可逆直流调速系统和位置随动系统

1、 Shanghai university 可逆直流调速系统和位置随动系统 第第 4 章章 Shanghai university4.1 可逆直流调速系统可逆直流调速系统内容提要内容提要 问题的提出问题的提出 晶闸管晶闸管-电动机系统的可逆线路电动机系统的可逆线路 晶闸管晶闸管-电动机系统的回馈制动电动机系统的回馈制动 两组晶闸管可逆线路中的环流两组晶闸管可逆线路中的环流 有环流可逆调速系统有环流可逆调速系统 无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统 Shanghai university问题的提出问题的提出 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而

2、且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆可逆的调速系统。的调速系统。 Shanghai university问题的提出（续）问题的提出（续）只有改变电磁转矩的方向，才能改变转速的方向。只有改变电磁转矩的方向，才能改变转速的方向。 dmdmeIKICT1. 改变电枢电流的方向改变电枢电流的方向2. 改变励磁电流的方向改变励磁电流的方向 Shanghai university一。一。 单片微机控制的单片微机控制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统 Shang

3、hai university主电路：主电路：Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 Shanghai university正反转的实现正反转的实现 调速时，调速时， PWM信号占空比信号占空比 的可调范围为的可调范围为0 1 ，使，使UPEM的输出平均电压系数的变化范围的输出平均电压系数的变化范围为为 1 0.5时，时， 为正，电机正转为正，电机正转 当当 |Ud0r|， n 0 电机输出电能实现回馈制动电机输出电能实现回馈制动。PId Shanghai university（3）机械特性范围）机械特

4、性范围图4-4c 机械特性运行范围 整流状态整流状态 V-M系统工作在第系统工作在第一象限。一象限。 逆变状态逆变状态 V-M系统工作在第系统工作在第二象限二象限。Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动O Shanghai university4. V-M系统的四象限运行系统的四象限运行 在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，就可实现电动机的四象限运行。

5、就可实现电动机的四象限运行。 归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表机的工作状态列于表4-1中。中。 Shanghai universityMVRVFId-Id+-+- - Shanghai university表表4-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态系统反并联可逆线路的工作状态 V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行反向制动电枢端电压极性+电枢电流极性+电机旋转方向+电机运行状态电动电动回馈发电回馈发电电动电动回馈发电回馈发电晶闸管工作的组别和状态正组整流正组整流反组逆变反组逆变反组整流反组整流正组逆变正组逆变机

6、械特性所在象限一一二二三三四四 Shanghai university 反并联的晶闸管装置的其他应用反并联的晶闸管装置的其他应用 即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。 这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实

7、际采用的容量可以小一些。运行的电流，实际采用的容量可以小一些。 Shanghai university三三. 可逆可逆V-M系统中的环流问题系统中的环流问题 1. 环流及其种类环流及其种类 环流的定义环流的定义 采用两组晶闸管反并联的可逆采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流的短路电流，称作环流，如下图中所示。，如下图中所示。 Shanghai university图图4-5 反并联可逆反并联可逆V-M系统中的环流系统

8、中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- 环流的形成环流的形成IdIcIc 环流Id 负载电流 Shanghai university 环流的危害和利用环流的危害和利用 危害：危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。 利用：利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基

9、本负利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。对系统性能的影响。 Shanghai university 环流的分类环流的分类 在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：在不同情况下，会出现下列不同性质的环流： （1）静态环流静态环流 两组可逆线路在一定控制角下稳定工作两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：时出现的环流，其中又有两类： 直流平均环流直流平均环流由晶闸管装置输出的直流平均电由晶闸

10、管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。压所产生的环流称作直流平均环流。 瞬时脉动环流瞬时脉动环流两组晶闸管输出的直流平均电压两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流脉动的环流，称作瞬时脉动环流。 （2）动态环流动态环流 仅在可逆仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现系统处于过渡过程中出现的环流。的环流。 Shanghai university图4-5 反并联可逆V-M系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-2. 直流平均环流与配合控制直流平均环流与

11、配合控制 Shanghai university 在两组晶闸管反并联的可逆在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组系统中，如果让正组VF 和反组和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：环流的产生，需要采取必要的措施，比如： 采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组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；晶闸管装置工作；无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统 采用配合控制的策略，使

12、一组晶闸管装置工作在整流采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。状态，另一组则工作在逆变状态。 Shanghai university（1）配合控制原理）配合控制原理 为了防止产生直流平均环流，应该当正组处为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压 顶住，则直流平均环流为零。于是顶住，则直流平均环流为零。于是 Ud0r = Ud0f Ud0f = Ud0 max cos f Ud0f = Ud0 max

13、cos r其中其中 f 和和 r 分别为分别为VF和和VR的控制角的控制角。 Shanghai university 由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有零时，应有 cos r = cos f或或 r + f = 180 （4-3）如果反组的控制用逆变角如果反组的控制用逆变角 r 表示，则表示，则 f = r （4-4） Shanghai university 由此可见，按照式（由此可见，按照式（4-4）来控制就可以消除）来控制就可以消除直流平均环流，这称作

14、直流平均环流，这称作 = 配合控制。为了配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用更可靠地消除直流平均环流，可采用 f r Shanghai university（2）配合控制方法）配合控制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在零位都定在90，即，即 当控制电压当控制电压 Uc= 0 时，使时，使 f = r = 90，此时此时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停止状态。，电机处于停止状态。 增大控制电压增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的控移相时，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

15、制电压大小相等符号相反就可以了。这样的触发控制电路示于下图。这样的触发控制电路示于下图。 Shanghai university图4-6 = 配合控制电路GTF正组触发装置 GTR 反组触发装置 AR 反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3） = 配合控制电路 Shanghai university 在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触发装置，正组触发装置GTF由 Uc 直接控制，而反组触发装置GTR由 控制， 是经过反号器AR后获得的。 ccUU-cU Shanghai university图4-7 =配合控制特性 - UcmUc90o rmin180o

16、0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fGTRGTFUc1r f（4） = 配合控制特性配合控制特性 Shanghai universityMVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -四四. = 配合控制的有环流可逆配合控制的有环流可逆V-M系统系统 Shanghai university最小逆变角限制最小逆变角限制 为了防止为了防止 “ “逆变颠覆逆变颠覆”现象，必须现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角逆变角 minmin保护。

17、与此同时，对保护。与此同时，对 角也角也实施实施 minmin 保护，以免出现保护，以免出现 直流平均环直流平均环流。流。一般取一般取30minmin Shanghai university瞬时脉动环流的抑制瞬时脉动环流的抑制 直流平均环流可以用配合控制消除，直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做抗器，叫做环流电抗器环流电抗器，或称，或称均衡电抗器。均衡电抗器。 环流电抗的大小可以按照把瞬时环流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

18、定电流的的直流分量限制在负载额定电流的510%510%来设计。来设计。 Shanghai university制动过程分析制动过程分析I IIttt000Id -Idm IdL n Uc -Ucm E III Shanghai universityI.I.本组逆变阶段本组逆变阶段II.II.它组反接制动阶段它组反接制动阶段III.III.它组逆变回馈制动阶段它组逆变回馈制动阶段 有环流控制可逆系统的优点是反向快、有环流控制可逆系统的优点是反向快、过渡过程平滑，但须设置多个环流电抗过渡过程平滑，但须设置多个环流电抗器。器。 Shanghai university五。无环流控制的可逆五。无环流控制

19、的可逆V-MV-M系统系统 当无环流控制可逆系统的一组晶闸当无环流控制可逆系统的一组晶闸管工作时，另一组被封锁，完全处管工作时，另一组被封锁，完全处于阻断状态，从根本上切断了环流于阻断状态，从根本上切断了环流通路，既没有直流平均环流，又没通路，既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流。有瞬时脉动环流。 Shanghai university 按照实现无环流控制原理的不同，无环按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统又有两大类：流可逆系统又有两大类：（1 1）逻辑控制无环流系统）逻辑控制无环流系统（2 2）错位控制无环流系统）错位控制无环流系统 Shanghai university逻辑控制的

20、无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统当一组晶闸管工作时，用逻辑当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）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，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，从根本上切组晶闸管不同时工作，从根本上切断环流的通路，这就是逻辑控制的断环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统无环流可逆系统。 Shanghai university错位控制的无环流可逆系统错位控制的无环流可逆系统 采用正反两组配合控制，但两组脉冲的关系是采用正反两组配合控制，但两组脉冲的关系是 r r + + f f = 300 = 300 ，甚至是，甚至是 r r + + f