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1、c電力拖動技術h 第第3章章 直流電動機直流電動機V-M可逆調速系統(tǒng)可逆調速系統(tǒng) 3.1 V-M可逆系統(tǒng)主電路結構形式及工作狀態(tài)可逆系統(tǒng)主電路結構形式及工作狀態(tài) 可逆系統(tǒng)的目的：獲得電機四象限的運行特性（正、反轉和電、制動）。可逆系統(tǒng)的目的：獲得電機四象限的運行特性（正、反轉和電、制動）。 3.1.1 單組晶閘管供電切換電流極性的可逆電路單組晶閘管供電切換電流極性的可逆電路 1切換電機電樞與電源之間連接極性切換電機電樞與電源之間連接極性 Ud +Id Id M 接觸器開關切換的可逆線路接觸器開關切換的可逆線路 KMF閉合，電動機正轉；閉合，電動機正轉； KMR閉合，電動機反轉閉合，電動機反轉。

2、 c電力拖動技術h 接觸器切換可逆線路的特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。 缺點：缺點：有觸點切換，開關壽命短；有觸點切換，開關壽命短； 需自由停車后才能反向，時間長。需自由停車后才能反向，時間長。 應用：應用：不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械。不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械。 c電力拖動技術h 晶閘管開關切換的可逆線路晶閘管開關切換的可逆線路 Ud Id M VT1 VT2 VT3 VT4 +Id VT1、VT4導通，電動機正轉；導通，電動機正轉； VT2、VT3導通，電動機反轉。導通，電動機反轉。 適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)適用于中、小功率的可逆系統(tǒng) c電力

3、拖動技術h 2切換電機勵磁電流切換電機勵磁電流 d U a E a I V - - M 1C 1C 2C 2C f i 圖圖3-2 切換電動機勵磁電流方向的可逆電路切換電動機勵磁電流方向的可逆電路 此方案比較經(jīng)濟，但只能用于不太頻繁切換的場合。此方案比較經(jīng)濟，但只能用于不太頻繁切換的場合。 c電力拖動技術h 3.1.2 兩組晶閘管供電的可逆電路兩組晶閘管供電的可逆電路 兩組晶閘管整流電路供電的可逆電路有兩種連接方式，兩組晶閘管整流電路供電的可逆電路有兩種連接方式，反并聯(lián)連接反并聯(lián)連接及及交叉連接交叉連接。 1反并聯(lián)連接反并聯(lián)連接 圖圖3-3 采用三相半波整流電路的反并聯(lián)可逆電路采用三相半波整流

4、電路的反并聯(lián)可逆電路 a)主電路圖主電路圖1 b)主電路圖主電路圖2 c)簡圖簡圖 圖圖3-4 采用三相橋式電路的反并聯(lián)可逆電路采用三相橋式電路的反并聯(lián)可逆電路 a)主電路主電路 b)簡圖簡圖 c電力拖動技術h 2交叉連接交叉連接 VFVR 2C L 1C L 1 A 1 B 1 C 2 A 2 B 2 C d L M )a)b 2 A 2 B 2 C 1 A 1 B 1 C 2C L 1C L d L M VFVR 2 N 1 N a) 三相半波電路構成的交叉可逆電路三相半波電路構成的交叉可逆電路 b）三相橋式電路構成的交叉可逆電路）三相橋式電路構成的交叉可逆電路 區(qū)別：區(qū)別：反并聯(lián)連接反并

5、聯(lián)連接電路的兩組整流橋電路的兩組整流橋VF、VR使用的是同一個交流電源，使用的是同一個交流電源， 交叉連接交叉連接電路的兩組整流橋電路的兩組整流橋VF、VR使用的是無電氣連接的兩個獨使用的是無電氣連接的兩個獨 立電源立電源 c電力拖動技術h 3.1.3 反并聯(lián)可逆電路的工作狀態(tài)反并聯(lián)可逆電路的工作狀態(tài) 雙橋反并聯(lián)連接的可逆電路有兩種不同的工作模式：雙橋反并聯(lián)連接的可逆電路有兩種不同的工作模式：無環(huán)流系統(tǒng)無環(huán)流系統(tǒng)和和有環(huán)有環(huán) 流系統(tǒng)流系統(tǒng)。 環(huán)流是指不流過電動機（或負載）而直接在兩組晶閘管整流橋之間流通環(huán)流是指不流過電動機（或負載）而直接在兩組晶閘管整流橋之間流通 的電流。的電流。 1無環(huán)流系

6、統(tǒng)無環(huán)流系統(tǒng) 優(yōu)點：優(yōu)點： 安全可靠，無環(huán)流，體積小。安全可靠，無環(huán)流，體積小。 缺點：缺點： 存在換流死區(qū)，動態(tài)響應慢。存在換流死區(qū)，動態(tài)響應慢。 主要特征：任何時刻都不讓主要特征：任何時刻都不讓VF、VR兩組橋同時工作，兩組橋同時工作， 若若VF工作，則工作，則VR封鎖；若封鎖；若VR工作，則工作，則VF封鎖；或封鎖；或VF、VR同時封鎖。同時封鎖。 以此使產(chǎn)生環(huán)流的必要條件不再存在。以此使產(chǎn)生環(huán)流的必要條件不再存在。 c電力拖動技術h 2有環(huán)流系統(tǒng)有環(huán)流系統(tǒng) l 基本工作方式：基本工作方式：VF、VR同時加觸發(fā)脈沖信號，但同時加觸發(fā)脈沖信號，但 它們的控制角滿足它們的控制角滿足 ，其目的

7、是使其目的是使 兩組整流橋輸出同一個數(shù)值、同一個方向的兩組整流橋輸出同一個數(shù)值、同一個方向的Ud 。 這種控制方式稱為這種控制方式稱為配合控制。配合控制。 電動機工作狀態(tài)電動機工作狀態(tài)正向電動正向電動正向制動正向制動反向電動反向電動反向制動反向制動 工作象限工作象限 轉速轉速n、反電勢、反電勢Ea、電壓、電壓Ud 轉矩轉矩T，電樞電流，電樞電流Ia+ 無壞流系統(tǒng)無壞流系統(tǒng) 正組正組VF狀態(tài)狀態(tài)整流整流封鎖封鎖封鎖封鎖逆變逆變 反組反組VR狀態(tài)狀態(tài)封鎖封鎖逆變逆變整流整流封鎖封鎖 有環(huán)流系統(tǒng)有環(huán)流系統(tǒng) 正組正組VF狀態(tài)狀態(tài)整流整流待整流待整流待逆變待逆變逆變逆變 反組反組VR狀態(tài)狀態(tài)待逆變待逆變

8、逆變逆變整流整流待整流待整流 180 RF l 哪一組真正工作由電流來決定，不工作的那一組處于待逆變或待整流狀況。哪一組真正工作由電流來決定，不工作的那一組處于待逆變或待整流狀況。 VFVR 0d F U 0d R U a I M c I c電力拖動技術h 3.2 可逆電路中的環(huán)流及其抑制辦法可逆電路中的環(huán)流及其抑制辦法 3.2.1 環(huán)流及其種類環(huán)流及其種類 環(huán)流，是指不流過電動機或其它負載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。環(huán)流，是指不流過電動機或其它負載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。 環(huán)流的存在會顯著地加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗無用的功率，環(huán)流太大時甚至環(huán)流的存在會顯著地

9、加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗無用的功率，環(huán)流太大時甚至 會導致晶閘管損壞，因此必須予以抑制。對環(huán)流的分析必須一分為二。會導致晶閘管損壞，因此必須予以抑制。對環(huán)流的分析必須一分為二。 環(huán)流分類：環(huán)流分類： 反并聯(lián)可逆線路中的環(huán)流反并聯(lián)可逆線路中的環(huán)流 Ia負載電流負載電流 Ic環(huán)流環(huán)流 靜態(tài)環(huán)流：系統(tǒng)穩(wěn)定工作時所出現(xiàn)的環(huán)流。靜態(tài)環(huán)流：系統(tǒng)穩(wěn)定工作時所出現(xiàn)的環(huán)流。 動態(tài)環(huán)流：系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。動態(tài)環(huán)流：系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。 直流平均環(huán)流直流平均環(huán)流 瞬時脈動環(huán)流瞬時脈動環(huán)流 靜態(tài)環(huán)流靜態(tài)環(huán)流 動態(tài)環(huán)流動態(tài)環(huán)流 c電力拖動技術h 3.2.2 直流平均環(huán)流產(chǎn)生的原因及消除辦法直

10、流平均環(huán)流產(chǎn)生的原因及消除辦法 1產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 正組正組VF輸出為輸出為 FdomdoF cosUU 兩端的電勢差即兩個電兩端的電勢差即兩個電 源的直流平均電壓差為：源的直流平均電壓差為： 22 2 RFRF domdoRdoFdo coscosU)U(UU 180 FR 電壓差如能產(chǎn)生直流平均環(huán)流則其流向與圖中的電壓差如能產(chǎn)生直流平均環(huán)流則其流向與圖中的Ic反向，反向， 與晶閘管裝置所允許的電流流動方向相反而實際不能流通。與晶閘管裝置所允許的電流流動方向相反而實際不能流通。 可知，這時也不會產(chǎn)生直流平均環(huán)流?？芍?，這時也不會產(chǎn)生直流平均環(huán)流。 180 RF 產(chǎn)生直流平均環(huán)流產(chǎn)生直流平

11、均環(huán)流Ic。由于兩邊電源的內阻都較小，很小的。由于兩邊電源的內阻都較小，很小的 也會引起較大的直流平均環(huán)流，且也會引起較大的直流平均環(huán)流，且 是一個直流是一個直流 平均量，它無法依靠電抗器來抑制平均量，它無法依靠電抗器來抑制Ic的大小，只能靠改變的大小，只能靠改變 來減弱或消除它。來減弱或消除它。 d U d U RF )( RF )( RF 2消除辦法消除辦法（1）使）使 略大于略大于1801800 0 FR （2）使）使 minmin VFVR 0d F U 0d R U a I M c I 反組輸出為反組輸出為 RdomdoR cosUU c電力拖動技術h 1產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 2抑制

12、辦法抑制辦法 晶閘管裝置輸出的電壓是脈動晶閘管裝置輸出的電壓是脈動 的，正組整流電壓的，正組整流電壓UdoF和反組逆變和反組逆變 電壓電壓UdoR的瞬時值并不相同，當整的瞬時值并不相同，當整 流電壓瞬時值大于逆變電壓瞬時值流電壓瞬時值大于逆變電壓瞬時值 時，便產(chǎn)生正向瞬時電壓差，從而時，便產(chǎn)生正向瞬時電壓差，從而 產(chǎn)生瞬時環(huán)流。產(chǎn)生瞬時環(huán)流。 抑制瞬時脈動環(huán)流的辦法是在抑制瞬時脈動環(huán)流的辦法是在 環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流回路中串入電抗器，叫做限環(huán)限環(huán) 流電抗器流電抗器或稱均衡電抗器，一般要或稱均衡電抗器，一般要 求把瞬時脈動環(huán)流中的直流分量求把瞬時脈動環(huán)流中的直流分量Icp 限制在負載額

13、定電流的限制在負載額定電流的5%10%之之 間。間。 圖圖3-7 三相半波反并聯(lián)可逆電路及其三相半波反并聯(lián)可逆電路及其 時的環(huán)流電壓和電流時的環(huán)流電壓和電流 30 RF 3.2.3 瞬時脈動環(huán)流產(chǎn)生原因及抑制辦法瞬時脈動環(huán)流產(chǎn)生原因及抑制辦法 c電力拖動技術h 3環(huán)流電抗器的配置位置及數(shù)量環(huán)流電抗器的配置位置及數(shù)量 連接方式連接方式反并聯(lián)連接反并聯(lián)連接交叉連接交叉連接 整流電路形式整流電路形式三相半波三相半波三相橋式三相橋式三相半波三相半波三相橋式三相橋式 環(huán)流通路環(huán)流通路1211 限環(huán)流電抗器個數(shù)限環(huán)流電抗器個數(shù)2422 VFVR 2C L 1C L 1 A 1 B 1 C 2 A 2 B

14、2 C d L M )a)b 2 A 2 B 2 C 1 A 1 B 1 C 2C L 1C L d L M VFVR 2 N 1 N VFVR A - - d U 1C L 2C L 4C L 3C L A BB C C d L a I a E M c電力拖動技術h 3.3 有環(huán)流有環(huán)流V-M可逆調速系統(tǒng)可逆調速系統(tǒng) 3.3.1 配合控制的反并聯(lián)連接的有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)配合控制的反并聯(lián)連接的有環(huán)流可逆調速系統(tǒng) 1系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 三相橋式供電，三相橋式供電，2條環(huán)流通道，配備四個環(huán)流電抗器。條環(huán)流通道，配備四個環(huán)流電抗器。 可正反轉，四象限運行。可正反轉，四象限運行。 4調節(jié)器輸出雙向限

15、幅調節(jié)器輸出雙向限幅 2配合控制的實現(xiàn)配合控制的實現(xiàn) 3信號雙極性信號雙極性 TG AR M - - - -1 ct U GTR VR VF TA Ld LC3 LC4 LC1 LC2 GTF TM + + * n U n U ct U ASR * i U i U ACR 通過放大倍數(shù)為通過放大倍數(shù)為1 的反向放大器得到的反向放大器得到 Uct，來實現(xiàn)，來實現(xiàn) 的配合控制。的配合控制。 ASR設置限幅，限制最大動態(tài)電流，設置限幅，限制最大動態(tài)電流， ACR設置限幅，限制最小控制角設置限幅，限制最小控制角min和和 最小逆變角最小逆變角 min 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 信號都是雙極性的，信號都是雙

16、極性的， 相應的實際量都是可相應的實際量都是可 反相或可反向的，這反相或可反向的，這 正是四象限運行系統(tǒng)正是四象限運行系統(tǒng) 的一個特征。的一個特征。 c電力拖動技術h a圖圖 l VZ1限制反向輸出電壓的幅值限制反向輸出電壓的幅值 l VZ2限制反向輸出電壓的幅值限制反向輸出電壓的幅值 調節(jié)器輸出雙向限幅電路調節(jié)器輸出雙向限幅電路 121 2121 () BD CBBD RV RV R VVVV RRRR 當當 VD - -kE 時，時，VC 0，VD1不起作用；不起作用； 當當 VD- -kE 時，時，VC Ea時，時，Io0，電，電 動機正向電動。電路的電壓平衡方程為動機正向電動。電路的電

17、壓平衡方程為 o oaaoa di i RLuE dt 電動工作時，電動工作時，VT2、VD1并沒有參與工作，去并沒有參與工作，去 掉這兩個元件后，電路與單象限工作電路完掉這兩個元件后，電路與單象限工作電路完 全一致，是一個典型的降壓斬波電路。全一致，是一個典型的降壓斬波電路。 lVT1、VT2互補工作，互補工作，VD2是是I0為正時的續(xù)為正時的續(xù) 流二極管，流二極管，VD1是為是為I0為負時的續(xù)流二極管。為負時的續(xù)流二極管。 l為了防止直流電源經(jīng)為了防止直流電源經(jīng)VT1、VT2直通短路，直通短路， GD2、GD1中應設延時電路以形成中應設延時電路以形成“死區(qū)死區(qū)”。 輸出電壓平均值輸出電壓平

18、均值 電動機最高空載轉速是電動機最高空載轉速是 0max / de nUC 1 odtd T UUU T 圖圖4-3 電流可反向兩電流可反向兩 象限斬波調速系統(tǒng)象限斬波調速系統(tǒng) c電力拖動技術h 正向制動工況正向制動工況。當當UoEa 時，時，Io 反向反向 ，電動機工作在第，電動機工作在第象限的回饋制象限的回饋制 動狀態(tài)。動狀態(tài)。 d i o u d U 2 VT a E 1 VDa L o i 兩象工作電路在發(fā)電狀態(tài)時的等效電路兩象工作電路在發(fā)電狀態(tài)時的等效電路 制動時，制動時，VT2或或VD1有電流，有電流，VT1和和 VD2無電流。把不參與工作的無電流。把不參與工作的VT1、VD2 去

19、掉，可把電路重畫于右圖，圖中按習慣去掉，可把電路重畫于右圖，圖中按習慣 畫法把能量輸入方即電機畫在了左邊。這畫法把能量輸入方即電機畫在了左邊。這 就是典型的升壓斬波器電路。就是典型的升壓斬波器電路。 電流的參考方向同前，實際為負值電流的參考方向同前，實際為負值 從上面的分析可知，圖從上面的分析可知，圖4-3所示的電路可以實現(xiàn)正向回饋制動，制動時電流所示的電路可以實現(xiàn)正向回饋制動，制動時電流(轉矩轉矩) 反向，其運行象限為反向，其運行象限為、象限。該電路稱象限。該電路稱電流可反向的兩象限工作電路電流可反向的兩象限工作電路。 c電力拖動技術h 3) 波形分析及能量傳遞波形分析及能量傳遞 圖圖4-5

20、 兩象限工作斬波調速系統(tǒng)從電動到制止轉換過程的兩象限工作斬波調速系統(tǒng)從電動到制止轉換過程的 電壓電流波形及能量傳遞簡圖電壓電流波形及能量傳遞簡圖 c電力拖動技術h d U a) 1 VD 1 VT 0 i 2 VD 2 VT o u 0 0 T n b) 圖圖4-6 電壓可反向的兩電壓可反向的兩 象限工作電路象限工作電路 a) 電路圖電路圖 b) 工作象工作象 限限 電壓可反向的兩象限工作電路電壓可反向的兩象限工作電路 c電力拖動技術h 3可四象限運行的電路可四象限運行的電路 t 0 0 0 T 0 u b) c) d) e) f) t 0 0 u 0 i 0 i 0 u 0 i t t 0

21、u 0 u 0 u 0 i 0 i 0 i T T 0 u 0 i 0 u 0 i d U 3 VD a) 2 VD 1 VD 4 VD 1 VT 4 VT 3 VT 2 VT o u 0 i 0 0 T n 圖圖4-7可四象限運行的斬波調速電路可四象限運行的斬波調速電路 a） 電路圖電路圖 b)e）、象限波形圖象限波形圖 f） 工作象限工作象限 1.工作原理工作原理 H型橋式斬波電路的工作模式非型橋式斬波電路的工作模式非 常靈活，以最常用的可逆運行模式說常靈活，以最常用的可逆運行模式說 明之。明之。VT1、VT2為一組，為一組，VT3、 VT4為另一組，兩組在一個為另一組，兩組在一個PWM斬斬 波周期內互補工作。波周期內互補工作。 2.輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值 3.優(yōu)點優(yōu)點: 調節(jié)連續(xù)平滑調節(jié)連續(xù)平滑 ，四象限工作。，四象限工作。 21 odtd TT UUU T c電力拖動技術h 4.2 直流斬波調速系直流斬波調速系 統(tǒng)統(tǒng) * n U TG n U ASR n U ACR * i U i U c U PWMGT DC DC GM i U 1系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖 t c電力拖動技術h 2交流電源供電時的制動交流電源供電時的制動 l