运动控制-可逆弱磁控制的直流调速系统VIP

第3章

可逆控制的直流调速系统

8/12/2024主要内容

1、晶闸管-电动机系统的可逆线路及其环流

2、有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统

3、无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统

4、单片微机控制的PWM可逆直流调速系统8/12/2024前述章节讨论的直流调速系统具有良好的静、动态特性，但不能施加反向电压，无制动功能，不可逆。生产系统要求正反转、要求制动运行，要求机械特性在4象限运行——直流可逆调速系统。一、相控整流器-电动机的可逆系统：

1、单组晶闸管V实现电动机正反转运行：图3-2卷扬机械。

α<90°时：Ud为正，Ud0E，Te电动，V整流状态，特性运行I象限，电能→机械能（电网→电动机），重物提升。

α

90°时：Ud为负，感生反向-E，位能→电能，V逆变状态，特性运行IV象限，重物下降。

运行条件：外部条件：电动机拖动位能性负载；内部条件：控制角α在αmin~αmax（一般30°~150°）连续可调。8/12/20242、两组晶闸管可控整流器反并联可逆线路：可逆运行模式：(图3-4）产生正反两个方向的Id,实现四象限运行正组晶闸管装置VF整流—正向电动运行(I)反组晶闸管装置VR整流—反向电动运行(III)正组VF逆变—反向回馈制动(IV)反组VR逆变—正向回馈制动(II)8/12/20243、V-M系统反并联可逆线路的工作状态：

注意：不允许让两组晶闸管同时处于整流状态；

反并联V-M系统不仅用于可逆调速，也用于不可逆系统的制动，比自由停车和能耗制动的效果都好些。8/12/2024二、可逆V-M系统的环流

环流：在一定条件下（两组装置的整流电压同时出现），会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。

原因：两组晶闸管装置的输出存在电压差。

形式：直流平均环流；瞬时脉动环流

图3-5反并联可逆V-M系统中的环流8/12/2024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，因此应该予以抑制或消除。利用：合理地控制环流，保证晶闸管安全工作，即可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也能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。1、直流平均环流：

（1）环流Ic的产生：正组VF和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连,图3-5。消除方法：*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。*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，则可消除直流平均环流，但仍有脉动环流——有环流系统。8/12/2024（2）α=β配合控制：正组VF整流时强迫反组VR逆变，且Udor=-Udof,使逆变电压把整流电压顶住。由Udor=-Udof

→αf=βr

→Ic=0讨论：I）α=β配合控制下，始终是一组整流装置工作，另一组不工作（“待”工作状态）；

II）两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°；即：

Udor=Udof=0时，α=β=90°见图3-6III）工程上为更可靠消除直流平均电流，采用αf

βr

IV)

逆变颠覆：晶闸管整流装置在逆变状态工作中由于逆变角β太小而导致换流失败的现象。

措施：最小逆变角βmin限幅保护，对α角也实施αmin保护，通常取αmin

=βmin=30°8/12/2024（3）

=配合控制电路

用同一个控制电压UC去控制两组触发装置。8/12/2024（4）

=配合控制的有环流可逆V-M系统图3-9=配合控制的有环流可逆V-M系统8/12/20242、瞬时脉动环流

由于整流与逆变电压波形上的差异，会出现瞬时udor

udof的情况，这种因为瞬时电压差而产生的环流叫瞬时脉动环流。

#自然存在：图3-8表示了三相零式可逆线路及瞬时脉动环流回路，瞬时电压差和瞬时脉动环流的波形。

#瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制角不同而异。瞬时电压差△udo=udor-

udof

#静态环流：直流平均环流和瞬时脉动环流是在一定控制角上的稳定工作时出现的环流。

#动态环流：可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。8/12/2024

瞬时脉动环流的抑制为了抑制瞬时脉动环流，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3-9中的Lc1、Lc2、Lc3、Lc4。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。8/12/2024

三、无环流控制的可逆V-M系统

无环流控制的可逆V-M系统是指既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流的可逆调速系统。

按照实现无环流控制原理的不同，无环流V-M可逆系统又分为两类：（1）逻辑控制无环流系统：

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，使它完全处于封锁状态，从根本上切断环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。封锁状态：整流装置无触发脉冲送入，没有导通条件。（2）错位控制无环流系统：当无环流控制可逆系统的一组晶闸管整流时，另一组处于待逆变状态，而且两组触发脉冲的零位错开的较远，避免了瞬时脉动环流产生的可能性。8/12/2024

1、逻辑控制无环流系统组成及工作原理：图3-12，基本部分与典型的转速、电流双闭环相同。区别：（1）不设置环流电抗器；

（2）保留平波电抗器Ld；（3）为正反向电流环分别设置电流调节器：1ACR控制正组GTF，2ACR控制反组GTF；（4）新增无环流逻辑控制环节DLC。

2、无环流逻辑控制环节DLC：任务：当需要切换到正组晶闸管VF工作时，输出Ublf,封锁反组触发脉冲而开放正组触发脉冲；当需要切换到反组VR工作时，输出Ublr,封锁正组而开放反组。8/12/2024四、PWM可逆直流调速系统

1、PWM可逆直流调速系统系统组成：

图3-15。直流PWM变换器-电动机系统的特有的电能回馈问题：制动时会产生泵升电压。

图中，由于不控整流的单向性，制动时电能不能送回到交流电网，只能向滤波电容充电，形成泵升电压。

措施：（1）大电容：几千微法；

（2）能量释放回路：当PWM控制器检测到泵升电压高于规定值时，开关器件VTb导通，令制动过程中储存在C中的电场能量以铜耗的形式消耗在放电电阻Rb中。

#形式上的回馈制动过程，实际上的能耗制动过程

8/12/20242、单片机控制的PWM可逆直流调速系统

图3-16。特点：（1）故障检测功能：电压、电流、温度等多个检测接口，报警，及时处理；

（2）数字控制器：系统的核心。

（3）控制软件：采用转速、电流双闭环控制，内环采样周期小于