（推荐）可逆直流调速系统

1、1,可逆调速系统位置随动系统 （自学）,第 4 章,2,可逆直流调速系统,问题的提出 晶闸管-电动机系统的可逆线路 晶闸管-电动机系统的回馈制动（重点理解） 两组晶闸管可逆线路中的环流（注重概念） 有环流可逆调速系统（重点内容） 无环流可逆调速系统,内容提要,3,问题的提出,生产机械要求电动机能正转、反转。 要求快速地起动和制动，电力拖动系统具有四象限运行的特性，即需要可逆的调速系统。,4,电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置。 常用的可逆电力电子装置： PWM可逆直流调速系统 晶闸管-电动机可逆直流调速系统,5,4、1单片微机控制的PWM可逆直流调速系统,中、小功率的可逆直流

2、调速系统多采用桥式可逆PWM变换器。 第1.3.4 节图1-22 绘出了 PWM 可逆调速系统的主电路。,6,系统组成,图4-1 PWM可逆直流调速系统原理图,7,4 .1. 2 可逆晶闸管-电动机系统,较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统。 电机方向的改变是由于电磁转矩方向的改变 V-M系统的可逆线路有两种方式： 电枢反接可逆线路； 励磁反接可逆线路（较少应用）。,8,电枢反接可逆线路,电枢反接可逆线路主要有如下3种形式： （1）接触器切换的可逆线路（断续控制系统） （2）晶闸管切换的可逆线路 （3）两组晶闸管装置反并联可逆线路（连续控制系统）-应用较多,9,Id,b) 运行范

3、围,图4-2 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路,- n,a) 电路结构,M,VR,VF,Id,-Id,+,-,-,+,-,两组晶闸管装置反并联可逆线路,10,电动机的工作状态： 电动运行状态 制动状态（发电状态） 晶闸管整流装置的工作状态： 整流状态 控制角 90交流 直流 逆变状态 控制角 90直流 交流,1、可逆V-M系统的工作状态分析,11,两组晶闸管装置的可逆运行模式：,正组VF整流正向电动运行(I) 反组VR逆变正向回馈制动(II) 反组VR整流反向电动运行(III) 正组VF逆变反向回馈制动(IV),可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变,12,

4、V-M系统反并联可逆线路的工作状态,13,14,1）环流的形成,不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。,2、可逆V-M系统中的环流问题,15,2）环流的危害,危害：环流对负载无益，加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，应该予以抑制或消除。,16,3）环流的分类,静态环流 直流平均环流：正组和反组都处于整流状态时，主电流的短路环流。 瞬时脉动环流：当整流电压瞬时值大于逆变电压瞬时值时，产生瞬时电压差，从而产生瞬时环流。 动态环流：仅在可逆V-M系统过渡过程中出现的环流 主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施,17,解决方法：让正组整流

5、时，反组处于逆变状态。,4）直流平均环流的消除,18,根据逆变角定义 实际工作,配合工作的实现,控制电压为零时，使整流角和逆变角都等于90度。电机处于停止状态。 增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。,19,图4-7 配合控制移相特性,- Ucm,Uc, = 配合控制特性,一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态,20, = 配合控制电路,正组触发装置GTF由 Uc 直接控制,反组触发装置GTR由-Uc 控制，,AR-反号器,21,图4-7 配合控制移相特性,- Ucm,Uc, = 配合控制特性,CTF,- Uc, f, r,180o 0o,9

6、0o,90o,22,在 = 配合控制下， 在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。,23,最小逆变角限制,24,5） 瞬时脉动环流的抑制,抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器，如图4-9a中的 Lc1和 Lc2 。 环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的5%10%来设计。,25,在三相桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。,1,2,M,VF,VR,a,b,c,A,B,C,-,环流电抗器的设置,26,3、 = 配合控制的有环流可逆V-M系统,27, 主电路,

7、主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中： 正组晶闸管VF，由GTF控制触发， 正转时，VF整流； 反转时，VF逆变。 反组晶闸管VR，由GTR控制触发， 反转时，VR整流； 正转时，VR逆变。,28,给定与检测电路,根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。 给定电压：正转时，KF闭合， U*n=“+”； 反转时，KR闭合， U*n=“-”。 转速反馈：正转时， Un=“-”， 反转时， Un=“+”。,29,电流反馈电压： 正转时，Ui =“+”； 反转时，Ui =“-”。,30,控制电路,控制电路采用典型的转速、电流双闭环

8、系统，其中： 转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流； 电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角 min 与最小逆变角 min 。,31,反转时： 0， r 90，VR整流： Ud0r =“+”； Uc 0， f 90，VF逆变： Ud0f =“-”。,正转时： Uc 0， f 90，VF整流： Ud0f =“+”； 0， r 90，VR逆变： Ud0r =“-”。,停转时：Uc = 0， r = f = 90， Ud0f = Ud0r = 0。,32,电机静止 正向起动过渡过程 正向稳定运 行（第1象限） 正向制动过渡过程（第2象限） 转

9、速为0 反向起动 过渡过程 反向稳定运行 （第3象限） 反向制动过渡过程（第4象限） 转 速为0,工作过程分析,33,正向电动 正组整流 反组待逆变,反向电动 反组整流 正组待逆变,反向制动 正组逆变,正向制动 反组逆变,A,B,C,D,n,Te,V-M系统的四象限运行,r 增大,34,正向运行过程系统状态,有环流系统正向运行过程,-,-,P,n,35, AR =“-” VR逆变,正向运行过程： KF闭合， U*n=“+” U*i=“-” Uc=“+”,电动机正向运行,VF整流, ,36,正向制动过程,整个制动过程可以分为个主要阶段 I、本组逆变阶段（第1象限） II、它组反接制动阶段（第2象

10、限） 、它组回馈制动阶段（第2象限） 、反向减流子阶段（第2象限）,它组制动阶段,37,系统制动过程过渡过程波形,-Idm,IdL,-Ucm,E,图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,38,I、本组逆变过程系统状态,Id,-,-,本组逆变阶段正组逆变、反组待整流。,系统停车时电流从+IdL到0,39,本组逆变阶段I过程分析（电流从IdL 到0 ）,发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）； ASR输出跃变到正限幅值 +U*im ； ACR输出跃变成负限幅值 -Ucm ； VF由整流状态变成逆变状态，同时反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。 主电路电感

11、迅速释放储能，大部分能量通过 VF 回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。,40,、它组建流子阶段（反接制动过程系统状态）,Id,-,-,正组待逆变、反组整流。,Ui (),（电流从0到Id）,41,（1）Id 过零并反向，直至到达 - Idm 以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为 - Ucm 。 （2）本组逆变终止，反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供 Id 。 由于反组整流电压 Ud0r 和反电动势 E 的极性相同，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。,42,、它组逆变子阶段（它组回馈制动过程系统状态）,-,-,正组待整流、反

12、组逆变。电流维持在Id。,Ui (),43,当反向电流达到 Idm 并略有超调时，ACR输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而 VF 变成待整流状态。 电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过 VR 逆变回馈电网，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。,44,M,VR,VF,-1,AR,GTR,GTF,Uc,ASR,ACR,U*n,+,-,Un,Ui,U*i,+,-,TG,Lc1,Lc2,Lc3,Lc4,TM,TA,Ld,Uc,Id,、反向减流过程系统状态,0,-,-,正组待整流、反组逆变。,Ui (),45,在这一阶

13、段，转速下降得很低，无法再维持 -Idm，于是电流立即衰减。 如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。,46,反向起动（第3象限）,如果需要在制动后紧接着反转， Id = -Idm的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。 由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统。,47, 有环流系统可逆运行曲线,本组逆变状态：电流由+IdL下降到零。它组制动状态：电流方向改变，由0到IdL。,48,作业,1、 = 配合控制的有环流可逆V-M系统， 整个制动过程可以分为哪几个阶段？请分别写出每个阶段的本组、他组晶闸管及电动机的工作状态

14、。,49,为了防止直流平均环流的产生，可采取的措施有： 采用 = 配合控制，当一组晶闸管装置工作在整流状态时，另一组工作在逆变状态，则消除了直流平均环流，但仍有脉动环流有环流系统。 采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作无环流系统。,50, 系统分类 按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统又有大类： 错位控制无环流系统； 逻辑控制无环流系统。,4.1.3 无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统,51,逻辑控制的无环流可逆系统原理 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本

15、上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。 课程设计及综合实验内容（直流调速的综合）,52,1、 逻辑控制的无环流可逆系统,（1）系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：,53, 逻辑控制无环流系统结构,图4-11 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图,54,系统结构的特点,主电路采用两组晶闸管装置反并联线路； 由于没有环流，不用设置环流电抗器； 仍保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续； 控制系统采用转速、电流双闭环方案； 电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触

16、发装置GTR；,55,为了保证不出现环流，设置了无环流逻辑控制环节DLC，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。,56,2、无环流逻辑控制环节,（1）DLC有2个输入信号： U*I 零电流信号Ui （2）DLC的输出有两种状态： VF开放 Ublf = 1，VF封锁 Ublf = 0； VR开放 Ublr = 1，VR封锁 Ublr = 0。,57,（2）电路总体结构,58,（3）无环流逻辑控制环节的实现,无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任

17、务是：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组VR工作时，封锁正组而开放反组。通常都用数字控制，如数字逻辑电路、微机软件、PLC等，用以实现同样的逻辑控制关系。,59,3、逻辑无环流系统的其他方案,在图4-11的逻辑控制无环流可逆调速系统中，采用了两个电流调节器和两套触发装置分别控制正、反组晶闸管。实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关选择一套电流调节器和触发装置工作，另一套装置就可以节省下来了。,60,逻辑选触无环流可逆系统,图4-13 逻辑选触无环流可逆系统的原理框图,61,图中：SAF，SAR分别是正、反组电子模拟开关。 采用数字控制时，电子开关的任务可以用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑选触系统。此外，触发装置可采用由定时器进行移相控制的数字触发器，或采用集成触发电路。,62,4、逻辑无环流系统的评价,优点： 省去环流电抗器，没有附加的环流损耗； 节省变压器和晶闸管装置等设备的容量； 降低因换流失败而造成的事故。 缺点：由于延时造成了电流换向死区，影响 过渡过程的快速性。,63,本章小结,本章主要讨论直流调速系统的可逆运行问题： 由于V-M系统中晶闸管的单向导电性，需要