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    电动消防车可逆调试系统工作原理和方法

      发表时间2019-04-21 14:17  点击次数:【】


    电动消防车在生产实际中有许多场合要求电动机能作四象限运行,例如龙门刨、轧钢机等都要求不断 地进行正向电动,接着快速制动,然后反向电动,再反向制动,频繁地进行运行状态变换,这就 要求电动机能产生正、反两个方向的电磁转矩。它励直流电动机在磁场不变的情况下作四象限 运行时,需要改变电枢电流的方向,但是可控整流器晶闸管PN结的导电机制只允许电流从一 个方向上通过,所以单个整流桥不能满足直流电机四象限运行的要求。为此,通常采用两组整 流器构成所谓可逆整流电路,其中一组整流器为一个方向的电流提供通路,而另一个方向的电 流由另一组整流器提供,以此产生两个方向电枢电流及相应正、反转方向的转矩。
    电动消防车可逆调试系统工作原理和方法
    可逆整流电路有两种连接方式:一种是交叉连接法,另一种是反并联接法,这两种电路从 本质上讲没有什么大的差别,而现在用得比较多的是反并联电路,它们的交流侧可以是同一个 交流电源,如图1.15所示。当两组整流器均作整流运行吋,其整流电压将顺串短路,产生不经 负载电机的环流。为了防止在两个反并联的整流桥之间产生环流,要求两个整流器的输出电压 必须相等,极性互相“对顶”。由于两个桥的接法是反并联的,若要电压相平衡,则两个桥中必须 有一个丁作在整流状态,而另一个T.作在逆变状态,且两个桥的移相角必须满足a = 其中 ^为正组整流桥的整流滞后角,而/3为反组整流桥的逆变超前角。若a < /2,正组整流桥的输 出电压fA将大于反组整流桥的对顶电压仏,在两个整流桥之间可能出现在很大的环流,导致 烧毁晶闸管。因此,如果系统中^ 的条件不能绝对保证时,则应使^ > /3以保安全。
    这里应当指出:保证oi = /2仅仅是使正反两组整流桥的输出电压平均值相同,仅用于限 制平均环流。实际上整流桥的输出瞬吋电压是脉动的,这是因为一组整流器丁作在整流状态, 另一组整流器丁作在逆变状态,两组整流桥的输出电压波形是不相同的。图1.17给出了相应 于图1.16所示反并联的三相半波整流电路的两桥整流电压及电流波形。可以看出,即使〇!= /2两组整流桥整流电压之间仍有瞬吋电压差——环流电压仏,在此电压作用下会在两组整流 桥之间产生不经负载的环流i,其波形如图1.17(c)、(d)所示。由于环流电压出现在两组整流
    桥之间,不流经负载电动机,而两桥间的阻抗一般都很小,如不采取措施加以限制,很小环流电 压会产生出很大数值的环流,烧毁整流电路。
    电动消防车限制环流的办法有二:一种是如图1.15中所 示的在两组反并联整流桥之间加限流电抗器(或称 均衡电抗器)L及I;,这种系统一般叫做有环流系 统。另一种办法是在一组整流桥T.作吋把另一组整 流桥的触发脉冲封锁,使该组不导通,这样也就不 会出现环流,这种系统叫做无环流系统。
    (一)有坏流可泛调速糸蜣
    图1.18为有环流可逆调速系统的示意图。在 这个系统中也采用了双闭环控制,但是电流调节器 LT的输出一方面直接控制正桥I的移相触发器 CFI,另一方面通过一个倒相器把输出电压极性改 变后去控制反桥II的移相触发系统。在LT输出为 零时,两个移相器所产生的触发脉冲正好使两个整 流桥的移相角〇! = /2 = 90°;而当LT有正的输出 时,它使正桥I的移相角cn前移;而经倒相器输出 的负信号使反桥II的移相角往后移,且始终保持 着^ = /3。在有环流系统中为了限制环流增加了电 抗器L及L',其体积比较大,而且由于环流的存在
    消耗能量,降低效率。但是在有环流系统中由于正反两桥始终处在T:作状态(热态),电机的电 流随时可以改变方向,所以运行状态的改变比较快速,动态响应快,也比较安全。而在无环流系 统中由于在一组整流桥丁作时另一组被封锁,电流反向时需在两组整流桥之间进行切换,这必 须要在前一组整流桥的电流衰减到零、所有晶闸管完全关断以后才能开放另一组整流桥,否则 两组整流桥可能会同吋导通产生很大的环流,造成严重危害,因而动态响应时间相对要长些。
    (二)电动消防车无环流可泛调速糸螝
    图1.19为无环流可逆调速系统的示意图。在这个系统中有一个逻辑装置LJ,它是系统控 制核心,其任务是根据给定控制信号的极性和主电路的状态,决定哪一组整流桥导通、哪一组 封锁,以及在什么时候进行切换,并且要保证切换时的安全。
    逻辑装置必须确保系统具有以下功能:
    任何时候只允许一组整流桥有触发脉冲;
    T.作中的整流桥只有当它断流并确实关断后才能封锁其脉冲,以防整流桥可能丁作在 逆变状态因触发脉冲消失而导致逆变颠覆;
    只有当原先丁作的一组整流完全关断后才能幵放另一组整流桥,以防止环流的出现;
    为了避免电流冲击,任何一组整流桥在开放时其触发相位应使产生的整流电压平均值 与电动机的电势相对应(平衡),以防出现冲击电流。
    能满足上述要求的一种典型逻辑装置如图1. 20所示,它由信号检测、逻辑判断、限制冲击 与逻辑保护四部分所组成,可根据调速系统所要求的转矩方向来判断该由哪一组整流桥导通, 哪一组封锁。例如系统要求产生正向转矩吋电流应该为正,则应使正组整流桥触发,而对反组 的触发信号加以封锁。
    信号检测部分包括一个转矩极性鉴别器SJB和一个零电流检测器UB。转矩极性鉴别器 SJB是根据速度调节器的输出电压仏极性来判定应有的电机转矩极性。例如当正向给定速度 大于实际转速时,要求电机正向加速,需要正转矩。这时正的给定电压A > ^,两者之间的偏 差为正,经过速度调节器的反相位,输出电压% < 0,同吋将正转矩量化为1,则可通过逻 辑电路判断,使正组整流桥开放,反组封锁。而当给定速度小于实际速度时^,△仏变 负,速度调节器的反相输出%极性也就变反,表明需要反转矩(量化为〇 ),经过逻辑判断,使正 组封锁,反组开放。这个关系同样适用于反转的情况,因为反转时%和⑽值均为负。例如当要 求反向加速时I % I > I心I,而& < w,所以△ a也为负,仏则为正,它使正组封锁,反组导通, 电机产生反向转矩,正好满足反向加速的需要。零电流检测器LJB是用来检测电枢电流是否为 零,以此给出两桥安全切换的时刻。它实际上是一个电平检测器,当电枢电流为零(⑽=〇)时, LJB输出高电平1,反之输出低电平0。
    图1. 20中逻辑判断部分是由4个与非门YF!?YFt组成的。设系统起初没有T.作,主回
    路电流为零,LJB输出为1。这时YFi幵放,它的输出状态完全决定于SJB的信号。现在若是要 求电机作正向起动,由于速度调节器输出的信号认为负,SJB输出为1,则经过逻辑运算,YF3 的输出变1,而YF!的输出为0。于是正组整流桥开放、反组桥封锁,电机就正向起动。这吋电枢 中开始有了电流,LJB的输出就变0,关闭YF!,使%的极性偶然变化也不会影响后面逻辑电 路的电平。而逻辑电路靠它本身的记忆功能维持其输出状态不变,一直保持正组开放、反组封 锁,使电机在由给定电压所规定的转速下稳定正向运行。
    假设现在电动消防车速度给定信号突然降低,电机转速却由于惯性不会突变,这样速度调节器输入端 的电压偏差信号将变负,而仏将变正,这说明要求电机产生反向(制动)转矩,于是SJB的输出 由1变为0。但是只要主电路中电流没有下降到零,LJB的输出0状态不会改变,YF!就始终关 着,SJB输出的变化不会影响后面逻辑电路的状态,仍继续是正组整流桥T.作。但由于速度调 节器输出改变了极性,正组触发器的控制电压由正变负,使正组整流桥的移相角a后移大于 90°,正组整流桥就进入逆变状态,把电枢回路中(包括平波电抗器中)jT:存的能量回馈到电网,使
    主回路电流迅速衰减。这个逆变过程是由原来的那组(正组)整流桥完成的,称为本桥逆变。木桥 逆变只是反馈电磁能量,使电流下降,但电枢电流方向未反,故不会产生反向(制动)转矩。
    当主回路电流下降到零后,LJB的输出变为1,YFi开放,SJB的输出将使YF2?YB的输 出状态发生变化:幵放反组整流桥触发脉冲,封锁正组。如果不采取限制冲击电流的措施,在反 组整流桥开放时往往因^ <90°处于整流状态,其整流电压将与电动机反电势相迭加,会产生 很大的反向冲击电流。虽然通过电流调节器的作用能把反组触发脉冲推向^ > 90°,使反组桥 进入逆变状态,最后维持电枢电流在限幅值内,但电流的冲击总是不希望的。在电枢电流限幅 值下电机以恒定的减速度快速制动,直到电机转速低于速度给定值,速度调节器的输出极性又 翻转到原来的极性,SJB的输出重新变为1为止。由于反桥逆变使电机制动减速,作为逆变电势 的电机反电势不断减小,作为逆变电流的电枢电流不断减小,最终为零,又使LJB = 1,开放 YFi,从而SJB输出发生变化,整个逻辑电路又将按上述的顺序作一次切换,使正组桥重新开 放、反组桥再次封锁,电机重新进人电动运行状态,在新的给定转速下运行。
    为了防止电动消防车反组桥开始投入时处于整流状态引起冲击电流,可在反组桥幵放以前在电流调 节器的输入端加上一个从逻辑电路中引来称之为推/?信号的电压财(见图1. 20 ),使反组桥的 触发脉冲相位后移至/?= ,进人所谓待逆变状态。(之所以称为待逆变状态是因为实际上反 桥脉冲是被封锁了,桥路并没有丁作)。这样一旦逻辑线路状态翻转,触发脉冲的封锁解除,虽 职电压消失,但由于电流调节器输人端有T形阻容电路的延时作用,推_号电压不会立即消 失,而是逐渐下降。这样反组桥便是先丁作在逆变状态,其角由渐渐增大,与电机反电势 相对顶的反桥电压逐渐降低,使电枢电流平稳上升,从而避免电流冲击。
    此外,在逻辑装置中为了防止由于逻辑元件故障可能出现两个输出端均为1的情况,致使 正、反两组桥同时幵放,引起严重环流发生,还设置了所谓“多1”保护电路。此电路由与非门 YFr,YF3,YB及四个二极管所组成,当逻辑电路的两个输出皆为1时,YFd输出将变为0,使 两个输出端均变成低电位,同时封锁两组整流桥,以防止出现组间环流。
    除了采用逻辑电路控制正、反两桥使之一个下作、一个封锁以实现无环流运行的所谓“逻 辑无环流”系统以外,在实用上还有一种叫做“错位无环流”系统。在原理上它就是使反桥始终 处在/3 = 0或a = 180°的状态,此吋反桥的逆变电势在任何瞬间总是高于或等于正桥的输出 电压,不会出现环流。但为了防止在正、反桥切换的过程中出现换流失败,通常还要加一个电压 调节环。关于这种系统的详细情况请参阅有关文献。

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