第4章可逆控制與弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)正稿

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)作業(yè)n思考題4-3n附加題2。畫出晶閘管整流器供電的邏輯控制無環(huán)。畫出晶閘管整流器供電的邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。其中的邏流可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。其中的邏輯控制器輯控制器DLC有哪些輸入量？用哪些輸出有哪些輸入量？用哪些輸出量？它們的作用是什么？量？它們的作用是什么？內(nèi) 容 提 要n直流PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng) nV-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng) n電動機除電動轉(zhuǎn)矩外還須產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)生產(chǎn)機械快速的減速、停車與正反向運行等功能。n在轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)

2、矩的坐標(biāo)系上，就是四象限運行的功能，n這樣的調(diào)速系統(tǒng)需要正反轉(zhuǎn)，故稱可逆調(diào)速系統(tǒng)。圖4-1 調(diào)速系統(tǒng)的四象限運行4.1 直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)nPWM變換器電路有多種形式，可分為不可逆與可逆兩大類，n還有一種帶制動電流通路的不可逆PWM-直流電動機系統(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。n如果要求轉(zhuǎn)速反向，需要改變PWM變換器輸出電壓的正負(fù)極性，使得直流電動機可以在四象限中運行，由此構(gòu)成了可逆的PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)。4.1.1 橋式可逆橋式可逆PWM變換器變換器圖4-2橋式可逆PWM變換器電路Id圖4-3 雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出

3、電壓和電流波形3241ggggUUUU在一個開關(guān)周期內(nèi)，n當(dāng)0tton時，UAB=US，電樞電流id沿回路1流通；n當(dāng)tont1/2時，Ud為正，電動機正轉(zhuǎn)；0 ，n 0n 電動機從電路輸入能量作電動運行，運行在第象限。P0 2)反組晶閘管裝置反組晶閘管裝置VR工作的工作的正向制動狀態(tài)正向制動狀態(tài)圖3-4 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)(b)反組逆變回饋制動 n由反組晶閘管裝置由反組晶閘管裝置VR供電供電nVR處于逆變狀態(tài)nr 90Id反向， E |Ud0r|，Te0n電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。PE,Id反向，反向，Te0,n04)反向制動狀態(tài)反向制動狀態(tài)VF工作在逆變

4、狀態(tài)，工作在逆變狀態(tài)，Ud0f0，n0。電動機工作在反。電動機工作在反向發(fā)電狀態(tài)。運行在第四象限，將向發(fā)電狀態(tài)。運行在第四象限，將電動機發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)，電動機發(fā)出的電能回饋給電網(wǎng)，P0二V-M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。n一般地說，環(huán)流對系統(tǒng)無益，徒然加重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)致晶閘管損壞，因此必須予以抑制或消除。n目前廣泛應(yīng)用的是邏輯無環(huán)流可逆控制系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆控制系統(tǒng) 三邏輯控制的無環(huán)流可逆三邏輯控制的無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)系統(tǒng)n邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯控制的無

5、環(huán)流可逆系統(tǒng):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），用管工作時（不論是整流工作還是逆變工作），用邏輯關(guān)邏輯關(guān)系控制系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。確保兩組晶閘管不同時工作。圖4-15 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖DLC無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)，ZC零電流檢測環(huán)節(jié)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)當(dāng)Ublf=“1”時，為同相放大器。時，為同相放大器。 當(dāng)當(dāng)Ublf=0”時，為反相放大器時，為反相放大器為符號變換器為符號變換器UblfUc為正時為正時900n主電路采用兩

6、組晶閘管裝置反并聯(lián)線路。n由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器。n仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運行時電流波形連續(xù)。n控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案。n電流環(huán)ACR用來控制觸發(fā)裝置n脈沖通路與門DF和DRn無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，其作用是：控制兩組橋控制兩組橋的觸發(fā)脈沖通道，控制兩組整流器的閉鎖。的觸發(fā)脈沖通道，控制兩組整流器的閉鎖。 2.邏輯控制器原理邏輯控制器原理n邏輯控制器邏輯控制器DLC有兩個輸入量：有兩個輸入量：Ui*、Ui0。兩個輸出量。兩個輸出量Ublf、Ublr.iUASR的輸出信號的輸出信號Ui* 極性代表了電磁轉(zhuǎn)矩方向，極性代表了電磁轉(zhuǎn)矩方向，（1）正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)制動

7、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Te0，Ui*0 (2)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Te0，Ui*0；Id0且減小，Ud0) (2) 它組整流階段：從b點到c點，電動機反向電流建立階段，VR組工作(Id0,Ud0) (3) 它組逆變階段：從c點到d點 ，電動機恒值電流制動階段，VR組工作。 如果是反向起動，則從d點開始又一次地進入起動過程。本組逆本組逆變階段變階段它組整流階段它組整流階段它組逆變階段它組逆變階段系統(tǒng)工作原理1.正向電動狀態(tài)正向電動狀態(tài)KF是合上的，是合上的，Un*為正，為正，Un*略大于略大于U

8、n，Ui*為正極性，輸出為正極性，輸出Ui1*為正。為正。Uc為正為正 ，900，且比較大且比較大Udf為負(fù)的最大值。為負(fù)的最大值。VF工作在逆變狀態(tài)，工作在逆變狀態(tài)， 正向正向Id迅速減為零。迅速減為零。大部分能量通過本大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)，所以稱作組回饋電網(wǎng)，所以稱作“本組逆變階段本組逆變階段”。 2.正向制動狀態(tài)正向制動狀態(tài)RIEUdtdiLdfddd0Udf2)它組整流階段它組整流階段當(dāng)正向當(dāng)正向Id迅速減為零時，經(jīng)封鎖延時迅速減為零時，經(jīng)封鎖延時3ms, DLC的輸出的輸出Ublf=“0” Ui1*變?yōu)檎優(yōu)檎?Ui Ui0Uc為正為正Ui1* Ui 900 VR工作在逆變狀態(tài)

9、，經(jīng)工作在逆變狀態(tài)，經(jīng)ACR調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Id-Idm ， E=Udr+IdR 電動機將機械能變成電能經(jīng)電動機將機械能變成電能經(jīng)VR回饋電網(wǎng)回饋電網(wǎng) n迅速下降迅速下降 E Id Ui Ui略大于略大于0 Uc負(fù)方向減小負(fù)方向減小 Udr Id又增大又增大-Idm ，隨著制動的，隨著制動的進行轉(zhuǎn)速下降得很低，并略有反轉(zhuǎn)進行轉(zhuǎn)速下降得很低，并略有反轉(zhuǎn) ASR開始退飽和。于是，電流減小，電動開始退飽和。于是，電流減小，電動機隨即停止機隨即停止0dtdiLdd3.反向電動狀態(tài)nUn*為負(fù)，為負(fù)，Un為正，為正， Un*略大于略大于Un，Ui*為負(fù)極性，為負(fù)極性， Ui1為為正，正， Uc為正為正 ， 90

10、0 ，DLC的輸出的輸出Ublf=“0”，封鎖，封鎖DF，Ublr=“1”，開放，開放DR通道，通道，DR橋工作在整流狀態(tài)。系統(tǒng)為橋工作在整流狀態(tài)。系統(tǒng)為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，Id0，Te0，n0，Id=IdL=Ui*/，n=Un*/作業(yè)n3-4n（1）電流反饋極性接反，導(dǎo)致）電流反饋極性接反，導(dǎo)致ACR飽和限幅，電流環(huán)不起作用，飽和限幅，電流環(huán)不起作用，Uc=Ucm，Ud0達(dá)到最大，達(dá)到最大，Id迅速上升超過最大值，會燒壞晶閘管迅速上升超過最大值，會燒壞晶閘管和保險絲。和保險絲。n（2）轉(zhuǎn)速反饋極性接反，導(dǎo)致）轉(zhuǎn)速反饋極性接反，導(dǎo)致ASR飽和限幅，轉(zhuǎn)速環(huán)不起作用。飽和限幅，轉(zhuǎn)速環(huán)不

11、起作用。經(jīng)電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，力圖使電樞電流為最大限幅值，電動機不斷經(jīng)電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用，力圖使電樞電流為最大限幅值，電動機不斷加速，在此過程中，加速，在此過程中，Ui一直大于一直大于0，最后導(dǎo)致，最后導(dǎo)致ACR飽和限幅，此飽和限幅，此時電流環(huán)也不起作用。整流器的輸出電壓最高，電動機達(dá)到穩(wěn)定運時電流環(huán)也不起作用。整流器的輸出電壓最高，電動機達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài)，行狀態(tài)， IdL=Id，轉(zhuǎn)速比較高，轉(zhuǎn)速比較高esdedmCKnRInCUddLcmRIUn3-7nUc=0Ui=0,因為使用的因為使用的PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，穩(wěn)態(tài)無靜差。穩(wěn)態(tài)無靜差。n因為穩(wěn)態(tài)無靜差因為穩(wěn)態(tài)無靜差Ui*= Ui =Id, nUc

12、=1/Ks(CeUn*/+IdLR)，3-10n（1）電流反饋斷線，ui=ui*ACR飽和，Ud0達(dá)到最大，達(dá)到最大，Id迅速上升超過最大值，會燒迅速上升超過最大值，會燒壞晶閘管和保險絲。壞晶閘管和保險絲。n（2）在額定負(fù)載下突然失磁，電磁轉(zhuǎn)矩為零，）在額定負(fù)載下突然失磁，電磁轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)速迅速下降為零。轉(zhuǎn)速迅速下降為零。n3.1n解：(1)*0*/15/15000.01/55 ,5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*24.17520500,5 ,3.75 ,nmNnnimdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpmUVUVnrpm

13、VrpmUVVAIAUIVUUEI RC nI RUVKKKnrpm UV UUV U當(dāng)轉(zhuǎn)速即4.175vVUUnn5n（2）堵轉(zhuǎn)時VIUUdmimi15*040*2420edddmcsssC nI RUIRUVKKK3-11n1) = U*nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r = U*im/Idm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V，n=U*n/=5/0.01=500 r/min Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(Cen+IdLR)/Ksn =(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2) 在上述穩(wěn)定運行情況下，電動機突然失磁（=0）則電

14、動機無電動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm 。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后， n=0，Un=0 ，Un= U*n U*i=U*im =10V， Ui=U*im =10V Id=Idm=30A Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(0+30*2)/30=2 V（3） 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：的開環(huán)傳遞函數(shù)是：n =hTn=5*0.05=0.25snTn=0.05snKN=(h+1)/2h2Tn2=6/2*25*0.052=48s-2 112sTssKsWnnNnn(4)n空載突加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。（空載突加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。（p9