電機調(diào)速課件—第4章可逆控制和弱磁控制直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第第4章章 可逆控制和弱磁控制可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n直流直流PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) nV-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) n弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) n電動機除電動轉(zhuǎn)矩外電動機除電動轉(zhuǎn)矩外還須產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，還須產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)生產(chǎn)機械快速的實現(xiàn)生產(chǎn)機械快速的減速、停車與正反向減速、停車與正反向運行等功能。運行等功能。n在轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的在轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的坐標(biāo)系上，就是坐標(biāo)系上，就是的功能的功能。n這樣的調(diào)速系統(tǒng)需要這樣的調(diào)速系統(tǒng)需要正反轉(zhuǎn)，

2、故稱正反轉(zhuǎn)，故稱。圖圖4-1 調(diào)速系統(tǒng)的四象限運調(diào)速系統(tǒng)的四象限運行行4.1 直流直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)nPWM變換器電路有多種形式，可分為不可逆與變換器電路有多種形式，可分為不可逆與可逆兩大類，可逆兩大類，n還有一種帶制動電流通路的不可逆還有一種帶制動電流通路的不可逆PWM-直流電直流電動機系統(tǒng)，其電流能夠反向。之所以不可逆是因動機系統(tǒng)，其電流能夠反向。之所以不可逆是因為平均電壓始終大于零，因而轉(zhuǎn)速不能反向。為平均電壓始終大于零，因而轉(zhuǎn)速不能反向。n如果要求轉(zhuǎn)速反向，需要改變?nèi)绻筠D(zhuǎn)速反向，需要改變PWM變換器輸出變換器輸出電壓的正負(fù)極性，使得直流電動機可以在電壓的正負(fù)極性，使

3、得直流電動機可以在，由此構(gòu)成了可逆的，由此構(gòu)成了可逆的PWM變換器變換器-直流電直流電動機系統(tǒng)。動機系統(tǒng)。4.1.1 橋式可逆橋式可逆PWM變換器變換器圖圖4-2橋式可逆橋式可逆PWM變換器電路變換器電路圖圖4-3 雙極式控制可逆雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形3241ggggUUUU在一個開關(guān)周期內(nèi)，在一個開關(guān)周期內(nèi)，n當(dāng)當(dāng)0tton時，時，UAB=US，電樞，電樞電流電流id沿回路沿回路1流通；流通；n當(dāng)當(dāng)tont1/2時，時，為正，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)為正，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)1/2時，時， 為負(fù)，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)為負(fù)，電動機反轉(zhuǎn)；當(dāng)=1/2

4、時，時， =0，電動機，電動機停止。停止。 sonsonsondUTtUTtTUTtU) 12(12（4-1） （4-2） n雙極式控制的橋式可逆雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點：變換器有下列優(yōu)點：（1）電流一定連續(xù)；）電流一定連續(xù)；（2）可使電動機在四象限運行；）可使電動機在四象限運行；（3）電動機停止時有微振電流，能消除靜磨擦死區(qū)；）電動機停止時有微振電流，能消除靜磨擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大；）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大；（5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。于保證器件的可靠導(dǎo)通。

5、n雙極式控制方式的不足之處是：雙極式控制方式的不足之處是： 在工作過程中，在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置應(yīng)設(shè)置。4.1.2 直流直流PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速可逆直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過渡過程反向的過渡過程na點過渡到點過渡到b點，點，Id從正向從正向IdL降降低為零。低為零。n b點過渡到點過渡到c點點 ， Id從零反向從零反向上升到允許的制動電流上升

6、到允許的制動電流-Idm 。nc點過渡到點過渡到d點點 ，回饋制動狀態(tài)，回饋制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速將減速到轉(zhuǎn)速將減速到0 。nd點過渡到點過渡到e點點 ，反向起動狀，反向起動狀態(tài)態(tài) ,轉(zhuǎn)速要超調(diào)，轉(zhuǎn)速環(huán)退飽轉(zhuǎn)速要超調(diào)，轉(zhuǎn)速環(huán)退飽和和 。n在在f點穩(wěn)定工作，電樞電流與負(fù)點穩(wěn)定工作，電樞電流與負(fù)載電流載電流-IdL相等。相等。圖圖4-4 在坐標(biāo)系上表示的電動機反向軌跡在坐標(biāo)系上表示的電動機反向軌跡4.1.3 直流直流PWM功率變換器的能量回饋功率變換器的能量回饋圖圖4-5橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖整流器整流器 H型橋型橋式式PWM變換器變換器 放電電阻放電

7、電阻 濾波大電容濾波大電容n當(dāng)可逆系統(tǒng)進入制動狀態(tài)時，直流當(dāng)可逆系統(tǒng)進入制動狀態(tài)時，直流PWM功率變換器把機械功率變換器把機械能變?yōu)槟茏優(yōu)榈街绷鱾?cè)，到直流側(cè)，n由于二極管整流器導(dǎo)電的單向性，電能不可能通過整流器送由于二極管整流器導(dǎo)電的單向性，電能不可能通過整流器送回交流電網(wǎng)，只能向回交流電網(wǎng)，只能向，使電容兩端電壓升高，使電容兩端電壓升高，稱作泵升電壓。稱作泵升電壓。n在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓限制泵升電壓。n當(dāng)當(dāng)PWM控制器檢測到泵升電壓高于規(guī)定值時，開關(guān)器件控制器檢測到泵升電壓高于規(guī)定值時，開關(guān)器件V

8、Tb導(dǎo)通，使制動過程中多余的動能以銅耗的形式消耗在導(dǎo)通，使制動過程中多余的動能以銅耗的形式消耗在中。中。n如果在大容量的調(diào)速系統(tǒng)中希望實現(xiàn)電能回饋到交流電網(wǎng)，如果在大容量的調(diào)速系統(tǒng)中希望實現(xiàn)電能回饋到交流電網(wǎng)，以取得更好的制動效果并且節(jié)能，可以在二極管整流器輸以取得更好的制動效果并且節(jié)能，可以在二極管整流器輸出端出端，把多余的電能逆變后回饋電網(wǎng)。，把多余的電能逆變后回饋電網(wǎng)。n在突加交流電源時，大電容量濾波電容在突加交流電源時，大電容量濾波電容C相當(dāng)于短路，會產(chǎn)相當(dāng)于短路，會產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾

9、波電容之間電流，在整流器和濾波電容之間。n合上電源后，經(jīng)過延時或當(dāng)直流電壓達(dá)到一定值時，閉合合上電源后，經(jīng)過延時或當(dāng)直流電壓達(dá)到一定值時，閉合接觸器觸點接觸器觸點K，以免在運行中造成附加損耗。，以免在運行中造成附加損耗。4.1.4 單片微機控制的單片微機控制的PWM可逆直流可逆直流 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)n三相交流電源經(jīng)不可控整流器變換為電壓恒定的三相交流電源經(jīng)不可控整流器變換為電壓恒定的直流電源，再經(jīng)過直流直流電源，再經(jīng)過直流PWM變換器得到可調(diào)的變換器得到可調(diào)的直流電壓，給直流電動機供電。直流電壓，給直流電動機供電。n檢測回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測，轉(zhuǎn)檢測回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢

10、測，轉(zhuǎn)速檢測用數(shù)字測速。速檢測用數(shù)字測速。n微機控制具備故障檢測功能，對電壓、電流、溫微機控制具備故障檢測功能，對電壓、電流、溫度等信號進行實時監(jiān)測和報警。度等信號進行實時監(jiān)測和報警。n一般選用專為電機控制設(shè)計的單片微機，配以顯一般選用專為電機控制設(shè)計的單片微機，配以顯示、鍵盤等外圍電路，通過通信接口與上位機或示、鍵盤等外圍電路，通過通信接口與上位機或其他外設(shè)交換數(shù)據(jù)。其他外設(shè)交換數(shù)據(jù)。 圖圖4-6 微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖n控制軟件一般采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，控制軟件一般采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)的采樣周期小于外環(huán)，內(nèi)環(huán)的采

11、樣周期小于外環(huán)的采樣周期。的采樣周期。n無論是電流采樣值還是轉(zhuǎn)速采樣值都含有擾動，常無論是電流采樣值還是轉(zhuǎn)速采樣值都含有擾動，常采用采用，但濾波時間常數(shù)太大時會延緩，但濾波時間常數(shù)太大時會延緩動態(tài)響應(yīng)，為此可采用硬件濾波與軟件濾波相結(jié)合動態(tài)響應(yīng)，為此可采用硬件濾波與軟件濾波相結(jié)合的辦法。的辦法。n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器ACR大多采用大多采用PI調(diào)調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)對動態(tài)性能要求較高時，還可以采用各節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)對動態(tài)性能要求較高時，還可以采用各種種和和的控制算法，使調(diào)節(jié)器能夠更好的控制算法，使調(diào)節(jié)器能夠更好地適應(yīng)控制對象。地適應(yīng)控制對象。4.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流

12、調(diào)速系統(tǒng)4.2.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路及環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路及環(huán)流1V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)n對于拖動對于拖動而言，采用而言，采用裝裝置就能實現(xiàn)重物的提升和下放。置就能實現(xiàn)重物的提升和下放。n當(dāng)當(dāng)E（E為電動機反電動為電動機反電動勢），輸出整流電流勢），輸出整流電流Id，電動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩作，電動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩作，提升重物，這時電能從交流電網(wǎng)經(jīng)晶閘管裝置傳送給電提升重物，這時電能從交流電網(wǎng)經(jīng)晶閘管裝置傳送給電動機，動機，V-M系統(tǒng)運行于第系統(tǒng)運行于第象限。象限。 圖圖4-7單組單組V-M系統(tǒng)帶位能性負(fù)載時的整流和逆變狀態(tài)系統(tǒng)帶位能性負(fù)載

13、時的整流和逆變狀態(tài)(a)提升工作，整流狀態(tài)提升工作，整流狀態(tài) (b)下放工作，逆變狀態(tài)下放工作，逆變狀態(tài) (c)機械特性機械特性n90，Ud0為負(fù)，晶閘管裝置本身不能輸出電流，為負(fù)，晶閘管裝置本身不能輸出電流，電機不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重電機不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使電機反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生量下降，迫使電機反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生。n當(dāng)當(dāng)|E|Ud0|時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生Id，因而產(chǎn)生與提升重物同方向，因而產(chǎn)生與提升重物同方向的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，使重物平穩(wěn)下降。的轉(zhuǎn)矩，起制動作用，使重物平穩(wěn)下降。n電動機處于電動機處于，成為受重物拖動的發(fā)電，成為受重物拖動的發(fā)電機，將重物的位能轉(zhuǎn)

14、化成電能，通過晶閘管裝置機，將重物的位能轉(zhuǎn)化成電能，通過晶閘管裝置V回饋給電網(wǎng)，回饋給電網(wǎng)，V則工作于有源逆變狀態(tài)，則工作于有源逆變狀態(tài)，V-M系統(tǒng)系統(tǒng)運行于第運行于第象限。象限。 n對于需要對于需要的直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)，必的直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)，必須使用兩組晶閘管整流裝置須使用兩組晶閘管整流裝置來實現(xiàn)可逆來實現(xiàn)可逆調(diào)速。調(diào)速。n電動機電動機時，由正組晶閘管裝置時，由正組晶閘管裝置；時，由反組晶閘管裝置時，由反組晶閘管裝置。 圖圖4-8兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路正組晶閘管裝置正組晶閘管裝置VF整流狀態(tài)整流狀態(tài)圖圖4-9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆兩

15、組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)(a)正組整流正組整流運行運行 nVF處于整流狀態(tài)處于整流狀態(tài)n f 90， Ud0f E， n 0n 電動機從電路輸電動機從電路輸入能量作電動運入能量作電動運行，運行在第行，運行在第象限。象限。 反組晶閘管裝置反組晶閘管裝置VR逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)圖圖4-9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)(b)反組反組回饋制動回饋制動 nVR逆變處于狀態(tài)逆變處于狀態(tài)n r 90， E |Ud0r|， n 0n電機輸出電能實電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。現(xiàn)回饋制動。n

16、V-M系統(tǒng)工作在系統(tǒng)工作在第二象限。第二象限。 圖圖4-9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)(c)機械特性允許范圍機械特性允許范圍n晶閘管裝置的平均理想晶閘管裝置的平均理想為為n定義逆變角定義逆變角=180-，則逆變電壓可改寫為，則逆變電壓可改寫為n在晶閘管整流裝置反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過渡在晶閘管整流裝置反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過渡過程中，過程中，VF組工作在整流狀態(tài)組工作在整流狀態(tài) 。n當(dāng)當(dāng)時，時，VR組投入工作，以提供反向電組投入工作，以提供反向電樞電流的通路。電動機工作在回饋制動狀態(tài)，樞電流的通路。電動機工

17、作在回饋制動狀態(tài)，VR組工作組工作在逆變狀態(tài)。在逆變狀態(tài)。 coscossinmax00dmdUmUmUcosmax00ddUU （4-3）（4-4） 2V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流問題可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流問題n兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產(chǎn)生兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產(chǎn)生而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作作。n一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然晶閘管和變晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此必須予以損壞，因此必須予以。 圖圖4-1

18、0 反并聯(lián)可逆反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流系統(tǒng)中的環(huán)流Id負(fù)載電流負(fù)載電流 Rrec整流裝置內(nèi)阻整流裝置內(nèi)阻 Ra電樞電阻電樞電阻讓正組讓正組VF和反組和反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負(fù)相連，必然產(chǎn)生較大的直流平均直流平均電壓正負(fù)相連，必然產(chǎn)生較大的直流平均環(huán)流。環(huán)流。n應(yīng)該在應(yīng)該在、Ud0f為正時，強迫讓為正時，強迫讓，使，使Ud0r為負(fù)，且幅值與為負(fù)，且幅值與Ud0f相等，相等，使逆變電壓使逆變電壓Ud0r把整流電壓把整流電壓Ud0f頂住，則頂住，則為零。為零。 fdrdUU00n當(dāng)環(huán)流為零時，應(yīng)有當(dāng)環(huán)流為零時，應(yīng)有 或或 （4-5）n如果反組的控制角用

19、逆變角表示，則如果反組的控制角用逆變角表示，則 （4-6）n這稱作這稱作。為了更可靠地消除直流平均。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用環(huán)流，可采用 （4-7）fdfdUUcosmax00rdrdUUcosmax00frcoscos180frrfn為了實現(xiàn)為了實現(xiàn)=配合控制，可將兩組晶閘管裝置的配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在觸發(fā)脈沖零位都定在90。n當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓 Uc= 0 時，使時，使 f = r = 90，此時此時 Ud0f = Ud0r = 0 ，電機處于停止?fàn)顟B(tài)。，電機處于停止?fàn)顟B(tài)。n增大控制電壓增大控制電壓Uc 移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置移相時，只要使兩組觸

20、發(fā)裝置的控制電壓的控制電壓就可以了。就可以了。圖圖4-11 配合控制電路配合控制電路GTF正組觸發(fā)裝置正組觸發(fā)裝置 GTR反組觸發(fā)裝置反組觸發(fā)裝置 AR反號器反號器 是經(jīng)過反號是經(jīng)過反號器器AR后獲得后獲得 cU圖圖4-12 =配合控制特性配合控制特性n當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電壓Uc=0時，時，f和和r都調(diào)整在都調(diào)整在90。n在正轉(zhuǎn)過程中始終保持在正轉(zhuǎn)過程中始終保持f= r ，反轉(zhuǎn)時應(yīng)保持，反轉(zhuǎn)時應(yīng)保持f= r 。n為了防止出現(xiàn)為了防止出現(xiàn)“” ，必須形成最小逆變角，必須形成最小逆變角min保護。保護。通常取通常取min= min=30 。 4.2.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的控制可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的

21、控制1配合控制的有環(huán)流可逆配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)系統(tǒng)n在采用在采用=配合控制以后，消除了配合控制以后，消除了，但，但這只是就電壓的平均值而言的這只是就電壓的平均值而言的。n由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時由于整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時電壓電壓 ud0f ud0r 的情況，從而仍能產(chǎn)生環(huán)流，這類因的情況，從而仍能產(chǎn)生環(huán)流，這類因為瞬時的電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流被稱為為瞬時的電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流被稱為。n瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流的大小因控制角的不同瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流的大小因控制角的不同而異，以下分析三相零式反并聯(lián)可逆線路的情況而異，以下分析三相零式反并聯(lián)可逆線路的情

22、況 60rf圖圖4-13 配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路的瞬時脈動環(huán)流（的瞬時脈動環(huán)流（ ）(a)三相零式可逆線路和瞬時脈動環(huán)流回路三相零式可逆線路和瞬時脈動環(huán)流回路 60rf 60ffdu0(b)時時波形波形 60r120rrdu0(c)(時時波形波形 )0ducpi(d)瞬時電壓差瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流波形波形 n直流平均環(huán)流可以用直流平均環(huán)流可以用消除，而瞬時脈動環(huán)消除，而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。流卻是自然存在的。n為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做器，叫做，或稱均衡電抗器

23、。，或稱均衡電抗器。n環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的制在負(fù)載額定電流的5%10%來設(shè)計。來設(shè)計。n在三相橋式反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋又有在三相橋式反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋又有兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置器，器，另外還需要一個平波電抗器。另外還需要一個平波電抗器。n在在=配合控制下，負(fù)載電流可以迅速地從正向到配合控制下，負(fù)載電流可以迅速地從正向到反向（或從反向到正向）平滑過渡，在任何時候，反向（或從反向到正向）平滑過渡，在任何時候，實際上只有實際上只有，另一組則，另一組則的狀態(tài)

24、。的狀態(tài)。n移相時，如果一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一移相時，如果一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一組便處于逆變狀態(tài)，這是指組便處于逆變狀態(tài)，這是指的工作狀態(tài)而言的工作狀態(tài)而言的。實際上，這時逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)載電的。實際上，這時逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)載電流，它只是處于流，它只是處于“”，表示該組晶閘管，表示該組晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作。裝置是在逆變角控制下等待工作。n只有在制動時，當(dāng)發(fā)出信號改變控制角后，同時降只有在制動時，當(dāng)發(fā)出信號改變控制角后，同時降低了低了ud0f和和ud0r的幅值，一旦的幅值，一旦，整流組電流將被截止，逆變組才真，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入

25、逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通正投入逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。過逆變組回饋電網(wǎng)。n當(dāng)逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱當(dāng)逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于作處于“”。n直流平均環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流都屬于靜態(tài)環(huán)流，是直流平均環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流都屬于靜態(tài)環(huán)流，是兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)態(tài)工作時出現(xiàn)的環(huán)兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)態(tài)工作時出現(xiàn)的環(huán)流。流。圖圖4-14 配合控制的有環(huán)流可逆配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖環(huán)流電環(huán)流電抗器抗器 平波電平波電抗器抗器 2邏輯控制的無環(huán)流可逆邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)系統(tǒng):

26、:當(dāng)可逆系統(tǒng)中一組晶閘當(dāng)可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時（不論是整流工作還是逆變工作），用邏管工作時（不論是整流工作還是逆變工作），用邏輯關(guān)系控制使另一組處于輯關(guān)系控制使另一組處于，徹底斷開，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。n被封鎖那組整流裝置的移相觸發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)有配合控制被封鎖那組整流裝置的移相觸發(fā)環(huán)節(jié)應(yīng)有配合控制所對應(yīng)的輸入控制信號，但其輸出觸發(fā)脈沖通過邏所對應(yīng)的輸入控制信號，但其輸出觸發(fā)脈沖通過邏輯控制作用予以封鎖，可以認(rèn)為是移相觸發(fā)環(huán)節(jié)處輯控制作用予以封鎖，可以認(rèn)為是移相觸發(fā)環(huán)節(jié)處于于“待工作待工作”狀態(tài)，可根據(jù)需要隨時送出必要的脈狀態(tài)，可根據(jù)

27、需要隨時送出必要的脈沖信號。沖信號。圖圖4-15 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖DLC，ZCn主電路采用兩組晶閘管裝置主電路采用兩組晶閘管裝置線路。線路。n由于沒有環(huán)流，由于沒有環(huán)流，環(huán)流電抗器。環(huán)流電抗器。n仍保留仍保留，以保證穩(wěn)定運行時電流波形，以保證穩(wěn)定運行時電流波形連續(xù)。連續(xù)。n控制系統(tǒng)采用控制系統(tǒng)采用方案。方案。n電流環(huán)分設(shè)電流環(huán)分設(shè)，1ACR用來控制正組觸用來控制正組觸發(fā)裝置發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置控制反組觸發(fā)裝置GTR。n1ACR的給定信號經(jīng)的給定信號經(jīng)作為作為2ACR的給定信號，的給定信號，可以采用不反映極性的電流檢測方法。可

28、以采用不反映極性的電流檢測方法。n新增的關(guān)鍵部件是新增的關(guān)鍵部件是，它按照，它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行正、反組的自動切系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行正、反組的自動切換。換。 邏輯切換的必要條件邏輯切換的必要條件（） nASR的輸出信號的輸出信號Ui*代表了代表了。n反轉(zhuǎn)運行和正轉(zhuǎn)制動都需要電機產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩，反轉(zhuǎn)運行和正轉(zhuǎn)制動都需要電機產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩，正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)制動都需要電機產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)制動都需要電機產(chǎn)生正的轉(zhuǎn)矩，nUi*的極性恰好反映了電機電磁轉(zhuǎn)矩方向的變化。的極性恰好反映了電機電磁轉(zhuǎn)矩方向的變化。n采用采用Ui*作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個輸入信號，稱作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個

29、輸入信號，稱作作“”。 邏輯切換的充分條件邏輯切換的充分條件（） nUi*的極性已發(fā)生變化，表示了系統(tǒng)期望的轉(zhuǎn)矩極性的極性已發(fā)生變化，表示了系統(tǒng)期望的轉(zhuǎn)矩極性。n在實際電流方向還未改變之前，仍須保持原先的開在實際電流方向還未改變之前，仍須保持原先的開放和封鎖組別。放和封鎖組別。n邏輯切換轉(zhuǎn)折點的特征是邏輯切換轉(zhuǎn)折點的特征是。因此要把。因此要把電流到零信號作為邏輯控制環(huán)節(jié)的第二個輸入信號，電流到零信號作為邏輯控制環(huán)節(jié)的第二個輸入信號，稱作稱作“”。n由于主電流的實際波形是脈動的，如果脈動的主電由于主電流的實際波形是脈動的，如果脈動的主電流瞬時低于流瞬時低于I0就立即發(fā)出零電流數(shù)字信號，實際上就立

30、即發(fā)出零電流數(shù)字信號，實際上電流仍在連續(xù)地變化，突然封鎖觸發(fā)脈沖將產(chǎn)生電流仍在連續(xù)地變化，突然封鎖觸發(fā)脈沖將產(chǎn)生。 n在檢測到零電流信號后在檢測到零電流信號后，若仍不見主，若仍不見主電流再超過電流再超過I0 ，說明電流確已終止，再封鎖本組脈，說明電流確已終止，再封鎖本組脈沖。沖。tabl 大約需要半個到一個脈波的時間。大約需要半個到一個脈波的時間。 在封鎖觸發(fā)脈沖后，已導(dǎo)通的晶閘管要過一段在封鎖觸發(fā)脈沖后，已導(dǎo)通的晶閘管要過一段時間后才能關(guān)斷，再過一段時間才能恢復(fù)阻斷能力。時間后才能關(guān)斷，再過一段時間才能恢復(fù)阻斷能力。如果在此以前就開放它組脈沖，仍有可能造成兩組晶如果在此以前就開放它組脈沖，仍

31、有可能造成兩組晶閘管同時導(dǎo)通，產(chǎn)生環(huán)流。閘管同時導(dǎo)通，產(chǎn)生環(huán)流。 時間時間 tdt ，一般應(yīng)大于一個波頭的時間，一般應(yīng)大于一個波頭的時間。n在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個在邏輯控制環(huán)節(jié)的兩個輸出信號輸出信號ublf和和ublr之間必之間必須有互相須有互相的保護，的保護，決不允許出現(xiàn)兩組脈沖決不允許出現(xiàn)兩組脈沖同時開放的狀態(tài)。同時開放的狀態(tài)。n現(xiàn)在的邏輯控制無環(huán)流現(xiàn)在的邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)大多已經(jīng)可逆調(diào)速系統(tǒng)大多已經(jīng)用用實現(xiàn)實現(xiàn)。 圖圖4-16邏輯控制切換程序的流程邏輯控制切換程序的流程圖圖 4.2.3 轉(zhuǎn)速反向的過渡過程分析轉(zhuǎn)速反向的過渡過程分析圖圖4-4 在坐標(biāo)系上表示的電動機反向軌跡在坐標(biāo)系上

32、表示的電動機反向軌跡系統(tǒng)制動過程的三個階段：系統(tǒng)制動過程的三個階段： (1) ：從：從a點到點到b點，電動機正向電流衰減階段，點，電動機正向電流衰減階段，VF組工作；組工作； (2) ：從：從b點到點到c點，點，電動機反向電流建立階段，電動機反向電流建立階段，VR組組工作；工作； (3) ：從：從c點到點到d點點 ，電動機恒值電流制動階段，電動機恒值電流制動階段，VR組組工作。工作。 如果是反向起動，則從如果是反向起動，則從d點開始點開始又一次地進入起動過程。又一次地進入起動過程。 圖圖4-17 配配合控制有環(huán)流可逆直合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形過渡過程波

33、形 1. 本組逆變階段本組逆變階段(圖圖4-17中的階段中的階段 )n在正向制動過程以前，電動機是處于在正向制動過程以前，電動機是處于狀態(tài)，對照圖狀態(tài)，對照圖4-14，由于，由于ASR、ACR調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的倒相作用，所以圖中參數(shù)的極性為：倒相作用，所以圖中參數(shù)的極性為：Un*(+) Ui*(-) Uc (+) 。nVF組是工作在組是工作在，稱它為本組；，稱它為本組；nVR組是工作在待逆變狀態(tài)，稱它為它組。組是工作在待逆變狀態(tài)，稱它為它組。n發(fā)出停車指令后，進入電動機制動過程中的正向電發(fā)出停車指令后，進入電動機制動過程中的正向電流衰減階段：流衰減階段：Un*(=0) Un(-) Ui*(=U*

34、im) Uc(=-Ucm) 1. 本組逆變階段本組逆變階段(圖圖4-17中的階段中的階段 )n本組本組VF組由整流狀態(tài)很快變成組由整流狀態(tài)很快變成f=min的逆變狀的逆變狀態(tài)，態(tài)，n它組它組VR組由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。組由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。n電動機反電動勢電動機反電動勢E極性未變，迫使極性未變，迫使Id迅速下降，迅速下降，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向電流，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向電流，n大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)，所以稱作大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)，所以稱作“”。 rdfddUUEtIL00dd2它組整流階段（圖它組整流階段（圖4-17中的階段中的階段 ）

35、n當(dāng)主電路當(dāng)主電路時，本組逆變終止，第時，本組逆變終止，第階階段結(jié)束，轉(zhuǎn)到它組段結(jié)束，轉(zhuǎn)到它組VR工作，開始通過它組制動。工作，開始通過它組制動。n當(dāng)當(dāng) 時，它組時，它組VR由由“待整流待整流”進入進入，向主電路提供，向主電路提供-Id。本組。本組VF由由“逆變逆變”進入待逆變。進入待逆變。 n在它組整流電壓在它組整流電壓Udor和反電動勢和反電動勢E的同極性的情況的同極性的情況下，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，下，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，稱作稱作 “”。rdfddUUEtIL00dd3它組逆變階段（圖它組逆變階段（圖4-17中的階段中的階段 ）nACR調(diào)節(jié)器退飽和的

36、唯一途徑是調(diào)節(jié)器退飽和的唯一途徑是的超調(diào)，的超調(diào)，此超調(diào)表示了制動軌跡圖中的電動機恒值電流制動此超調(diào)表示了制動軌跡圖中的電動機恒值電流制動階段的開始：階段的開始：nACR的控制目標(biāo)是維持的控制目標(biāo)是維持Id= Idm 。由于。由于ACR是是型系型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擾動是電動機的反電動勢，它統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的擾動是電動機的反電動勢，它是一個線性漸減的擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，是一個線性漸減的擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是接近于而是接近于 -Idm 。 n電動機在恒減速條件下回饋制動，把屬于機械能的電動機在恒減速條件下回饋制動，把屬于機械能的動能轉(zhuǎn)換成電能，其中大部分通過動能轉(zhuǎn)換成電能，

37、其中大部分通過VR逆變回饋電網(wǎng)，逆變回饋電網(wǎng)，稱作稱作“”或或“它組回饋制動階段它組回饋制動階段”。n“它組反接制動階段它組反接制動階段”和和“它組逆變階段它組逆變階段”都是反組都是反組VR工作，直到制動結(jié)束，總稱它們?yōu)楣ぷ?，直到制動結(jié)束，總稱它們?yōu)椤八M制動階它組制動階段段”。n最后，轉(zhuǎn)速下降得很低，并略有反轉(zhuǎn)，最后，轉(zhuǎn)速下降得很低，并略有反轉(zhuǎn)，ASR開始退開始退飽和。于是，電流減小，電動機隨即停止。飽和。于是，電流減小，電動機隨即停止。n如果需要在制動后緊接著反轉(zhuǎn)，如果需要在制動后緊接著反轉(zhuǎn)，Id=-Idm的過程就會的過程就會延續(xù)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時為止。延續(xù)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時為止。4.3 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)n變電樞電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速）向下調(diào)速。變電樞電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速）向下調(diào)速。在變壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩在變壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩Te=KmId，允許的轉(zhuǎn)矩也不會變，稱作，允許的轉(zhuǎn)矩也不會變，稱作“”。n降低勵磁電流以減弱磁通是從基速向上調(diào)速。降低勵磁電流以減弱磁通是從基速向上調(diào)速。在弱磁在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的