第二直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

1、電氣傳動(dòng)及控制基礎(chǔ)電氣傳動(dòng)及控制基礎(chǔ)第第2 2章章 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.1 2.1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)( (G-M)G-M) 以旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組作為可控電源供電的直流調(diào)以旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組作為可控電源供電的直流調(diào)速系統(tǒng)叫速系統(tǒng)叫發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)- -電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)系統(tǒng), ,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱G-MG-M系統(tǒng)系統(tǒng)。其。其原理圖如圖原理圖如圖2.12.1所示。所示。 圖圖2.1 2.1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-MG-M）系統(tǒng)）系統(tǒng)2.1 2.1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)( (G-M)G-

2、M) G-MG-M系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四象限系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，圖運(yùn)行，圖2.22.2給出了采用給出了采用旋轉(zhuǎn)變流器供電時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)變流器供電時(shí)，電機(jī)可可逆逆運(yùn)行的機(jī)械特性，它運(yùn)行的機(jī)械特性，它們基本都是平行的直線。們基本都是平行的直線。該系統(tǒng)的機(jī)械特性表達(dá)式該系統(tǒng)的機(jī)械特性表達(dá)式為式（為式（2.12.1）所示。）所示。2eeemURnTCC C （2.12.1）圖圖2.2 G-M2.2 G-M系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M)1 1. .晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)介紹晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速

3、系統(tǒng)介紹2.V-M2.V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性系統(tǒng)的機(jī)械特性3.3.晶閘管脈沖相位控制可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng) 采用晶閘管變流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)叫晶閘管采用晶閘管變流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)叫晶閘管- -電機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-MV-M，又稱，又稱靜止的靜止的Wand-Wand-LeonandLeonand系統(tǒng)系統(tǒng)。其原理框圖如圖（其原理框圖如圖（2.32.3）所示。）所示。圖圖2.3 2.3 晶閘管晶閘管- -電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M)V-M)系統(tǒng)系統(tǒng)2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M

4、)V-M)（1 1）有源逆變）有源逆變晶閘管整流裝置把直流電變晶閘管整流裝置把直流電變?yōu)榻涣麟姷倪^程稱為逆變。為交流電的過程稱為逆變。若變流裝置把直流電變成交若變流裝置把直流電變成交流電后反送到電網(wǎng)，這種流電后反送到電網(wǎng)，這種逆變稱為有源逆變。逆變稱為有源逆變。圖圖2.42.4為三相零式電路供電直為三相零式電路供電直流電機(jī)帶位能負(fù)載的電路流電機(jī)帶位能負(fù)載的電路及波形圖。及波形圖。 圖圖2.4 2.4 晶閘管電路的整流與逆變晶閘管電路的整流與逆變（a a）整流狀態(tài)；）整流狀態(tài)；(b)(b)逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V

5、-M) 逆變角逆變角 晶閘管電路有源逆變條件晶閘管電路有源逆變條件 變流器的外特性變流器的外特性 逆變失敗逆變失敗 防止逆變失敗的措施防止逆變失敗的措施圖圖2.5 2.5 變流器平均輸出電壓特性變流器平均輸出電壓特性2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M)晶閘管相位控制傳動(dòng)系統(tǒng)晶閘管相位控制傳動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，電樞電流可能工作時(shí)，電樞電流可能存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況。況。圖圖2.62.6為由晶閘管三相零式為由晶閘管三相零式電路供電的相位控制傳電路供電的相位控制傳動(dòng)系統(tǒng)在電樞電流連續(xù)動(dòng)系統(tǒng)在電樞電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的工作波形。和斷續(xù)

6、時(shí)的工作波形。圖圖2.6 V-M2.6 V-M系統(tǒng)工作情況系統(tǒng)工作情況（a a）線路；）線路；(b)(b)電流斷續(xù)時(shí)工作波形；電流斷續(xù)時(shí)工作波形；(c)(c)電流斷續(xù)狀況得到改善的工作波形；電流斷續(xù)狀況得到改善的工作波形；(d)(d)電流連續(xù)時(shí)工作波形電流連續(xù)時(shí)工作波形2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M)圖圖2.7 V-M2.7 V-M系統(tǒng)機(jī)械特性系統(tǒng)機(jī)械特性2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制調(diào)速系統(tǒng)(V-M)(V-M)圖圖2.8 2.8 三相零式電路輸出電壓和電流波形圖三相零式電路輸出電壓和電流波形圖（a)a)電

7、流斷續(xù)更嚴(yán)重時(shí)工作波形；電流斷續(xù)更嚴(yán)重時(shí)工作波形；（b)b)電流斷續(xù)時(shí)工作波形；電流斷續(xù)時(shí)工作波形；(c)(c)電流連續(xù)時(shí)工作波形；電流連續(xù)時(shí)工作波形； 可逆系統(tǒng)組成可逆系統(tǒng)組成 環(huán)流的產(chǎn)生及大小環(huán)流的產(chǎn)生及大小圖圖2.9 2.9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M)圖圖2.10 2.10 三相橋式可逆線路三相橋式可逆線路（a)a)反并聯(lián)線路；反并聯(lián)線路；(b)(b)交叉連接線路交叉連接線路2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M

8、) 環(huán)流的產(chǎn)生及大小分析環(huán)流的產(chǎn)生及大小分析圖圖2.11 2.11 三相零式反并聯(lián)可逆電路環(huán)流分析三相零式反并聯(lián)可逆電路環(huán)流分析（a)a)主電路；（主電路；（b)b)正組輸出電壓波形；正組輸出電壓波形；(c)(c)反組輸出電壓波形；反組輸出電壓波形；（d)d)正、反組電壓差和環(huán)流波形正、反組電壓差和環(huán)流波形2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M) 可逆系統(tǒng)機(jī)械特可逆系統(tǒng)機(jī)械特性性圖圖2.12 2.12 合成機(jī)械特性合成機(jī)械特性圖圖2.9 2.9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系

9、統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M) 整流，待整流整流，待整流逆變，待逆變逆變，待逆變圖圖2.9 2.9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M) 圖圖2.9 2.9 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路 圖圖2.13 2.13 = =配合控制時(shí)可逆系統(tǒng)的配合控制時(shí)可逆系統(tǒng)的減速制動(dòng)過程減速制動(dòng)過程2.2 2.2 晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)( (V-M)V-M) 圖圖2.14 H2.14 H型可逆型可逆PWMPWM傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)

10、系統(tǒng)(a)(a)原理圖；原理圖；(b)(b)電壓和電流波形電壓和電流波形2.2.3 3 脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（PWM-MPWM-M） 機(jī)械特性機(jī)械特性 圖圖2.15 2.15 電流連續(xù)時(shí)電流連續(xù)時(shí)PWMPWM傳動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性傳動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性2.2.3 3 脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（PWM-MPWM-M） 圖圖2.3 2.3 晶閘管晶閘管- -電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M)V-M)系統(tǒng)系統(tǒng)2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)( )( )sT sdsctUsK eUs 圖圖

11、2.16 2.16 晶閘管觸發(fā)變流裝置的失控時(shí)間晶閘管觸發(fā)變流裝置的失控時(shí)間（2.22.2）2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)( )( )sT sdsctU sK eU s224433()111()(1)()2246sj TdssctssssUjKK eUjTTj TT ( )( )1dsctsU sKUsTs（2.32.3）（2.42.4）（2.52.5）2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 2 2. .電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)/dddURILdIdtE2(/375)/eLTTGDdn dteECnemdTCI

12、2( )() ( )( )( )( )(/375)( )( )/( )( )( )deLeemdUsLsR L sE sT sT sGDsn sE sCnsT sCIs（2.62.6）（2.72.7）（2.82.8）（2.92.9） 圖圖2.17 2.17 直流電機(jī)等效電路直流電機(jī)等效電路2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 22/375LemTGD RC C (2.1(2.10)0)圖圖2.18 2.18 電流連續(xù)時(shí)電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流連續(xù)時(shí)電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(a)(a)結(jié)構(gòu)圖；結(jié)構(gòu)圖；(b)(b)簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖LmdLTCI211/( )( )1

13、edmmCn sUsT TsT s1/TL R2( )() ( )( )( )( )(/375)( )( )( )( )( )deLeemdU sLsR L sE sT sT sGDsn sE sCn sT sCI s2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)1/( )( )1edmCn sUsT s(2.1(2.11)1) 圖圖2.19 2.19 電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的電流響應(yīng)電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的電流響應(yīng)(a)(a)連續(xù)時(shí)；連續(xù)時(shí)；(b)(b)斷續(xù)時(shí)斷續(xù)時(shí)2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)211/( )( )1edmmCn sU sT TsT s 圖圖2.20 2.20 電流斷續(xù)時(shí)電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖電流斷續(xù)時(shí)電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(a)(a)結(jié)構(gòu)圖；結(jié)構(gòu)圖；(b)(b)簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖(2.1(2.10)0)2. 4 2. 4 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)作作 業(yè)業(yè) 1 1. .晶閘管脈沖相位控制傳動(dòng)系統(tǒng)（晶閘管脈沖相位控制傳動(dòng)系統(tǒng)（V-MV-M）的機(jī)械特性在電的機(jī)械特性在電流連續(xù)時(shí)和電流斷續(xù)時(shí)各有什么特點(diǎn)？流連續(xù)時(shí)和電流斷續(xù)時(shí)各有什么特點(diǎn)？ 2 2. .晶閘管脈沖相位控制傳動(dòng)可逆系統(tǒng)為什么由兩組整流電