电力拖动自动控制系统第四章答案

1、 可逆调速系统和位置随动系统 第第 4 章章自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-292 本章在前三章的基础上进一步探讨可本章在前三章的基础上进一步探讨可逆调速系统和位置随动系统。考虑到大多逆调速系统和位置随动系统。考虑到大多数学校教学学时的限制和电气工程及其自数学校教学学时的限制和电气工程及其自动化专业的一般教学需求，本课件选择可动化专业的一般教学需求，本课件选择可逆调速系统为主要内容。逆调速系统为主要内容。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2934.1 可逆直流调速系统可逆直流调速系统内容提要内容提要n问题的提出问

2、题的提出n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n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n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n有环流可逆调速系统有环流可逆调速系统n无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2944.1.0 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有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地转，又能反转，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，需要有四象

3、限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统可逆的调速系统。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-295 改变电枢电压的极性，或者改变励改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。旋转方向，这本来是很简单的事。 然而当电机采用电力电子装置供电然而当电机采用电力电子装置供电时，由于时，由于电力电子器件的单向导电性电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。逆电力电子装置和自动控制系统。自动化与信息工程

4、学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2964.1.1 微机控制的微机控制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统 中、小功率的可逆直流调速系统多采用中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器。其中功率开关器件采用变换器。其中功率开关器件采用 IGBT ，在小容量系统中则可用将，在小容量系统中则可用将IGBT、续、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块封装在一起的智能功率模块IPM。 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电

5、气工程系2022年4月29日7桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器 可逆可逆PWM变换器主电路有多种形式，变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称最常用的是桥式（亦称H形）电路，如形）电路，如图图1-20所示。所示。 这时，电动机这时，电动机M两端电压的极性随两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆用的双极式控制的可逆PWM变换器。变换器。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工

6、程系2022年4月29日8+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图图1-18 桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器n H形主电路结构形主电路结构自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022年4月29日9n 双极式控制方式双极式控制方式（1）正向运行：）正向运行：n第第1阶段，在阶段，在 0 t ton 期间，期间， Ug1 、 Ug4为正，为正， VT1 、 VT4导通，导通， Ug2 、 Ug3为负，为负，VT2 、 VT3截止，电流截止，电流 id 沿回路沿回路

7、1流通，电动机流通，电动机M两端电压两端电压UAB = +Us ；n第第2阶段，在阶段，在ton t T期间，期间， Ug1 、 Ug4为负，为负， VT1 、 VT4截止，截止， VD2 、 VD3续流，续流， 并钳位使并钳位使VT2 、 VT3保保持截止，电流持截止，电流 id 沿回路沿回路2流通，电动机流通，电动机M两端电压两端电压UAB = Us ；自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022年4月29日10n 双极式控制方式（续）（2）反向运行：）反向运行：n第第1阶段，在阶段，在 0 t ton 期间，期间， Ug2 、 Ug3为负，为负，VT2 、 VT3

8、截止，截止， VD1 、 VD4 续流，并钳位续流，并钳位使使 VT1 、 VT4截止，电流截止，电流 id 沿回路沿回路4流通，流通，电动机电动机M两端电压两端电压UAB = +Us ；n第第2阶段，在阶段，在ton t T 期间，期间， Ug2 、 Ug3 为正，为正， VT2 、 VT3导通，导通， Ug1 、 Ug4为负，使为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流保持截止，电流 id 沿回路沿回路3流通，电动流通，电动机机M两端电压两端电压UAB = Us ；自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022年4月29日11n 输出波形输出波形U, iUdEid+Us

9、ttonT0-UsOb) 正向电动运行波形正向电动运行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsOc) 反向电动运行波形反向电动运行波形自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022年4月29日12n 输出平均电压输出平均电压 双极式控制可逆双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为变换器的输出平均电压为（1-19） 如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中 = 2 1 （1-20）注意：注意：这里这里 的计算公式与的计算公式与不可逆变换器中的公式不可逆变换

10、器中的公式就不一样了。就不一样了。sonsonsond) 12(UTtUTtTUTtU 占空比，占空比， = ton / T = ton f = Ud / Us为为PWM电压系数电压系数自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022年4月29日13n 调速范围调速范围 调速时，调速时， 的可调范围为的可调范围为01， 1 0.5时，时， 为正，电机正转；为正，电机正转；n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自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2945c）机械特性范围）机械特性范围Id

11、-Idn反组逆变反组逆变回馈制动回馈制动正组整流正组整流电动运动电动运动c) 机械特性运行范围机械特性运行范围 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。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29464. 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。同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组

12、晶闸管装置的反并联，就这样，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。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闸管装置和电机的工作状态列于表4-1中。中。 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2947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系统的工作状态系统的工作状态正向运行正向运行正向制动正向制动反向运行反向运行反向制动反向制动电枢端电压极性电枢端电压极性+电枢电流极性电枢电流极性+电机旋转方向电机旋转方向+电机运行状

13、态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晶闸管工作的组别和状态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械特性所在象限机械特性所在象限一一二二三三四四自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2948 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速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，正组提供电动运行所需的整流供电，反组

14、只提供逆变制动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，同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。以小一些。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2949三三. 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n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，如果两组装置的整流电压同时出系统，如果两组装置的

15、整流电压同时出现，便会产生现，便会产生不流过负载而直接在两组不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，称作环流，如下图中所示。如下图中所示。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2950图图4-5 反并联可逆反并联可逆V-M系统中的环流系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- - 环流的形成环流的形成IdIcIc 环流环流Id 负载电流负载电流 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2951 环流的危害和利用环流的危害和利用n危害：危害：一般地说，这样的

16、环流对负载无益，徒一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环然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，因此应该予以抑流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。制或消除。n利用：利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管管的安全工作，可以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装置的电流连续区，以避免电流工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。断续引起的非

17、线性对系统性能的影响。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2952 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：稳定工作时出现的环流，其中又有两类：n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由晶闸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。电压所产生的环流称作直流平均环流。n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两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压

18、波形不同，瞬时电压差仍会压差为零，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。产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2953环流的分类（续）环流的分类（续）（2）动态环流）动态环流仅在可逆仅在可逆V-M系统处于系统处于过渡过程中出现的环流。过渡过程中出现的环流。 这里，主要分析静态环流的形成原因，这里，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。并讨论其控制方法和抑制措施。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29542. 直流平均环流与配合控制直流平均

19、环流与配合控制 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，如系统中，如果让正组果让正组VF 和反组和反组VR都处于整流状态，两组的都处于整流状态，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。为了防止直流平均环流的产生，需要采均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：取必要的措施，比如：n采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允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；许一组晶闸管装置工作；n采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，

20、另一组则工作在逆变状态。在整流状态，另一组则工作在逆变状态。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2955（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，处于整流状态时，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且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压压“顶住顶住”，则直流平均环流为零。于是，则直流平均环流为零。于是 Ud0r = Ud0f 由式（由式（4-1），）， Ud0f = Ud0 max cos f Ud0r = Ud0 max

21、 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。coscosmsinmd0maxmd0UUU自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2956 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） 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学

22、院电气工程系2022-4-2957 由此可见，按照式（由此可见，按照式（4-4）来控制就）来控制就可以消除直流平均环流，这称作可以消除直流平均环流，这称作 = 配合控制。为了更可靠地消除直流平均配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用环流，可采用 f r （4-5） （既是逆变电压大于整流电压！）（既是逆变电压大于整流电压！）自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2958（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装置的触发脉冲零位都定在90，即，即n当控制电压当控制电压 U

23、c= 0 时，使时，使 f = r = 90，此此时时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停止状态。，电机处于停止状态。n增大控制电压增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装移相时，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。置的控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。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2959图图4-6 = 配合控制电路配合控制电路GTF-正组触发装置正组触发装置 GTR-反组触发装置反组触发装置 AR-反号器反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUc

24、RaM（3） = 配合控制电路配合控制电路自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2960 在如图电路中，用同一个控制电在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触发装置，正组触发压去控制两组触发装置，正组触发装置装置GTF由由 Uc 直接控制，而反组触直接控制，而反组触发装置发装置GTR由由 控制，控制， 是是经过反号器经过反号器AR后获得的。后获得的。 ccUUcU自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2961（4） = 配合控制特性配合控制特性 = 配合控制系统的移相控制特性示配合控制系统的移相控制特性示于下图。移相时，

25、如果一组晶闸管装置于下图。移相时，如果一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态，处于整流状态，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的。这是指控制角的工作状态而言的。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2962图图4-7 配合控制移相特性配合控制移相特性 = 移相控制特性（续）移相控制特性（续） - UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2963（5） = 控制的控制的工作状态工作状

26、态待逆变状态待逆变状态 实际上，这时逆变组除环流外并实际上，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于说，它只是处于“待逆变状态待逆变状态”，表示该组晶闸管，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。装置是在逆变角控制下等待工作。逆变状态逆变状态 只有在制动时，当发出信号改变控只有在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势一旦电机反电动势 E |Ud0r| = |Ud0f|，整流组电流将，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆

27、变工作，使电机产生被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2964 = 控制的控制的工作状态（续）工作状态（续）n待整流状态待整流状态 同样，当逆变组工作时，同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于另一组也是在等待着整流，可称作处于“待待整流状态整流状态”。 所以，在所以，在 = 配合控制下，负载电配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，到正向）平滑过渡，在任何时候，

28、实际在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组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则处于等待工作的状态。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2965（6）最小逆变角限制）最小逆变角限制 为了防止晶闸管装置在逆变状态工作为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆逆变颠覆变颠覆”现象，必须在控制电路中采用限现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角幅作用，形成最小逆变角 min保护。与此保护。与此同时，对同时，对 角也实施角也实施 min 保护，以免出现保护，以免出现

29、Ud0f Ud0r 而产生直流平均环流。通常取而产生直流平均环流。通常取30minmin自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29663. 瞬时脉动环流及其抑制瞬时脉动环流及其抑制（1） 瞬时的脉动环流产生的原因：瞬时的脉动环流产生的原因： 采用配合控制已经消除了直流平均环采用配合控制已经消除了直流平均环流，但是，由于晶闸管装置的输出电压流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，造成整流与逆变电压波形上是脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压的情况，从的差异，仍会出现瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这个瞬时而仍能产生瞬时的脉动

30、环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此脉动环流是自然存在的，因此配合控制配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统有环流可逆系统又称作自然环流系统。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2967（2）瞬时脉动环流产生情况举例）瞬时脉动环流产生情况举例 瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制角的不同而异。因控制角的不同而异。 现以现以 f = r = 60为例，分析三相为例，分析三相零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况，这里采用零式线路的目的只是的情况，这里采用零式线路的目的只是为了绘制波形简单

31、。为了绘制波形简单。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2968图图4-9 配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流 a) 三相零式可逆线路三相零式可逆线路和瞬时脉动环流回路和瞬时脉动环流回路 -Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVR 三相零式反并联可逆线路三相零式反并联可逆线路IdIcp（a）自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2969 三相零式反并联的电压波形三相零式反并联的电压波形d) 瞬时电压差和瞬时电压差和瞬时脉动环流波形瞬时脉动环流波形 b)整流电

32、压波形整流电压波形 c) 逆变电压波形逆变电压波形 abcaud0r0w tp2pUd0rw tIcpicp ud0af ud0fw tabca0p2pUd0f0ar ud0图图4-9自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2970 瞬时脉动环流的产生瞬时脉动环流的产生 正组整流电压和反组逆变电压之间的正组整流电压和反组逆变电压之间的瞬时电压差，瞬时电压差， ud0 = ud0f ud0r 其波形绘于图其波形绘于图4-9d。由于这个瞬时电。由于这个瞬时电压差的存在，便在两组晶闸管之间产生压差的存在，便在两组晶闸管之间产生了瞬时脉动环流了瞬时脉动环流 icp，也

33、绘在图，也绘在图4-9d中。中。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2971 瞬时脉动环流的直流分量瞬时脉动环流的直流分量 由于晶闸管的内阻很小，环流回路由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以不能突变，并的阻抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于且落后于 ud0 ；又由于晶闸管的单向导；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流分量脉动环流也有直流分量 Icp （见图（见图4-9d），），但与平均电压差所产生的直流平均环流但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。在性

34、质上是根本不同的。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2972（3）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，或称均衡电抗器，或称均衡电抗器，如图如图4-9a中的中的 Lc1和和 Lc2 。 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定电流的的直流分量限制在负载额定电流

35、的5%10%来设计。来设计。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2973 环流电抗器的设置环流电抗器的设置 三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。n例如：例如： 在图在图 4-9a 中当正组中当正组VF整流时，流过负载整流时，流过负载电流，使电流，使 Lc1 铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的的 Lc2 限制环流。

36、限制环流。同理，当反组同理，当反组VR整流时，只能依靠整流时，只能依靠 Lc1限制环流。限制环流。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2974l 在三相桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条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，总共要设置并联的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。个环流电抗器。12MVFVRabcABC-环流电抗器的设置（续）环流电抗器的设置（续）自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2975M MVFVFVRVRa ab bc cA AB BC Caabbcc- 环流电抗器

37、的设置（续）环流电抗器的设置（续）l在三相桥式交叉连接可逆线路中，由于电源在三相桥式交叉连接可逆线路中，由于电源独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置要设置2 2个环流电抗器。个环流电抗器。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2976四四. = 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1. 系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系

38、2022-4-2977 主电路主电路 主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联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：的可逆线路，其中： 正组晶闸管正组晶闸管VF，由，由GTF控制触发，控制触发， 正转时，正转时，VF整流；整流； 反转时，反转时，VF逆变。逆变。 反组晶闸管反组晶闸管VR，由，由GTR控制触发，控制触发， 反转时，反转时，VR整流；整流； 正转时，正转时，VR逆变。逆变。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2978 给定与检测电路（转速）给定与检测电路（转速） 根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、根据可逆系统正反向运行的

39、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。这里和负的极性。这里n给定电压：正转时，给定电压：正转时，KF闭合，闭合， U*n=“+”； 反转时，反转时，KR闭合，闭合， U*n=“-”。n转速反馈：正转时，转速反馈：正转时， Un=“-”， 反转时，反转时， Un=“+”。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2979 给定与检测电路（电流）给定与检测电路（电流）电流反馈电压：电流反馈电压：n正转时，正转时，Ui =“+”；n反转时，反转时，Ui =“-”。注意：注意：由于电流反馈应能否反

40、映极性，因由于电流反馈应能否反映极性，因此图中的电流互感器需采用此图中的电流互感器需采用直流电流互直流电流互感器感器或或霍尔变换器霍尔变换器，以满足这一要求。，以满足这一要求。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2980 控制电路控制电路 控制电路采用典型的转速、电流控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：双闭环系统，其中：转速调节器转速调节器ASR控制转速，设置双向输出控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制限幅电路，以限制最大起制动电流最大起制动电流；电流调节器电流调节器ACR控制电流，设置双向输出控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制限幅电路，以

41、限制最小控制角最小控制角 min 与与最小逆最小逆变角变角 min 。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29812. 控制方式控制方式 采用同步采用同步信号为锯齿波信号为锯齿波的触发电路时，的触发电路时，移相控制特性移相控制特性是线性的，两是线性的，两组触发装置的组触发装置的控制特性如图控制特性如图所示。所示。 rmin180o 0o- UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2982n反转时：反转时： l 0， r 90，

42、VR整流：整流： Ud0r =“+”；lUc 0， f 0， f 90，VF整流整流： Ud0f =“+”；l 0， r 90，VR逆变：逆变： Ud0r =“-”。n停转时：停转时：Uc = 0， r = f = 90， Ud0f = Ud0r = 0。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2983 AR =“-” VR逆变逆变3. 工作过程工作过程n正向运行过程：正向运行过程：KF闭合，闭合， U*n=“+” U*i=“-” Uc =“+”cU电动机正向运行电动机正向运行VF整流整流 注意：注意：ASR、ACR、转速反馈为反号转速反馈为反号自动化与信息工

43、程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2984正向运行过程系统状态正向运行过程系统状态+ - - - -+Id有环流系统正向运行过程有环流系统正向运行过程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -Pn自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2985n 制动过程制动过程 整个制动过程可以分为两个主要阶整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：为： I. 本组逆变阶段；本组逆变阶段； II.它

44、组制动阶段。它组制动阶段。 现以正向制动为例，说明有环流可现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。逆调速系统的制动过程。 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2986I. I. 本组逆变阶段（本组逆变阶段（VF:VF:整流状态整流状态逆变状态逆变状态) ) 在这阶段中，电流由正向负载电流下在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组正组VFVF流通，具体过程如下：流通，具体过程如下：l发出停车（或反向）指令后，转速给定电压发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；突变为

45、零（或负值）；lASRASR输出跃变到正限幅值输出跃变到正限幅值 + +U U* *imim ；lACRACR输出跃变成负限幅值输出跃变成负限幅值 - -U Ucmcm ；lVFVF由整流状态很快变成的逆变状态，同时反由整流状态很快变成的逆变状态，同时反组组VRVR由待逆变状态转变成待整流状态。由待逆变状态转变成待整流状态。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2987l在在VF-M回路中，由于回路中，由于VF变成逆变状态，极变成逆变状态，极性变负，而电机反电动势性变负，而电机反电动势 E 极性未变，迫使极性未变，迫使电流迅速下降，主电路电感迅速释放储能，电

46、流迅速下降，主电路电感迅速释放储能，企图维持正向电流，这时企图维持正向电流，这时d0rd0fdddUUEtIL 大部分能量通过大部分能量通过 VF 回馈电网，所以称回馈电网，所以称作作“本组逆变阶段本组逆变阶段”。由于电流的迅速下降，。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化，其波形图见图的变化，其波形图见图4-10中的阶段中的阶段 I 。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2988tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL -

47、Ucm E 图图4-10 配合控制有配合控制有环流可逆直流调速环流可逆直流调速系统正向制动过渡系统正向制动过渡过程波形过程波形自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2989本组逆变过程系统状态本组逆变过程系统状态MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2990.它组制动阶段它组制动阶段 当主电路电流下降过零时，本组逆变当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第终

48、止，第 I 阶段结束，转到反组阶段结束，转到反组 VR 工作，工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称过程结束，统称“它组制动阶段它组制动阶段”。 它组制动阶段又可分成三个子阶段：它组制动阶段又可分成三个子阶段：l它组它组建流建流“子阶段子阶段”；l它组它组逆变逆变“子阶段子阶段”；l反向反向减流减流“子阶段子阶段”。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2991l 它组建流子阶段它组建流子阶段 （1）Id 过零并反向，直至到达过零并反向，直至到达 - Idm 以前，以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为

49、并未脱离饱和状态，其输出仍为-Ucm 。这时，这时，VF和和 VR 输出电压的大小都和本组逆输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，化延缓， 的数值略减，使的数值略减，使d0rd0fdddUUEtILtILddd自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2992（2）反组）反组VR由由“待整流待整流”进入整流，向主进入整流，向主电路提供电路提供 Id 。 由于反组整流电压由于反组整流电压 Ud0r 和反电动势和反电动势 E 的极性相同，反向电流很快增长，电机处的极性相同，反向电流很快增长，电机处

50、于反接制动状态，转速明显地降低，因此，于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作又可称作“它组反接制动状态它组反接制动状态”。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2993tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 图图4-10 配合控制有配合控制有环流可逆直流调速环流可逆直流调速系统正向制动过渡系统正向制动过渡过程波形过程波形自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2994反接制动过程系统状态反接制动过程系统状态+ -MVRVF-1ARGTR

51、GTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+Id- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2995l它组逆变子阶段它组逆变子阶段 当反向电流达到当反向电流达到 Idm 并略有超调时，并略有超调时，ACR输出电压输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而回到逆变状态，而 VF 变成待整流状态。变成待整流状态。此后，在此后，在ACR的调节作用下，力图维持的调节作用下，力图维

52、持接近最大的反向电流接近最大的反向电流 Idm ，因而，因而0dddtILd0rd0fUUE自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2996tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 图图4-10 配合控制有配合控制有环流可逆直流调速环流可逆直流调速系统正向制动过渡系统正向制动过渡过程波形过程波形自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2997 电机在恒减速条件下回馈制动，把电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过动能转换成电能，

53、其中大部分通过 VR 逆变回馈电网，过渡过程波形为图逆变回馈电网，过渡过程波形为图4-10中的第中的第 II2 阶段，称作阶段，称作“它组回馈制动它组回馈制动阶段阶段”或或“它组逆变阶段它组逆变阶段”。 由图可见，这个阶段所占的时间最由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过程中的主要阶段。长，是制动过程中的主要阶段。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2998 它组回馈制动过程系统状态它组回馈制动过程系统状态+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - -

54、 - -+0+-+ Id+-+- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-2999l反向减流子阶段反向减流子阶段 在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持 -Idm，于是电流立即衰减。，于是电流立即衰减。 在电流衰减过程中，电感在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压支持上的感应电压支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。逆变回馈电网。 如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。

55、自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29100+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+- 反向减流过程系统状态反向减流过程系统状态0000000- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29101tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 图图4-10 配合控制有配合控制有环流可逆直流调速环流可逆直流调速系

56、统正向制动过渡系统正向制动过渡过程波形过程波形自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29102n 反向起动反向起动 如果需要在制动后紧接着反转，如果需要在制动后紧接着反转， Id = -Idm的过程就会延续下去，直到反向的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。转速稳定时为止。 由于由于正转制动正转制动和和反转起动反转起动的过程完全的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，可逆调速系统的优点，适用于要求快速正适用于要求快速正反转的系统。反转的系统。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院

57、电气工程系2022-4-29103MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+反向起动过程系统状态反向起动过程系统状态Id-+-+-00-+-+-+- -自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29104IdL Id n Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttIVVVIt5 t6 -Idm -IdL n* -n* 有环流系统可逆运行曲线有环流系统可逆运行曲线自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-

58、291054.1.3 无环流控制的可逆晶闸管无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统电动机系统 n概述概述 有环流可逆系统虽然具有反向快、有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但是要设置几个环流过渡平滑等优点，但是要设置几个环流电抗器。因此，当工艺过程对系统正反电抗器。因此，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，特别转的平滑过渡特性要求不很高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。流控制可逆系统。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系202

59、2-4-29106 系统分类系统分类 按照实现无环流控制原理的不同，无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：环流可逆系统又有大类：l 逻辑控制无环流系统；逻辑控制无环流系统；l 错位控制无环流系统。错位控制无环流系统。 自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29107 控制原理控制原理l逻辑控制的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，用逻辑电路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（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，

60、以确保两组晶闸管不同时工作，从状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。制的无环流可逆系统。自动化与信息工程学院电气工程系自动化与信息工程学院电气工程系2022-4-29108l 错位控制的无环流可逆系统错位控制的无环流可逆系统 在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是 r + f = 300 ，甚至是，甚至是 r + f = 360 ，也就是，也就是说，初始相位整定在说，初始相位整定在 r