有环流控制的可逆晶闸管电动机系统学习教案

1、会计学1有环流控制有环流控制(kngzh)的可逆晶闸管电动机的可逆晶闸管电动机系统系统第一页，共133页。第1页/共133页第二页，共133页。第2页/共133页第三页，共133页。置和自动控制系统。第3页/共133页第四页，共133页。（3-1）coscosmsinmd0maxmd0UUU第4页/共133页第五页，共133页。当控制角为 90，晶闸管装置(zhungzh)处于整流状态；当控制角为 90，晶闸管装置(zhungzh)处于逆变状态。 因此在整流(zhngli)状态中，Ud0 为正值；在逆变状态中，Ud0 为负值。为了方便起见，定义逆变角 = 180 ，则逆变电压公式可改写为 Ud

2、0 = Ud0 max cos（3-2） 逆变逆变(n bin)电压公式电压公式第5页/共133页第六页，共133页。-+Ud0RM+-nEV- 单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载时也可能(knng)出现整流和有源逆变状态。 a）整流状态：提升重物， 90，Ud0 E，n 0由电网(dinwng)向电动机提供能量。PId第6页/共133页第七页，共133页。+-+-Ud0RMnEV-b）逆变状态(zhungti)：放下重物 90，Ud0 E，n 0 由电动机向电网回馈能量。 PId第7页/共133页第八页，共133页。n- nIdTe提升放下(gngzu)于第4象限。TL图4

3、-3 单组V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变(n bin)状态 第8页/共133页第九页，共133页。第9页/共133页第十页，共133页。图4-4 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态R-+Ud0 fM+-nEVF-a)正组整流电动运行 PId第10页/共133页第十一页，共133页。第11页/共133页第十二页，共133页。b) 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的反组逆变状态+-+-Ud0rRMnEVR-PId第12页/共133页第十三页，共133页。Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动c) 机械特性(txng)运行范围 整流状态： V-M系统(xtng)工作

4、在第一象限。 逆变状态： V-M系统(xtng)工作在第二象限。第13页/共133页第十四页，共133页。第14页/共133页第十五页，共133页。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回馈发电电晶闸管工作的组别和状态正组整正组整流流反组逆变反组逆变反组整流反组整流正组逆正组逆变变机械特性所在象限一一二二三三四四第15页/共133页第十六页，共133页。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，实际采用的容量可以小一些。第16页/共133页第十七页，共133页。下图中所示。下

5、图中所示。第17页/共133页第十八页，共133页。图3-5 反并联可逆V-M系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-IdIcIc 环流(hun li)Id 负载电流 第18页/共133页第十九页，共133页。能的影响。第19页/共133页第二十页，共133页。第20页/共133页第二十一页，共133页。第21页/共133页第二十二页，共133页。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，另一组则工作在逆变状态。第22页/共133页第二十三页，共133页。 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(qing p)让反组处于逆变状态

6、，且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 Ud0r = Ud0f 由式（3-1）， Ud0f = Ud0 max cosf Ud0f = Ud0 max cosr其中 f 和r 分别为VF和VR的控制角。第23页/共133页第二十四页，共133页。 由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样(yyng)的，因此，当直流平均环流为零时，应有 cos r = cos f或 r + f = 180 （3-3）如果反组的控制用逆变角 r 表示，则 f = r （3-4） 第24页/共133页第二十五页，共133页。第25页/共133页第二十六页

7、，共133页。使两组触发装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。第26页/共133页第二十七页，共133页。图3-6 = 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(pih)控制电路第27页/共133页第二十八页，共133页。 在如图电路(dinl)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。 ccUUcU第28页/共133页第二十九页，共133页。第29页/共133页第三十页

8、，共133页。图3-7 配合(pih)控制移相特性 = 移相控制(kngzh)特性（续） - UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1第30页/共133页第三十一页，共133页。待逆变状态 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(dinnng)回馈电网，确切地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。逆变状态 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，一旦电机反电动势 E |Ud0r| = |Ud0f|，整流组电流将被截止，逆变组才

9、真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能(dinnng)通过逆变组回馈电网。第31页/共133页第三十二页，共133页。第32页/共133页第三十三页，共133页。 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“逆变颠覆”现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角min保护。与此同时，对 角也实施 min 保护，以免出现 Ud0f Ud0r 而产生(chnshng)直流平均环流。通常取30minmin第33页/共133页第三十四页，共133页。环流是自然存在的，因此配合环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作自控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。然环

10、流系统。第34页/共133页第三十五页，共133页。目的只是为了绘制波形简单。目的只是为了绘制波形简单。第35页/共133页第三十六页，共133页。图3-9 配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流 a) 三相零式可逆线路和瞬时脉动环流回路 -Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVRIdIcp第36页/共133页第三十七页，共133页。 三相零式反并联的电压(diny)波形d) 瞬时电压(diny)差和瞬时脉动环流波形 b)整流电压(diny)波形 c) 逆变电压波形 abcaud0r0w tp2 pUd0rw tIcpicpud0f ud0fw tabca0p2 pUd0f0ru

11、d0第37页/共133页第三十八页，共133页。第38页/共133页第三十九页，共133页。差所产生的直流平均环流(hun li)在性质上是根本不同的。第39页/共133页第四十页，共133页。载额定电流的5%10%来设计。第40页/共133页第四十一页，共133页。电流，使 Lc1 铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的 Lc2 限制环流。同理，当反组VR整流(zhngli)时，只能依靠 Lc1限制环流。第41页/共133页第四十二页，共133页。l 在三相桥式反并联(bnglin)可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联(bnglin)的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。12MVFVRabcABC

12、-第42页/共133页第四十三页，共133页。MVFVRabcABCabc-第43页/共133页第四十四页，共133页。3.1.3 转速制动过程(guchng)的分析1. = 配合控制的有环流可逆V-M系统（1） 系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-第44页/共133页第四十五页，共133页。 主电路(dinl) 主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路(xinl)，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

13、制触发， 反转时，VR整流； 正转时，VR逆变。第45页/共133页第四十六页，共133页。转速反馈：正转时， Un=“-”，反转时， Un=“+”。第46页/共133页第四十七页，共133页。第47页/共133页第四十八页，共133页。 控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，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(zh dn)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 。第48页/共133页第四十九页，共133页。 rmin180o 0o- UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmi

14、n rmin r fCTRCTFUc1第49页/共133页第五十页，共133页。n反转时： l 0， r 90，VR整流： Ud0r =“+”；lUc 0， f 0， f 90，VF整流： Ud0f =“+”；l 0， r 90，VR逆变： Ud0r =“-”。第50页/共133页第五十一页，共133页。 AR =“-” VR逆变(n bin)cU电动机正向运行VF整流第51页/共133页第五十二页，共133页。+ - - - -+Id有环流系统正向运行(ynxng)过程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFK

15、R+-Pn第52页/共133页第五十三页，共133页。第53页/共133页第五十四页，共133页。ACR输出跃变成负限幅值 -Ucm ；VF由整流状态很快变成的逆变状态，同时反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。第54页/共133页第五十五页，共133页。d0rd0fdddUUEtIL大部分能量(nngling)通过 VF 回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。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的变化，其波形图见图4-10中的阶段 I 。第55页/共133页第五十六页，共133页。MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2

16、Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+-第56页/共133页第五十七页，共133页。它组逆变子阶段；反向减流子阶段。第57页/共133页第五十八页，共133页。d0rd0fdddUUEtILtILddd第58页/共133页第五十九页，共133页。第59页/共133页第六十页，共133页。+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+Id-第60页/共133页第六十一页，共133页。0dddtILd0rd0fUUE第61页/共133页第六十二页

17、，共133页。程中的主要阶段。第62页/共133页第六十三页，共133页。+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+-第63页/共133页第六十四页，共133页。电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。第64页/共133页第六十五页，共133页。+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+-0000000-第65页/共13

18、3页第六十六页，共133页。tttOOOId n Uc I II1II2II3-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(gud)过程波形第66页/共133页第六十七页，共133页。适用于要求快速正反转的系统。第67页/共133页第六十八页，共133页。MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+Id-+-+-00-+-+-+-第68页/共133页第六十九页，共133页。IdL Id n Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1

19、 ttIVVVIt5 t6 -Idm -IdL n* -n* 第69页/共133页第七十页，共133页。动环流的无环流控制可逆系统。动环流的无环流控制可逆系统。第70页/共133页第七十一页，共133页。 系统分类 按照实现无环流控制(kngzh)原理的不同，无环流可逆系统又有大类： 逻辑控制(kngzh)无环流系统； 错位控制(kngzh)无环流系统。 第71页/共133页第七十二页，共133页。第72页/共133页第七十三页，共133页。jing)不可能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。鉴于目前错位控制的无环流可逆系统实际应用已经(y jing)较少，本课程不再详细介绍。第73页/共13

20、3页第七十四页，共133页。 本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。 （1）系统的组成）系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下(yxi)简称简称“逻辑无环流系统逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：第74页/共133页第七十五页，共133页。 逻辑(lu j)控制无环流系统结构图3-11 逻辑控制无环流可逆调速系统(xtng)原理框图 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1AC

21、R+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+第75页/共133页第七十六页，共133页。GTF，2ACR控制反组触发装置GTR；第76页/共133页第七十七页，共133页。开放，Ublr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。第77页/共133页第七十八页，共133页。 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR+-+-+-+-第78页/共133页第七十九页，共133页。 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-U

22、iU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+-第79页/共133页第八十页，共133页。因此，应选择转矩信号作为因此，应选择转矩信号作为DLC的输入信号。的输入信号。第80页/共133页第八十一页，共133页。要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为DLC的另一个输入信号。第81页/共133页第八十二页，共133页。种状态：lVF开放 Ublf = 1，VF封锁 Ublf = 0；lVR开放 Ublr = 1，VR封锁 Ublr = 0。第82页/共133页第八十三页，共133页。确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通

23、。第83页/共133页第八十四页，共133页。第84页/共133页第八十五页，共133页。电平电平检测检测逻辑逻辑判断判断延时延时电路电路连锁连锁保护保护Ui0U*iUblfUblr第85页/共133页第八十六页，共133页。 无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任务是：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，封锁(fn su)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(fn su)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。 第86页/共133页第八十七页，共133页。图4-12 逻辑(lu j)控制切换程序流程

24、图 开始 Ui*极性变化？电流过零？发出逻辑切换指令封锁延时tdbl封锁本组脉冲开放延时tdt开放它组脉冲继续开放本组脉冲互锁保护NNYY第87页/共133页第八十八页，共133页。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。第88页/共133页第八十九页，共133页。图3-13 逻辑选触无环流(hun li)可逆系统的原理框图第89页/共133页第九十页，共133页。第90页/共133页第九十一页，共133页。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt-n* IVVVIt5 t6 -Idm -IdL 电流换向死区第91页/共133页第九十二页，共

25、133页。n换向死区，影响n过渡过程的快速性。第92页/共133页第九十三页，共133页。第93页/共133页第九十四页，共133页。图3-16 PWM可逆直流调速系统(xtng)原理图第94页/共133页第九十五页，共133页。第95页/共133页第九十六页，共133页。第96页/共133页第九十七页，共133页。结合的办法。第97页/共133页第九十八页，共133页。实现(shxin)双极式可逆控制。第98页/共133页第九十九页，共133页。间约需5s或更小些。第99页/共133页第一百页，共133页。第100页/共133页第一百零一页，共133页。速，则要采用弱磁调速的方速，则要采用弱

26、磁调速的方法，通过降低励磁电流，以法，通过降低励磁电流，以减弱磁通来提高转速。减弱磁通来提高转速。第101页/共133页第一百零二页，共133页。因为励磁磁通不变，容许的转因为励磁磁通不变，容许的转矩也不变，称作矩也不变，称作“恒转矩调速恒转矩调速方式方式”。第102页/共133页第一百零三页，共133页。第103页/共133页第一百零四页，共133页。的负载来决定。第104页/共133页第一百零五页，共133页。 1:3 1:4 。第105页/共133页第一百零六页，共133页。第106页/共133页第一百零七页，共133页。 电枢电压与励磁配合(pih)控制特性TeNnNnmax变电压调速

27、弱磁调速UNUPPTeUnO图3-17 变压与弱磁配合(pih)控制特性第107页/共133页第一百零八页，共133页。第108页/共133页第一百零九页，共133页。上升。上升。第109页/共133页第一百一十页，共133页。 独立(dl)控制励磁的调速系统结构-AFR+GTFCUif-VFCU*ifRP2MTGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE+TGM第110页/共133页第一百一十一页，共133页。第111页/共133页第一百一十二页，共133页。第112页/共133页第一百一十三页，共133页。第113页/共133页第一百一十四页，共133页。第114页/共133页第一百一十五页，共133页。第115页/共133页第一百一十六页，共133页。TVDAE图3-18 非独立控制(kngzh)励磁的调速系统TGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i-UcTAVM-UdIdUPE-AFR+GTFCUif+VFCU*if+RP2AERUi-U*eUeTAFCUvTGM第116页/共133页第一百一十七页，共133页。第117页/共133页第一百一十八页，共133页。E 第118页/共133页第一百