可逆直流調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)

1、 Shanghai university 可逆直流調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng) 第第 4 章章 Shanghai university4.1 可逆直流調速系統(tǒng)可逆直流調速系統(tǒng)內容提要內容提要 問題的提出問題的提出 晶閘管晶閘管-電動機系統(tǒng)的可逆線路電動機系統(tǒng)的可逆線路 晶閘管晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動電動機系統(tǒng)的回饋制動 兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流 有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)有環(huán)流可逆調速系統(tǒng) 無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)無環(huán)流可逆調速系統(tǒng) Shanghai university問題的提出問題的提出 有許多生產機械要求電動機既能正轉，又能反轉，有許多生產機械要求電動機既能正轉，又能反轉，而

2、且常常還需要快速地起動和制動，這就需要電力拖而且常常還需要快速地起動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運行的特性，也就是說，需要動系統(tǒng)具有四象限運行的特性，也就是說，需要可逆可逆的調速系統(tǒng)。的調速系統(tǒng)。 Shanghai university問題的提出（續(xù)）問題的提出（續(xù)）只有改變電磁轉矩的方向，才能改變轉速的方向。只有改變電磁轉矩的方向，才能改變轉速的方向。 dmdmeIKICT1. 改變電樞電流的方向改變電樞電流的方向2. 改變勵磁電流的方向改變勵磁電流的方向 Shanghai university一。一。 單片微機控制的單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)可逆直流調速系統(tǒng) Shang

3、hai university主電路：主電路：Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 Shanghai university正反轉的實現正反轉的實現 調速時，調速時， PWM信號占空比信號占空比 的可調范圍為的可調范圍為0 1 ，使，使UPEM的輸出平均電壓系數的變化范圍的輸出平均電壓系數的變化范圍為為 1 0.5時，時， 為正，電機正轉為正，電機正轉 當當 |Ud0r|， n 0 電機輸出電能實現回饋制動電機輸出電能實現回饋制動。PId Shanghai university（3）機械特性范圍）機械特

4、性范圍圖4-4c 機械特性運行范圍 整流狀態(tài)整流狀態(tài) V-M系統(tǒng)工作在第系統(tǒng)工作在第一象限。一象限。 逆變狀態(tài)逆變狀態(tài) V-M系統(tǒng)工作在第系統(tǒng)工作在第二象限二象限。Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運動O Shanghai university4. V-M系統(tǒng)的四象限運行系統(tǒng)的四象限運行 在可逆調速系統(tǒng)中，正轉運行時可利用反組晶閘管在可逆調速系統(tǒng)中，正轉運行時可利用反組晶閘管實現回饋制動，反轉運行時同樣可以利用正組晶閘管實現回饋制動，反轉運行時同樣可以利用正組晶閘管實現回饋制動。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯，實現回饋制動。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯，就可實現電動機的四象限運行。

5、就可實現電動機的四象限運行。 歸納起來，可將可逆線路正反轉時晶閘管裝置和電歸納起來，可將可逆線路正反轉時晶閘管裝置和電機的工作狀態(tài)列于表機的工作狀態(tài)列于表4-1中。中。 Shanghai universityMVRVFId-Id+-+- - Shanghai university表表4-1 V-M系統(tǒng)反并聯可逆線路的工作狀態(tài)系統(tǒng)反并聯可逆線路的工作狀態(tài) V-M系統(tǒng)的工作狀態(tài)正向運行正向制動反向運行反向制動電樞端電壓極性+電樞電流極性+電機旋轉方向+電機運行狀態(tài)電動電動回饋發(fā)電回饋發(fā)電電動電動回饋發(fā)電回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流正組整流反組逆變反組逆變反組整流反組整流正組逆變正組逆變機

6、械特性所在象限一一二二三三四四 Shanghai university 反并聯的晶閘管裝置的其他應用反并聯的晶閘管裝置的其他應用 即使是不可逆的調速系統(tǒng)，只要是需要快速的回饋制即使是不可逆的調速系統(tǒng)，只要是需要快速的回饋制動，常常也采用兩組反并聯的晶閘管裝置，由動，常常也采用兩組反并聯的晶閘管裝置，由正組提正組提供電動運行所需的整流供電，反組只提供逆變制動供電動運行所需的整流供電，反組只提供逆變制動。 這時，兩組晶閘管裝置的容量大小可以不同，反組這時，兩組晶閘管裝置的容量大小可以不同，反組只在短時間內給電動機提供制動電流，并不提供穩(wěn)態(tài)只在短時間內給電動機提供制動電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運行的電流，實

7、際采用的容量可以小一些。運行的電流，實際采用的容量可以小一些。 Shanghai university三三. 可逆可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題系統(tǒng)中的環(huán)流問題 1. 環(huán)流及其種類環(huán)流及其種類 環(huán)流的定義環(huán)流的定義 采用兩組晶閘管反并聯的可逆采用兩組晶閘管反并聯的可逆V-M系統(tǒng)，系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時出現，便會產如果兩組裝置的整流電壓同時出現，便會產生生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流的短路電流，稱作環(huán)流，如下圖中所示。，如下圖中所示。 Shanghai university圖圖4-5 反并聯可逆反并聯可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流系統(tǒng)

8、中的環(huán)流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- 環(huán)流的形成環(huán)流的形成IdIcIc 環(huán)流Id 負載電流 Shanghai university 環(huán)流的危害和利用環(huán)流的危害和利用 危害：危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，徒然一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，徒然加加重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率重晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，環(huán)流太大時，環(huán)流太大時會導致晶閘管損壞，因此應該予以抑制或消除。會導致晶閘管損壞，因此應該予以抑制或消除。 利用：利用：只要合理的對環(huán)流進行控制，保證晶閘管的只要合理的對環(huán)流進行控制，保證晶閘管的安全工作，可以安全工作，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基

9、本負利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負載電流，使電動機在空載或輕載時可工作在晶閘管載電流，使電動機在空載或輕載時可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。對系統(tǒng)性能的影響。 Shanghai university 環(huán)流的分類環(huán)流的分類 在不同情況下，會出現下列不同性質的環(huán)流：在不同情況下，會出現下列不同性質的環(huán)流： （1）靜態(tài)環(huán)流靜態(tài)環(huán)流 兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現的環(huán)流，其中又有兩類：時出現的環(huán)流，其中又有兩類： 直流平均環(huán)流直流平均環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電由晶閘

10、管裝置輸出的直流平均電壓所產生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。壓所產生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。 瞬時脈動環(huán)流瞬時脈動環(huán)流兩組晶閘管輸出的直流平均電壓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，瞬時電壓差仍會產生差為零，但因電壓波形不同，瞬時電壓差仍會產生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。 （2）動態(tài)環(huán)流動態(tài)環(huán)流 僅在可逆僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現系統(tǒng)處于過渡過程中出現的環(huán)流。的環(huán)流。 Shanghai university圖4-5 反并聯可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-2. 直流平均環(huán)流與配合控制直流平均環(huán)流與

11、配合控制 Shanghai university 在兩組晶閘管反并聯的可逆在兩組晶閘管反并聯的可逆V-M系統(tǒng)中，如果讓正組系統(tǒng)中，如果讓正組VF 和反組和反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負相都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負相連，必然產生較大的直流平均環(huán)流。為了防止直流平均連，必然產生較大的直流平均環(huán)流。為了防止直流平均環(huán)流的產生，需要采取必要的措施，比如：環(huán)流的產生，需要采取必要的措施，比如： 采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只允許一組采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只允許一組晶閘管裝置工作；晶閘管裝置工作；無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)無環(huán)流可逆調速系統(tǒng) 采用配合控制的策略，使

12、一組晶閘管裝置工作在整流采用配合控制的策略，使一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。 Shanghai university（1）配合控制原理）配合控制原理 為了防止產生直流平均環(huán)流，應該當正組處為了防止產生直流平均環(huán)流，應該當正組處于整流狀態(tài)時，強迫讓反組處于逆變狀態(tài)，且于整流狀態(tài)時，強迫讓反組處于逆變狀態(tài)，且控制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓控制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓 頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是 Ud0r = Ud0f Ud0f = Ud0 max cos f Ud0f = Ud0 max

13、cos r其中其中 f 和和 r 分別為分別為VF和和VR的控制角的控制角。 Shanghai university 由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓電壓 Ud0max 是一樣的，因此，當直流平均環(huán)流為是一樣的，因此，當直流平均環(huán)流為零時，應有零時，應有 cos r = cos f或或 r + f = 180 （4-3）如果反組的控制用逆變角如果反組的控制用逆變角 r 表示，則表示，則 f = r （4-4） Shanghai university 由此可見，按照式（由此可見，按照式（4-4）來控制就可以消除）來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作

14、直流平均環(huán)流，這稱作 = 配合控制。為了配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用 f r Shanghai university（2）配合控制方法）配合控制方法 為了實現配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖為了實現配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在零位都定在90，即，即 當控制電壓當控制電壓 Uc= 0 時，使時，使 f = r = 90，此時此時 Ud0f = Ud0r = 0 ，電機處于停止狀態(tài)。，電機處于停止狀態(tài)。 增大控制電壓增大控制電壓Uc 移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反就可以了

15、制電壓大小相等符號相反就可以了。這樣的觸發(fā)控制電路示于下圖。這樣的觸發(fā)控制電路示于下圖。 Shanghai university圖4-6 = 配合控制電路GTF正組觸發(fā)裝置 GTR 反組觸發(fā)裝置 AR 反號器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3） = 配合控制電路 Shanghai university 在如圖電路中，用同一個控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝置，正組觸發(fā)裝置GTF由 Uc 直接控制，而反組觸發(fā)裝置GTR由 控制， 是經過反號器AR后獲得的。 ccUU-cU Shanghai university圖4-7 =配合控制特性 - UcmUc90o rmin180o

16、0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fGTRGTFUc1r f（4） = 配合控制特性配合控制特性 Shanghai universityMVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -四四. = 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) Shanghai university最小逆變角限制最小逆變角限制 為了防止為了防止 “ “逆變顛覆逆變顛覆”現象，必須現象，必須在控制電路中采用限幅作用，形成最小在控制電路中采用限幅作用，形成最小逆變角逆變角 minmin保護。

17、與此同時，對保護。與此同時，對 角也角也實施實施 minmin 保護，以免出現保護，以免出現 直流平均環(huán)直流平均環(huán)流。流。一般取一般取30minmin Shanghai university瞬時脈動環(huán)流的抑制瞬時脈動環(huán)流的抑制 直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做抗器，叫做環(huán)流電抗器環(huán)流電抗器，或稱，或稱均衡電抗器。均衡電抗器。 環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流環(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載額

18、定電流的的直流分量限制在負載額定電流的510%510%來設計。來設計。 Shanghai university制動過程分析制動過程分析I IIttt000Id -Idm IdL n Uc -Ucm E III Shanghai universityI.I.本組逆變階段本組逆變階段II.II.它組反接制動階段它組反接制動階段III.III.它組逆變回饋制動階段它組逆變回饋制動階段 有環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的優(yōu)點是反向快、有環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的優(yōu)點是反向快、過渡過程平滑，但須設置多個環(huán)流電抗過渡過程平滑，但須設置多個環(huán)流電抗器。器。 Shanghai university五。無環(huán)流控制的可逆五。無環(huán)流控制

19、的可逆V-MV-M系統(tǒng)系統(tǒng) 當無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的一組晶閘當無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的一組晶閘管工作時，另一組被封鎖，完全處管工作時，另一組被封鎖，完全處于阻斷狀態(tài)，從根本上切斷了環(huán)流于阻斷狀態(tài)，從根本上切斷了環(huán)流通路，既沒有直流平均環(huán)流，又沒通路，既沒有直流平均環(huán)流，又沒有瞬時脈動環(huán)流。有瞬時脈動環(huán)流。 Shanghai university 按照實現無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)按照實現無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流可逆系統(tǒng)又有兩大類：流可逆系統(tǒng)又有兩大類：（1 1）邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)）邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)（2 2）錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)）錯位控制無環(huán)流系統(tǒng) Shanghai university邏輯控制的

20、無環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)當一組晶閘管工作時，用邏輯當一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）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，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)，以確保兩使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切組晶閘管不同時工作，從根本上切斷環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的斷環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)無環(huán)流可逆系統(tǒng)。 Shanghai university錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng) 采用正反兩組配合控制，但兩組脈沖的關系是采用正反兩組配合控制，但兩組脈沖的關系是 r r + + f f = 300 = 300 ，甚至是，甚至是 r r + + f