电流环（ACR）的等效化简过程：1. 忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即DE0。这时，电流环如下图所示：图3-3 忽略反电势后系统动态结构图2.等效成单位负反馈系统 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成Ui*，则电流环便等效成单位负反馈系统，如下图：图3-4 等效为单位负反馈后系统动态结构图3.小惯性环节近似处理 最后，由于Ts 和 Toi 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 Ti = Ts + Toi图3-5 电流环最终简化框图4.ACR校正成典型I型后框图图3-6 ACR校正为I型后框图 （三）、参数设计过程：1. 确定时间常数（1） 整流装置滞后时间常数Ts，三相桥式电路取平均失控时间，即Ts=0.0017s（2） 电流滤波时间常数Toi三相桥式电路每个波头时间为3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12）Toi=3.3ms，取Toi=2ms=0.002s（3） 电流环小时间常数之和Ti=Ts+Toi=0.0037s2. 选择电流调节器结构突出跟随性，按典型I型系统设计电流调节器，又电流环控制对象是双惯性的，为保证稳态电流无静差，因而采用PI调节器，其传递函数为：式中 Ki 电流调节器的比例系数 i 电流调节器的超前时间常数 i=Tl ， KI=KiiR Ks3. 计算电流调节器参数按照西门子“最佳整定”构造“二阶最佳系统”，同时参照设计要求电流环超调量： i5%(1)查表可知，取KITi =0.5(2)三相桥式整流电路总电感量L=0.693UVIdmin = 0.6932650.1x400 =4.59 mH电枢回路总电阻R，取R=Ra+Rad=0.4+0.4x0.1=0.44 电磁时间常数Tl， Tl= LR = 4.590.44 =0.014s(3)晶闸管装置放大系数Ks，取Ks=40(4)电流反馈系数，取Uim*=10V,则= Uim*Idm = 101.5x400 =0.017V/A(5)电流调节器超前时间常数：i=Tl=0.03s(6)电流环开环增益：KI = 0.5Ti = 0.50.0037 = 135.1(7)ACR的比例系数：Ki = KIiR Ks = 135.1x0.014x0.4440x0.017 = 1.224(8)机电时间常数Tm机电时间常数Tm= GD2R375CeCmCe = UN-INRanN = 440-400x0.4500 =0.56 Vmin/rCm = 30Ce =5.35 Vmin/rGD2=500，R=0.44Tm= GD2R375CeCm = 500x0.44375x0.56x5.35 = 0.196s4. 校验近似条件电流环截止频率：ci=KI=135.1 s-1(1) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件：13Ts = 13x0.0017=196.1ci，满足条件(2) 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：3 1TmTl =3 10.196x0.014 =57.27ci，满足条件5. 电流调节器（ACR）的具体实现 图3-7 含给定滤波与反馈滤波的PI型ACR调节器取R0=40kRi=KiR0=1.224x40=48.96 k，取50 kCi = iRi = 0.01450x103 = 0.28F，取0.3FCoi = 4ToiR0 = 4x0.00240x103 = 0.2F，取0.2F按照以上参数设计，电流环动态跟随性能指标为i=4.3%5%，满足条件。6. 电流环上升时间tACRACR校正成典型I型系统，查表知tACR=4.7Ti=4.7x3.7=17.39 mscn，满足条件（2）转速环小时间常数近似处理条件： 13 KITon = 13 135.10.01 =38.7cn，满足条件5.转速环（ASR）的具体实现图3-11 含给定滤波与反馈滤波的PI型ASR调节器取R0=40kRn=KnR0=7.31x40=292.4 k，取300 kCn = nRn = 0.087300x103 = 0.29F,取0.3FCon = 4TonR0 = 4x0.0140x103 = 1F，取1F6.退饱和超调量查表可知，取h=5时，CmaxCb = 81.2% 电机过载倍数：=1.5负载系数：z=IdL/IdN，空载时z=0电枢回路总电阻： R=0.44额定电流：IdN=400A额定转速：nN=500 r/min电枢电阻：Ra=0.4机电时间常数Tm,取Tm= GD2R375CeCm =0.196s基准值 n*=nN=500 r/min电动势系数 Ce = UN-INRanN = 440-400x0.4500 =0.56Vmin/r调速系统开环机械特性的额定稳态速降 nN= IdNRCe = 400x0.440.56 =314 r/minn = 2（CmaxCb）（-z）nNn* TnTm= 2 x 81.2% x(1.5-0)x 314500 x 0.01740.196 = 13.52% 10%，不满足满足设计要求为减小退饱和超调，在转速调节器上增设转速微分负反馈，用以抑制超调，获得更好的动态性能。带转速微分负反馈的转速调节器原理如下： 图3-12 带转速微分负反馈的转速调节器原理图和普通的相比，在转速反馈环节并联了微分电容Cdn（用以对转速信号进行微分）和滤波电阻Rdn（用以滤去微分后带来的高频噪声），即在转速负反馈的基础上再叠加一个带滤波的转速微分负反馈信号，转速负反馈和转速微分反馈一起与给定Un*相抵，将比普通双环系统更早达到平衡，开始退饱和，起到抑制超调的作用。设 idn 为微分反馈之路电流，拉氏变换得：虚地点A的电流平衡方程为：整理后可得：dn - 转速微分时间常数，dn =R0Cdn Todn- 转速为微分滤波时间常数，Todn =RdnCdn 实际设计中常选定Todn =RdnCdn=Ton = 0.01s。无超调时， dn|=0 4h+2h+1 Tn = 4x5+25+1x0.0174s = 0.0638 Cdn = dn/R0 =0.0638/40 =1.595 pF，取2.0pF Rdn = Todn / Cdn =0.01/2.0 =0.005k= 5，取5此时退饱和超调接近010%，满足满足设计要求7.转速环空载起动到额定转速时间tASR 查表知，典型II型系统阶跃输入跟随性能指标有：h=5时， tASR=2.85Tn=2.85x0.0174=0.04959s=50ms100ms,满足设计要求第四章 逻辑无环流系统的实现4.1 典型逻辑控制的无环流可逆调速系统图4-1 典型逻辑控制的无环流可逆调速系统框图主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，1ACR用来控制正组晶闸管触发装置GTF，2ACR控制反组触发装置GTR，1ACR给定信号Ui*经反号器AR作为2ACR的给定信号Ui*，为了保证不出现环流，设置了无环流逻辑控制环节DLC，它按照系统的工作状态指挥正反组自动切换。信号Ublf 控制正组触发脉冲的封锁和开放，Ublr 控制反组触发脉冲的封锁和开放，任何情况下，两信号相反，仅有一组晶闸管工作。4.2 无环流逻辑控制环节DLC1. 系统对无环流逻辑控制器的要求(1)由电流给定信号Ui*的极性（反映转矩极性）和零电流检测信号Uio（过零换组）共同发出逻辑切换指令。当Ui*改变极性，且零电流检测器发出“零电流”信号时，允许封锁原工作组，开放另一组。(2)发出切换指令后，须经过封锁延时时间才能封锁原导通组脉冲；再经过开放延时，才能开放另一组脉冲。(3)无论在何种情况下，两组晶闸管绝对不允许同时加触发脉冲，当一组工作时，另一组的触发脉冲必须被封锁住。2. 无环流逻辑控制器的实现图4-2 环流逻辑控制器结构图DLC由电平检测、逻辑判断、延时电路和联锁保护四个基本环节组成。输入为电流给定(转矩极性)信号Ui* 和零电流检测信号Uio，输出是正组和反组脉冲的控制信号Ublf和Ublr。（1）电平检测器电平检测器的任务是将控制系统中连续变化的模拟量转化成“1”或“0”两种状态的数字量，实际上是一个模数转换器，它由带正反馈的运算放大器组成，具有满足一定要求的继电特性。 图3-3 电平变换电路无环流逻辑控制器中应设立“转矩极性鉴别”和“零电流检测”两个电平检测器，分别将电流给定的极性和电流“是零”或“非零”转换成相应的“1”或“0”数字量，供逻辑判断使用。(i)转矩极性鉴别器其输入信号为速度调节器的输出Ui*，它是左右对称的；其输出为转矩极性信号，为给出“1”和“0”的数字量，输出应是上下不对称的，“1”态表示正向转矩，用正向饱和值+10V表示，“0”态表示负向转矩，用负饱和值一06V表示。 图4-4 转矩极性鉴别器图3-5 转矩极性鉴别器的输入输出特性 (ii)零电流检测器其输入信号是电流互感器输出的零电流信号Uio，主电路有电流时约为+06V，零电流检测器输出为“0”；主电路电流接近零时， 下降到+02V左右，输出为“1”。“1”态仍用正向饱和值+10V表示， “0”态用负向饱和值一06V表示。两个电平检测器输出饱和值+10V和一06V可通过设置正、负限幅电路得到图4-6 零电流检测器图4-7 零电流检测器的输入输出特性零电流检测器特性回环偏在纵轴的右侧，可在输入端增设偏移电路RT1来实现。(2)逻辑判断电路逻辑判断的任务是根据两个电平检测器的输出信号，正确地发出切换信号，输出均有“l”和“0”两种状态，究竟用“1”态还是“0”态表示封锁触发脉冲，取决于触发电路的结构。现假定该输出信号为“1”态时开放脉冲，“0”态时封锁脉冲，归纳各种情况下逻辑判断电路的输入输出状态，用与非门实现，其逻辑代数式为：原理图如下所示：图4-8 逻辑判断电路结构图（3）延时电路在逻辑判断电路发出切换指令之后，必须经过封锁延时和开放延时，才能执行切换指令，因此，无环流逻辑控制器中必须设置相应的延时电路。在与非门的输人端加接二极管和电容，就可使与非门的输出由“1”态变到“0”态时获得延时。因为这时当输入由“0”变到“1”时，必须先使电容充电，待电容端电压充到开门电平时，输出才由“l”变“0”，电容充电到开门电平的时间则为延时的时间，阻容电路的充电时间可通过电容调整。（4）联锁保护电路在正常工作时，逻辑判断与延时电路的两个输出和总是一个为“1”态另一个为“0”态。一旦出现故障，两个输出和如果同时为“1”态，将造成两组晶闸管同时开放而导致电源短路。为了避免出现这种事故，在无环流逻辑控制器的最后部分设置了多“l”保护电路。其原理如下：正常工作时，信号总是一个为“1”另一个为“0”，这时联锁保护环节的与非门输出A点电位始终为“l”态，则实际的脉冲控制信号直接加到后面电路，总能封锁一组脉冲。当出现信号同时为“1”的故障时，联锁保护环节中的与非门输出A点电位立即变为“0”态，将输出信号都拉到“0”，使两组脉冲同时封锁，这样就避免了两组晶闸管同时处于整流状态而造成短路事故。（5） DLC逻辑电路的硬件实现由于工业现场的干扰十分严重，为此，采用抗干扰能力强的HTL与非门。HTL与非门是专门为工业现场设计的，具有延迟时间长、噪声容限大、抗干扰能力强的优点，但其功耗也很大。本次设计选用陶瓷封装H004 HTL与非门作为逻辑元件。4.3 晶闸管集成触发器采用西门子高性能晶闸管三相移相触发集成电路TC787。TC787是采用独有的先进IC工艺技术，并参照国外最新集成移相触发集成电路而设计的单片集成电路，是KJ系列的升级换代产品。它可单电源工作，亦可双电源工作，主要适用于三相晶闸管移相触发和三相功率晶体管脉宽调制电路，以构成多种交流调速和变流装置。1TC787外部结构图4-9 TC787的引脚排列图(1)同步电压输入端：引脚1(Vc)、引脚2(Vb)及引脚18(Va)分别为三相同步输入电压连接端，应用中分别接经输入滤波后的同步电压，同步电压的峰值应不超过TC787的工作电源电压VDD。(2)脉冲输出端：脉冲分配及驱动电路是由6 脚控制脉冲分配的输出方式。6 脚接低电平VL，输出为半控方式，12、11、10、9、8、7 分别输出A、-C、B、-A、C、-B 的单触发脉冲。6 脚接高电平VH，输出为全控方式，分别输出A、-C；-C、B；B、-A；-A、C；C、-B；-B、A 的双触发脉冲。(3)控制端引脚5(Pi)为输出脉冲禁止端。高电平有效，封锁TC787的输出。 引脚14(Cb)、引脚15(Cc)、引脚16(Ca)分别为对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。该端连接的电容值大小决定了移相锯齿波的斜率和幅值，应用中分别通过一个相同容量的电容接地。引脚6(Pc)为TC787工作方式设置端。当该端接高电平时，TC787输出双脉冲；而当该端接低电平时，输出单脉冲。引脚4(Vr)为移相控制电压输入端。该端输入电压的高低，直接决定着TC787输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787的工作电源电压VDD。引脚13(Cx)调制脉冲宽度。可通过改变Cx 电容的值来确定，需要宽则增大Cx，窄则减小Cx。1000pF 电容约产生100S的脉冲宽度。(4)电源端：TC787可单电源工作，亦可双电源工作。单电源工作时引脚3(VSS)接地，而引脚17(VDD)允许施加的电压为818V。双电源工作时，引脚3(VSS)接负电源，其允许施加的电压幅值为-4-9V，引脚17(VDD)接正电源，允许施加的电压为+4+9V。2. TC787内部结构图4-10 TC787内部逻辑框图（1）电路组成：由三路相同的部分：同步过零和极性检测、锯齿波形成、锯齿波比较，经过抗干扰锁定、脉冲形成等电路形成三相触发调制脉冲或方波，由脉冲分配电路实现全控、半控的工作方式，再由驱动电路完成输出驱动。（2）电路原理：三相同步电压经过T 型网络进入电路，同步电压的零点设计为1/2 电源电压（电路输入端同步电压峰峰值不宜大于电源电压），通过过零检测和极性判别电路检测出零点和极性后，在Ca、Cb、Cc 三个电容上积分形成锯齿波。由于采用集中式恒流源，相对误差极小，锯齿波有良好的线性。电容的选取应相对误差小，产生锯齿波幅度大且不平顶为宜。锯齿波在比较器中与移相电压比较取得交相点，移相电压由4 脚通过电位器或外电路调节而取得。抗干扰电路具有锁定功能，在交相点以后锯齿波或移相电压的波动将不能影响输出，保证交相唯一并且稳定。3主要电参数和限制(1)工作电源电压VDD：818V； (2)输入同步电压有效值：(1/22)VDD；(3)输入控制信号电压范围：0VDD； (4)输出脉冲电流最大值：20mA；(5)锯齿波电容取值范围：0.10.15； (6)脉宽电容取值范围：3300pF0.01F；(7)移相范围：0177； (8)工作温度范围：0+55。4典型应用接线图TC787单电源工作时的典型接线如下图所示，图中电容C1C3为隔直耦合电容，而C4C6为滤波电容，它与R1R3构成滤去同步