電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)陳伯時(shí)第四章課件

問題的提出

有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。然而當(dāng)電機(jī)采用電力電子裝置供電時(shí)，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦?，需要專用的可逆電力電子裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)。可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題

環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~IdIcIc

—環(huán)流Id

—負(fù)載電流

環(huán)流的危害和利用危害：環(huán)流加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞。利用：對(duì)環(huán)流進(jìn)行控制，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對(duì)系統(tǒng)性能的影響。環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流——兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流。直流平均環(huán)流——由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流——兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流——僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。

配合控制方法

為了實(shí)現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90°，即當(dāng)控制電壓Uc=0時(shí)，使f

=r

=90°，此時(shí)Ud0f

=Ud0r

=

0

，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。增大控制電壓Uc

移相時(shí)，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號(hào)相反就可以了。=

配合控制特性

=

配合控制系統(tǒng)的移相控制特性示于下圖。移相時(shí)，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)，這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1=

配合控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)

——逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)載電流，沒有電能回饋電網(wǎng)，只是處于“待逆變狀態(tài)”，表示該組晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作。逆變狀態(tài)

——只有在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)發(fā)出信號(hào)改變控制角后，同時(shí)降低了整流電壓和逆變電壓的幅值，一旦電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E>|Ud0r|=|Ud0f|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機(jī)產(chǎn)生回饋制動(dòng)，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。待整流狀態(tài)

——當(dāng)逆變組工作時(shí)，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。在

=

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(shí)候，只有一組晶閘管裝置在工作，另一組則處于等待工作的狀態(tài)。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制

產(chǎn)生原因采用配合控制已經(jīng)消除了直流平均環(huán)流，但是，由于晶閘管裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，造成整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流。這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流是自然存在的，因此

=配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)又稱作自然環(huán)流系統(tǒng)。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制

直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，而瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器。環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時(shí)環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額定電流的5%~10%來設(shè)計(jì)。

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4個(gè)環(huán)流電抗器。環(huán)流電抗器的設(shè)置12MVFVRabcABC--~主電路主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路。正組晶閘管VF,由GTF控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時(shí)，VF整流；反轉(zhuǎn)時(shí)，VF逆變。反組晶閘管VR,由GTR控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時(shí)，VR整流；正轉(zhuǎn)時(shí)，VR逆變。給定與檢測(cè)電路（轉(zhuǎn)速）

根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行的需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)的極性。給定電壓：正轉(zhuǎn)時(shí)，KF閉合，U*n=“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，KR閉合，U*n=“-”。轉(zhuǎn)速反饋：正轉(zhuǎn)時(shí)，Un=“-”，反轉(zhuǎn)時(shí)，Un=“+”。給定與檢測(cè)電路（電流）電流反饋電壓：正轉(zhuǎn)時(shí)，Ui

=“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，Ui

=“-”?？刂齐娐?/p>

控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流；電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角

min

與最小逆變角

min

?？刂品绞?/p>

采用同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路時(shí)，移相控制特性是線性的。

rmin180o0o-

UcmUcmUc90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1=配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過程波形tttOOOId

n

Uc

III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

當(dāng)工藝過程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。系統(tǒng)分類

按照實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流可逆系統(tǒng)有兩大類：邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)。

控制原理邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路。錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是r

+f

=300°，甚至是r

+f

=360°，也就是說，初始相位整定在r

=f

=150°或180°。當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時(shí)，晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流了。邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：省去環(huán)流電抗器，沒有附加的環(huán)流損耗；節(jié)省變