现代运动控制系统工程411

第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器一、探讨目的主要解决限制系统时间最优制动问题。在第3章中解决了限制系统时间最优起动问题，但是没有解决时间最优制动问题，如下图所示。转速给定电枢电流实际转速2/26/20231第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器一、探讨目的所谓最优制动：在充分发挥电动机过载实力的条件下和其它条件能允许的状况下，运动物体的制动时间最短并且运动物体所削减的能量能回馈给电网或被其它用电设备回收利用。我们仿照在实现最优时间起动时限制系统的构造过程很简洁就能解决这个问题，如图所示。转速给定电枢电流实际转速2/26/20232第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器一、探讨目的转速给定电枢电流实际转速2/26/20233第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器一、探讨目的在第三章中所接受的能耗制动无法实现最优制动，缘由是：1)此能耗制动无法实现恒流制动，(制动电压随着转速的降低而下降，制动电阻不能自动变小只能有级的变小，)也就无法实现依据最大允许的制动加速度；2)能耗制动无法把能量回馈电网或回收利用。依据电机学学问和最优制动定义可知：当给定突然削减时，要实现最优制动，电枢电流必须要快速突降才能实现最优制动。那么如何让电枢电流快速突降呢？2/26/20234第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器二、探讨的核心问题为了解决电枢电流快速突降的问题，最简洁的方法是接受两组限制系统反并联的方法。如右图所示为什么接受两组限制系统反并联的方法就是解决限制系统电枢电流快速突降问题的最佳方案？-IdId2/26/20235第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器二、探讨的核心问题接受两组限制系统反并联的方法，不但能解决电枢电流快速突降的问题同时也解决了转速由高变低时的转速失控问题、振荡次数的限制问题和轻载时电流断续的问题。这种系统一般称为：反并联可逆调速系统。但是此系统假如正反两组协作不好，就会出现两套可控整流桥短路的现象发生。因此探讨可逆调速系统的核心问题就是：正反两组如何正确协作问题。2/26/20236第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器三、与前三章的主要区分第一章探讨的核心问题是限制系统构造理论问题其次、三章探讨的核心问题：如何依据限制系统构造理论设计满足生产工艺要求的限制系统。其次章主要解决如何满足生产工艺提出的静态指标要求和限制系统如何进行仿真的问题；第三章主要解决如何满足生产工艺提出的部分动态指标要求和网络组态问题。2/26/20237第四章可逆调速限制系统和全数字调速限制器三、与前三章的主要区分第四章探讨的核心问题：正反两组正确协作问题(同时解决了满足其它动态指标的要求)。目前世界各大直流调速器生产厂家所生产的四象限直流调速器都是反并联结构的。2/26/20238第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及其回馈制动一、可逆运行理论分析假如负载不变，给定电压突然降低，由于主电路的电流不能反向导致电枢电流不能快速进入第Ⅱ象限，失去了对降速过程的限制机会。那么如何让电枢电流迅速突降甚至反向呢？2/26/20239第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析尽管单纯一组晶闸管整流系统的电枢电流不能快速反向(不能进入第Ⅱ象限)，但是当电机带位能负载时，单纯一组晶闸管整流系统能由第Ⅰ象限快速进入第Ⅳ象限。2/26/202310第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析系统在第Ⅳ象限电枢电流尽管没有变更方向，但是系统处于逆变状态，整流极性发生了变更。如右图所示。2/26/202311第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析我们也很自然的想到：反向电动状态的晶闸管整流系统也能从第Ⅲ象限进入第Ⅱ象限。2/26/202312第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析从能量守恒的观点出发我们也很简洁产生了这样的一种想法：当须要制动时，为了让电机的动能快速降低，把工作在第Ⅰ象限的电动机快速让其工作在第Ⅱ象限并且处于逆变状态的反组晶闸管整流系统将能量吸取。图4-1-22/26/202313第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析这样作不但让电枢电流快速突降，也将电机降低的动能转换成电能回馈给了电网。同理，假如反向电动状态的晶闸管整流系统的电枢电流须要快速突降，可将正组晶闸管整流系统工作在第Ⅳ象限。2/26/202314第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动一、可逆运行理论分析综上所述：晶闸管整流极性与电动机的原状态相反可使电枢电流快速突降从电机拖动的理论说：晶闸管整流极性与电动机的原状态相反可使晶闸管-电动机系统能够在四个象限内快速转换运行。2/26/202315第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统四个象限运行方法依据理论分析我们已经知道：要想使电枢电流快速突降，必需快速将晶闸管整流极性与电动机的原状态相反。能够实现晶闸管可控整流器极性与电动机的原状态相反的方法有两大类：其一：变更电动机电枢极性；其二：变更电动机励磁极性。变更电动机励磁极性这种方法显然不能满足快速制动的要求，因为励磁回路的电感比较大所以惯性也比较大。常常接受的是变更电动机电枢极性的方法，实现变更电动机电枢极性的方法有如下三种：2/26/202316第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

1、有触点开关可逆线路原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：控制简洁，造价低。主要缺点是：1)正反两组切换时有死区、不能满足快速制动的要求；2)寿命低、有噪声。2/26/202317第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

1、有触点开关可逆线路原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：限制简洁，造价低。主要缺点是：1)正反两组切换时有死区、不能满足快速制动的要求；2)寿命低、有噪声。2/26/202318第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

2、无触点开关可逆线路原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：限制简洁、牢靠性较高、寿命高、无噪声。2/26/202319第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

2、无触点开关可逆线路原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：限制简洁，牢靠性较高、寿命高、无噪声。主要缺点是：正反两组切换时死区时间太长、不能满足快速制动的要求。2/26/202320第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

3、两组晶闸管反并联可逆线路最志向的方案是如右图所示选择反并联方案可逆线路的主要缘由是：1)无触点式开关换向，寿命高、无噪声；2)正反两组切换时可以实现无死区或基本无死区切换、能满足各种快速制动的要求。3)两组对称简洁实现系统集成制造，并能提高限制系统的牢靠性。2/26/202321第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法

3、两组晶闸管反并联可逆线路在具体探讨反并联可逆调速系统之前，我们应当知道晶闸管整流装置具备什么条件才能够进行回馈制动；才能进行能量吸取。从宏观能量守恒的观点分析：电动机能量降低是由于电动机对外输出了能量才会降低。电动机对外输出的能量变成了其它能量的形式，假如变成热能一般状况下这是一种奢侈；假如变成电能这是一种节能和最有效的一种储能方法。那么如何让电动机的动能变成电能呢？2/26/202322第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动三、晶闸管-电动机系统的回馈制动条件“电力电子技术”告知我们：对于电动机负载，晶闸管可控整流装置要实现有源逆变必需满足两个条件：1)内部条件：限制角α>90°，使晶闸管可控整流装置侧产生一个负的平均电压-Ud。2)外部条件：外电路必须要有一个直流电源，并且极性必需与-Ud0的极性相同，其数值应稍大于│-Ud0│，以产生和维持逆变电流。2/26/202323第一节晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动三、晶闸管-电动机系统的回馈制动条件NOTES：1)假如在两个条件中只有内部条件满足称为待逆变