工學重慶大學運動控制系統(tǒng)課件 孫躍院長c4

可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)

電力拖動自動控制系統(tǒng)第4章可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)第4

本章在前三章的基礎上進一步探討可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)。本課件選擇可逆調速系統(tǒng)為主要內容。本章在前三章的基礎上進一步探討可逆調速系統(tǒng)和位置隨4.1可逆直流調速系統(tǒng)內容提要問題的提出晶閘管-電動機系統(tǒng)的可逆線路晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)4.1可逆直流調速系統(tǒng)內容提要4.1.0問題的提出

有許多生產(chǎn)機械要求電動機既能正轉，又能反轉，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，需要可逆的調速系統(tǒng)。4.1.0問題的提出有許多生產(chǎn)機械要求4.1.0問題的提出（續(xù)）可逆電力電子線路直流電動機改變轉向的手段：改變電樞端外供電源的極性改變勵磁電壓的極性直流電機可逆運轉的電路解決方案：4.1.0問題的提出（續(xù)）可逆電力電子線路直流電動機改4.1.1單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)

不要求4.1.1單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)不要求4.1.2可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)一.

V-M系統(tǒng)的可逆線路對應前面提到的實現(xiàn)電動機可逆運轉的兩種手段，V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路；勵磁反接可逆線路。4.1.2可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)一.V-M系統(tǒng)的可逆線1.電樞反接可逆線路

電樞反接可逆線路的形式有多種，這里介紹如下3種方式：（1）接觸器開關切換的可逆線路（2）晶閘管開關切換的可逆線路（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路1.電樞反接可逆線路電樞反接可逆線路的形式有（1）接觸器開關切換的可逆線路

KMF閉合，電動機正轉；

KMR閉合，電動機反轉。Ud+Id–IdM（1）接觸器開關切換的可逆線路KMF閉合，電動機正轉；U（2）晶閘管開關切換的可逆線路

VT1、VT4導通，電動機正轉；

VT2、VT3導通，電動機反轉。晶閘管開關切換的可逆線路Ud–IdMVT1VT2VT3VT4+Id（2）晶閘管開關切換的可逆線路VT1、VT4導通，電動機正

接觸器切換可逆線路的特點優(yōu)點：僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。缺點：有觸點切換，開關壽命短；需自由停車后才能反向，時間長。應用：不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械。接觸器切換可逆線路的特點優(yōu)點：（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路Idb)運行范圍圖4-2兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路

兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆供電方式-n-IdnO正向反向a)電路結構MVRVFId-Id+--+--Idb)運行范圍圖4-2兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可兩組晶閘管裝置可逆運行模式

電動機正轉時，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉時，由反組晶閘管裝置VR供電。

兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機的起、制動和升、降速。但是，不允許讓兩組晶閘管同時處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對控制電路提出了嚴格的要求。

兩組晶閘管裝置可逆運行模式電動機正轉時，由正組晶閘管裝2.勵磁反接可逆線路

改變勵磁電流的方向也能使電動機改變轉向。與電樞反接可逆線路一樣，可以采用接觸器開關或晶閘管開關切換方式，也可采用兩組晶閘管反并聯(lián)供電方式來改變勵磁方向。

勵磁反接可逆線路見下圖，電動機電樞用一組晶閘管裝置供電，勵磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。2.勵磁反接可逆線路改變勵磁電流的方向也能使電動勵磁反接可逆供電方式晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路MVId+-VRVFId-Id+--+--主電路可逆勵磁電路勵磁反接可逆供電方式晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路MVId+勵磁反接的特點優(yōu)點：供電裝置功率小。由于勵磁功率僅占電動機額定功率的1~5%，因此，采用勵磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少、效益高。缺點：改變轉向時間長。由于勵磁繞組的電感大，勵磁反向的過程較慢；又因電動機不允許在失磁的情況下運行，因此系統(tǒng)控制相對復雜一些。勵磁反接的特點優(yōu)點：供電裝置功率小。小結（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類：電樞反接可逆線路——電樞反接反向過程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵磁反接可逆線路——勵磁反接反向過程慢，控制相對復雜，但所需晶閘管裝置容量小。小結（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類：（2）每一類線路又可用不同的換向方式：接觸器切換線路——適用于不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械；晶閘管開關切換線路——適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)；兩組晶閘管反并聯(lián)線路——適用于各種可逆系統(tǒng)。（2）每一類線路又可用不同的換向方式：二.晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動1.晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)在兩組晶閘管反并聯(lián)線路的V-M系統(tǒng)中，晶閘管裝置可以工作在整流或有源逆變狀態(tài)。在電流連續(xù)的條件下，晶閘管裝置的平均理想空載輸出電壓為（4-1）

二.晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動1.晶閘管裝置的整流和當控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當控制角為

90°，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)。

因此在整流狀態(tài)中，Ud0為正值；在逆變狀態(tài)中，Ud0為負值。為了方便起見，定義逆變角

=180–

，則逆變電壓公式可改寫為

Ud0=－Ud0maxcos（4-2）

當控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；-+Ud0RM+-nEV--2.單組晶閘管裝置的有源逆變

單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在拖動位能型的負載時也可能出現(xiàn)整流和有源逆變狀態(tài)。

a）整流狀態(tài)：提升重物，90°，Ud0E，n

0由電網(wǎng)向電動機提供能量。PId-+Ud0RM+-nEV--2.單組晶閘管裝置的有源逆變+-+--Ud0RMnEV--b）逆變狀態(tài)：放下重物

90°，UdE，n0

由電動機向電網(wǎng)回饋能量。注意電流方向！

PId進入回饋的條件：裝置處于逆變

E與Ud同極性

UdE+-+--Ud0RMnEV--b）逆變狀態(tài)：放下重物PId進n-nIdTe提升放下c）機械特性整流狀態(tài)：電動機工作于第1象限；逆變狀態(tài)：電動機工作于第4象限。TL圖4-3單組V-M系統(tǒng)帶起重機類型負載時的整流和逆變狀態(tài)

n-nIdTe提升放下c）機械特性整流狀態(tài)：TL圖4-33.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變現(xiàn)以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變?yōu)槔f明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。MVRVF+--+--3.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變現(xiàn)以正組晶閘管裝置整流圖4-4兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)R-+Ud0fM+-nEVF--a)正組整流電動運行

a)正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態(tài)：此時，f90°，Ud0fE，

n

0

電機從電路吸收能量作電動運行。PId圖4-4兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆b)反組晶閘管裝置VR逆變

當電動機需要回饋制動時，由于電機反電動勢的極性未變（轉速方向不變），要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過VF流通的。這時，可以利用控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)。b)反組晶閘管裝置VR逆變當電動機需要回饋制動時b)兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)+-+--Ud0rRMnEVR--VR處于逆變狀態(tài)：

此時，r90°，E>|Ud0r|，n

0電樞輸出電能實現(xiàn)回饋制動。PIdb)兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)+-+--c）機械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運動c)機械特性運行范圍

整流狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第一象限。逆變狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第二象限。c）機械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運動4.V-M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實現(xiàn)回饋制動，反轉運行時同樣可以利用正組晶閘管實現(xiàn)回饋制動。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，就可實現(xiàn)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機的工作狀態(tài)列于表4-1中。

4.V-M系統(tǒng)的四象限運行在可逆調速系統(tǒng)中，表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)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)電動回饋發(fā)電電動回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機械特性所在象限一二三四表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)晶閘管工作三.可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題

1.環(huán)流及其分類環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，稱不流經(jīng)負載而直接在兩組晶閘管之間流通的電流為環(huán)流。三.可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題1.環(huán)流及其分類圖4-5

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~環(huán)流的形成IdIcIc

—

環(huán)流Id

—負載電流

圖4-5反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流MVRVFUd環(huán)流的危害和利用危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，加重加重了晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，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。利用：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)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。環(huán)流的危害和利用危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，加環(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)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流。又分為兩類：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。瞬時脈動環(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，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。

環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流：兩組可逆線路在一定控制環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動態(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。這里，主要分析靜態(tài)環(huán)流的形成原因，并討論其控制方法和抑制措施。環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動態(tài)環(huán)流：僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過2.直流平均環(huán)流與配合控制

在兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)中，如果讓正組VF和反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負相連，必然產(chǎn)生較大的直流平均環(huán)流。直流平均環(huán)流必須抑制，其措施有：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；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)。2.直流平均環(huán)流與配合控制在兩組晶閘管反并聯(lián)（1）配合控制原理

為了防止產(chǎn)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

Ud0r=－Ud0f

由式（4-1），Ud0f=Ud0maxcosf

Ud0f=Ud0maxcosr其中f

和r

分別為VF和VR的控制角。（1）配合控制原理為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應該當正

由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓Ud0max

是一樣的，因此，當直流平均環(huán)流為零時，應有

cosr=–cosf或r+f=180（4-3）如果反組的控制用逆變角r

表示，則

f=

r（4-4）

由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓

由此可見，按照式（4-4）來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作=

配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用Ud0f

≤

Ud0rf

≥

rMVRVF+--+--Ud0fUd0r+-由此可見，按照式（4-4）來控制就可以消除直流平均（2）配合控制方法

為了實現(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°，即當控制電壓Uc=0時，使f

=r

=90°，此時Ud0f

=Ud0r

=

0

，電機處于停止狀態(tài)。增大控制電壓Uc

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。（2）配合控制方法為了實現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘圖4-6=配合控制電路MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）

=

配合控制電路GTF--正組觸發(fā)裝置GTR--反組觸發(fā)裝置AR--反號器圖4-6=配合控制電路MVRVFRrecRre（4）

=

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，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)。（4）=配合控制特性=配合控制系圖4-7配合控制移相特性

=

移相控制特性（續(xù)）

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一組便處于逆變狀態(tài)逆變區(qū)整流區(qū)圖4-7配合控制移相特性=移相控制特性（續(xù)（5）

=

控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)——實際上，這時逆變組除環(huán)流外并未流過負載電流，也就沒有電能回饋電網(wǎng)，確切地說，它只是處于“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)——只有在制動時，當發(fā)出信號改變控制角后，同時降低了整流電壓和逆變電壓的幅值，一旦電機反電動勢E>|Ud0r|=|Ud0f|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。（5）=控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)——實際上，=

控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)——同樣，當逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。

所以，在

=

配合控制下，負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，實際上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)。=控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)——同樣，當逆變（6）最小逆變角限制

為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小而導致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中采用限幅作用，形成最小逆變角min保護。與此同時，對

角也實施min

保護，以免出現(xiàn)Ud0f

>

Ud0r

而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常?。?）最小逆變角限制為了防止晶閘管裝置在逆變3.瞬時脈動環(huán)流及其抑制（1）瞬時的脈動環(huán)流產(chǎn)生的原因：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的，造成整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時電壓的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時的脈動環(huán)流。這個瞬時脈動環(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)。3.瞬時脈動環(huán)流及其抑制（1）瞬時的脈動環(huán)流產(chǎn)生的原因：（3）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，而瞬時脈動環(huán)流卻是原理性存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器，如圖4-9a中的Lc1和Lc2

。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定電流的5%~10%來設計。（3）瞬時脈動環(huán)流的抑制直流平均環(huán)流可以用配合環(huán)流電抗器的設置

三相零式反并聯(lián)可逆線路必須在正、反兩個回路中各設一個環(huán)流電抗器，因為其中總有一個電抗器會因流過直流負載電流而飽和，失去限流作用。環(huán)流電抗器的設置三相零式反并聯(lián)可逆線路必須

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，總共要設置4個環(huán)流電抗器。12MVFVRabcABC--環(huán)流電抗器的設置（續(xù)）~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MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設置（續(xù)）在三相橋式交叉連接可逆線路中，由于電源獨立，每一組橋只有一條環(huán)流通道，因此只要設置2個環(huán)流電抗器。MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設置（四.=

配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成

MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----四.=配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)1.系統(tǒng)組主電路

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，其中：正組晶閘管VF，由GTF控制觸發(fā)，

——正轉時，VF整流；

——反轉時，VF逆變。反組晶閘管VR，由GTR控制觸發(fā)，

——反轉時，VR整流；

——正轉時，VR逆變。主電路主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的給定與檢測電路（轉速）

根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需要，給定電壓、轉速反饋電壓、電流反饋電壓都應該能夠反映正和負的極性。這里給定電壓：正轉時，KF閉合，U*n=“+”；反轉時，KR閉合，U*n=“-”。轉速反饋：正轉時，Un=“-”，反轉時，Un=“+”。給定與檢測電路（轉速）根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：正轉時，Ui

=“+”；反轉時，Ui

=“-”。注意：由于電流反饋應能反映極性，因此圖中的電流互感器需采用直流電流互感器或霍爾變換器，以滿足這一要求。給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：控制電路

控制電路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉速調節(jié)器ASR控制轉速，設置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動電流；電流調節(jié)器ACR控制電流，設置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角

min

（最大整流）電壓與最小逆變角

min

（最大逆變電壓）。控制電路控制電路采用典型的轉速2.控制方式兩組觸發(fā)裝置的控制特性：

rmin180o0o-

UcmUcmUc90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc12.控制方式兩組觸發(fā)裝置的控制特性：rmi反轉時：

>0，

r<90°，VR整流：Ud0r=“+”；Uc<

0，f

<

90°，VF逆變：Ud0f

=“-”。正轉時：Uc>0，

f

<90°，VF整流：Ud0f

=“+”；

<0，r

<90°，VR逆變：Ud0r

=“-”。停轉時：Uc=0，r=

f

=

90°，

Ud0f

=Ud0r=0。正轉時：停轉時：Uc=0，r=f=90AR=“-”VR逆變3.工作過程正向穩(wěn)態(tài)運行過程：KF閉合，U*n=“+”

U*i=“-”

Uc

=“+”電動機正向運行————————VF整流AR=“-”VR逆變3.工作過程正向穩(wěn)正向穩(wěn)態(tài)運行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----Pn正向穩(wěn)態(tài)運行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流

制動過程（動態(tài)過程）

整個制動過程可以分為兩個主要階段，其中還有一些子階段。主要階段分為：

I.本組逆變階段；

II.它組制動階段?，F(xiàn)以正向制動為例，說明有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的制動過程。

制動過程（動態(tài)過程）整個制動過程可以分為兩個I.本組逆變階段

在這階段中，電流由正向負載電流下降到零，其方向未變，因此只能仍通過正組VF流通，具體過程如下：發(fā)出停車（或反向）指令后，轉速給定電壓突變?yōu)榱悖ɑ蜇撝担?；ASR輸出躍變到正限幅值+U*im

；ACR輸出躍變成負限幅值-Ucm

；VF由整流狀態(tài)很快變成逆變狀態(tài)，同時反組VR由待逆變狀態(tài)轉變成待整流狀態(tài)。I.本組逆變階段在這階段中，電流由正向負載在VF-M回路中，由于VF變成逆變狀態(tài)，極性變負，而電機反電動勢E由于轉速慣性使其極性未變，迫使電流迅速下降，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向電流，這時大部分能量通過VF回饋電網(wǎng)，所以稱作“本組逆變階段”。由于電流的迅速下降，這個階段所占時間很短，轉速來不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖見圖4-10中的階段I。在VF-M回路中，由于VF變成逆變狀態(tài)，極性變負，而電機反電本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++----本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRⅡ.它組制動階段

當主電路電流下降過零時，本組逆變終止，第I階段結束，轉到反組VR工作，開始通過反組制動。從這時起，直到制動過程結束，統(tǒng)稱“它組制動階段”。它組制動階段又可分成三個子階段：它組建流子階段；它組逆變子階段；反向減流子階段。Ⅱ.它組制動階段當主電路電流下降過零時，本組逆

它組建流子階段

（1）Id

過零并反向（電機反電勢作用使電流反向），直至到達-Idm

以前，ACR并未脫離飽和狀態(tài)，其輸出仍為-Ucm

。這時，VF和VR輸出電壓的大小都和本組逆變階段一樣，但由于本組逆變停止，電流變化延緩，的數(shù)值略減，使：它組建流子階段（1）Id過零并反向（電機反電勢作（2）反組VR由“待整流”進入整流，向主電路提供–Id

。由于反組整流電壓Ud0r

和反電動勢E的極性“順聯(lián)”，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，轉速明顯地降低，因此，又可稱作“它組反接制動狀態(tài)”。（2）反組VR由“待整流”進入整流，向主電路提供–Id。反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id----反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcA它組逆變子階段

當反向電流達到–Idm

并略有超調時，ACR輸出電壓Uc

退出飽和，其數(shù)值很快減小，又由負變正，然后再增大，使VR回到逆變狀態(tài)，而VF變成待整流狀態(tài)。此后，在ACR的調節(jié)作用下，力圖維持接近最大的反向電流–Idm

，因而它組逆變子階段當反向電流達到–Idm并略有超調

它組回饋制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++

Id+-+-----它組回饋制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGT

電機在恒減速條件下回饋制動，把動能轉換成電能，其中大部分通過VR逆變回饋電網(wǎng)，過渡過程波形為圖4-10中的第II2階段，稱作“它組回饋制動階段”或“它組逆變階段”。由圖可見，這個階段所占的時間最長，是制動過程中的主要階段。電機在恒減速條件下回饋制動，把動能轉換成電能，反向減流子階段

在這一階段，轉速下降得很低，無法再維持-Idm，于是電流立即衰減。在電流衰減過程中，電感L上的感應電壓LdId/dt

支持著反向電流，并釋放出存儲的磁能，與電動機斷續(xù)釋放出的動能一起通過VR逆變回饋電網(wǎng)。如果電機隨即停止，整個制動過程到此結束。反向減流子階段在這一階段，轉速下降得很低，無法再維持+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id+-+-

反向減流過程系統(tǒng)狀態(tài)0000000----+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-tttOOOId

n

Uc

制動過程系統(tǒng)響應曲線III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形tttOOOIdnUc制動過程系統(tǒng)響應曲線III

反向起動自學內容反向起動自學內容IdL

Id

n

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

ttIVVVIt5

t6

-Idm

-IdL

n*

-n*

有環(huán)流系統(tǒng)可逆運行曲線IdLIdnIdmOOIIIIIIt4t3t24.1.3無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)

概述有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點，但設置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，當工藝過程對系統(tǒng)正反轉的平滑過渡特性要求不很高時，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。4.1.3無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)概述系統(tǒng)分類

按照實現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流可逆系統(tǒng)又有大類：邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。

系統(tǒng)分類控制原理邏輯控制的無環(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工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)?？刂圃磉壿嬁刂频臒o環(huán)流可逆系統(tǒng)

錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

在錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關系是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°。這樣，當待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導通，當然就不會產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)流了。鑒于目前錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)實際應用已經(jīng)較少，本課程不再詳細介紹。錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)在錯位控制的無環(huán)流可1.邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

本節(jié)將著重討論邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)的系統(tǒng)結構、控制原理和電路設計。

（1）系統(tǒng)的組成

邏輯控制的無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)（以下簡稱“邏輯無環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結構的特點為：1.邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結構圖4-11邏輯控制無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)原理框圖

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----+邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結構圖4-11邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)結構的特點主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒有環(huán)流，不用設置環(huán)流電抗器；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)；控制系統(tǒng)采用轉速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設兩個電流調節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；系統(tǒng)結構的特點主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；2．無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)不要求2．無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)不要求本章小結

本章主要討論直流調速系統(tǒng)的可逆運行問題：由于V-M系統(tǒng)中晶閘管的單向導電性，需要設置可逆線路來使電動機反向運行或制動，主要的可逆線路有電樞反接可逆線路；勵磁反接可逆線路；兩組晶閘管反并聯(lián)是大功率傳動系統(tǒng)的主要供電方式。本章小結本章主要討論直流調速系統(tǒng)的可逆運行問題：在兩組晶閘管反并聯(lián)線路中，會出現(xiàn)環(huán)流，為此，需要采取措施抑制環(huán)流設置環(huán)流電抗器；采取

=配合控制方式；采取封鎖觸發(fā)脈沖的方式，使兩組晶閘管不能同時工作。在兩組晶閘管反并聯(lián)線路中，會出現(xiàn)環(huán)流，為此，需要采取措施抑制根據(jù)控制環(huán)流方式，直流可逆調速系統(tǒng)分為有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)；無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)。根據(jù)控制環(huán)流方式，直流可逆調速系統(tǒng)分為學習要點：（1）掌握可逆線路的基本結構；（2）掌握V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路4象限運行的各種工作狀態(tài)；（3）掌握可逆系統(tǒng)的結構、工作原理、控制方式和性能。學習要點：

可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)

電力拖動自動控制系統(tǒng)第4章可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)第4

本章在前三章的基礎上進一步探討可逆調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)。本課件選擇可逆調速系統(tǒng)為主要內容。本章在前三章的基礎上進一步探討可逆調速系統(tǒng)和位置隨4.1可逆直流調速系統(tǒng)內容提要問題的提出晶閘管-電動機系統(tǒng)的可逆線路晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)4.1可逆直流調速系統(tǒng)內容提要4.1.0問題的提出

有許多生產(chǎn)機械要求電動機既能正轉，又能反轉，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，需要可逆的調速系統(tǒng)。4.1.0問題的提出有許多生產(chǎn)機械要求4.1.0問題的提出（續(xù)）可逆電力電子線路直流電動機改變轉向的手段：改變電樞端外供電源的極性改變勵磁電壓的極性直流電機可逆運轉的電路解決方案：4.1.0問題的提出（續(xù)）可逆電力電子線路直流電動機改4.1.1單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)

不要求4.1.1單片微機控制的PWM可逆直流調速系統(tǒng)不要求4.1.2可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)一.

V-M系統(tǒng)的可逆線路對應前面提到的實現(xiàn)電動機可逆運轉的兩種手段，V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路；勵磁反接可逆線路。4.1.2可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)一.V-M系統(tǒng)的可逆線1.電樞反接可逆線路

電樞反接可逆線路的形式有多種，這里介紹如下3種方式：（1）接觸器開關切換的可逆線路（2）晶閘管開關切換的可逆線路（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路1.電樞反接可逆線路電樞反接可逆線路的形式有（1）接觸器開關切換的可逆線路

KMF閉合，電動機正轉；

KMR閉合，電動機反轉。Ud+Id–IdM（1）接觸器開關切換的可逆線路KMF閉合，電動機正轉；U（2）晶閘管開關切換的可逆線路

VT1、VT4導通，電動機正轉；

VT2、VT3導通，電動機反轉。晶閘管開關切換的可逆線路Ud–IdMVT1VT2VT3VT4+Id（2）晶閘管開關切換的可逆線路VT1、VT4導通，電動機正

接觸器切換可逆線路的特點優(yōu)點：僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟。缺點：有觸點切換，開關壽命短；需自由停車后才能反向，時間長。應用：不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械。接觸器切換可逆線路的特點優(yōu)點：（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路（3）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路Idb)運行范圍圖4-2兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路

兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆供電方式-n-IdnO正向反向a)電路結構MVRVFId-Id+--+--Idb)運行范圍圖4-2兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可兩組晶閘管裝置可逆運行模式

電動機正轉時，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉時，由反組晶閘管裝置VR供電。

兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機的起、制動和升、降速。但是，不允許讓兩組晶閘管同時處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對控制電路提出了嚴格的要求。

兩組晶閘管裝置可逆運行模式電動機正轉時，由正組晶閘管裝2.勵磁反接可逆線路

改變勵磁電流的方向也能使電動機改變轉向。與電樞反接可逆線路一樣，可以采用接觸器開關或晶閘管開關切換方式，也可采用兩組晶閘管反并聯(lián)供電方式來改變勵磁方向。

勵磁反接可逆線路見下圖，電動機電樞用一組晶閘管裝置供電，勵磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。2.勵磁反接可逆線路改變勵磁電流的方向也能使電動勵磁反接可逆供電方式晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路MVId+-VRVFId-Id+--+--主電路可逆勵磁電路勵磁反接可逆供電方式晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路MVId+勵磁反接的特點優(yōu)點：供電裝置功率小。由于勵磁功率僅占電動機額定功率的1~5%，因此，采用勵磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少、效益高。缺點：改變轉向時間長。由于勵磁繞組的電感大，勵磁反向的過程較慢；又因電動機不允許在失磁的情況下運行，因此系統(tǒng)控制相對復雜一些。勵磁反接的特點優(yōu)點：供電裝置功率小。小結（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類：電樞反接可逆線路——電樞反接反向過程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵磁反接可逆線路——勵磁反接反向過程慢，控制相對復雜，但所需晶閘管裝置容量小。小結（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類：（2）每一類線路又可用不同的換向方式：接觸器切換線路——適用于不經(jīng)常正反轉的生產(chǎn)機械；晶閘管開關切換線路——適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)；兩組晶閘管反并聯(lián)線路——適用于各種可逆系統(tǒng)。（2）每一類線路又可用不同的換向方式：二.晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動1.晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)在兩組晶閘管反并聯(lián)線路的V-M系統(tǒng)中，晶閘管裝置可以工作在整流或有源逆變狀態(tài)。在電流連續(xù)的條件下，晶閘管裝置的平均理想空載輸出電壓為（4-1）

二.晶閘管-電動機系統(tǒng)的回饋制動1.晶閘管裝置的整流和當控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當控制角為

90°，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)。

因此在整流狀態(tài)中，Ud0為正值；在逆變狀態(tài)中，Ud0為負值。為了方便起見，定義逆變角

=180–

，則逆變電壓公式可改寫為

Ud0=－Ud0maxcos（4-2）

當控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；-+Ud0RM+-nEV--2.單組晶閘管裝置的有源逆變

單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在拖動位能型的負載時也可能出現(xiàn)整流和有源逆變狀態(tài)。

a）整流狀態(tài)：提升重物，90°，Ud0E，n

0由電網(wǎng)向電動機提供能量。PId-+Ud0RM+-nEV--2.單組晶閘管裝置的有源逆變+-+--Ud0RMnEV--b）逆變狀態(tài)：放下重物

90°，UdE，n0

由電動機向電網(wǎng)回饋能量。注意電流方向！

PId進入回饋的條件：裝置處于逆變

E與Ud同極性

UdE+-+--Ud0RMnEV--b）逆變狀態(tài)：放下重物PId進n-nIdTe提升放下c）機械特性整流狀態(tài)：電動機工作于第1象限；逆變狀態(tài)：電動機工作于第4象限。TL圖4-3單組V-M系統(tǒng)帶起重機類型負載時的整流和逆變狀態(tài)

n-nIdTe提升放下c）機械特性整流狀態(tài)：TL圖4-33.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變現(xiàn)以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變?yōu)槔?，說明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。MVRVF+--+--3.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變現(xiàn)以正組晶閘管裝置整流圖4-4兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)R-+Ud0fM+-nEVF--a)正組整流電動運行

a)正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態(tài)：此時，f90°，Ud0fE，

n

0

電機從電路吸收能量作電動運行。PId圖4-4兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆b)反組晶閘管裝置VR逆變

當電動機需要回饋制動時，由于電機反電動勢的極性未變（轉速方向不變），要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過VF流通的。這時，可以利用控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)。b)反組晶閘管裝置VR逆變當電動機需要回饋制動時b)兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)+-+--Ud0rRMnEVR--VR處于逆變狀態(tài)：

此時，r90°，E>|Ud0r|，n

0電樞輸出電能實現(xiàn)回饋制動。PIdb)兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)+-+--c）機械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運動c)機械特性運行范圍

整流狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第一象限。逆變狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第二象限。c）機械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運動4.V-M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實現(xiàn)回饋制動，反轉運行時同樣可以利用正組晶閘管實現(xiàn)回饋制動。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，就可實現(xiàn)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機的工作狀態(tài)列于表4-1中。

4.V-M系統(tǒng)的四象限運行在可逆調速系統(tǒng)中，表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)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)電動回饋發(fā)電電動回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機械特性所在象限一二三四表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)晶閘管工作三.可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題

1.環(huán)流及其分類環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，稱不流經(jīng)負載而直接在兩組晶閘管之間流通的電流為環(huán)流。三.可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題1.環(huán)流及其分類圖4-5

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~環(huán)流的形成IdIcIc

—

環(huán)流Id

—負載電流

圖4-5反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流MVRVFUd環(huán)流的危害和利用危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，加重加重了晶閘管和變壓器的負擔，消耗功率，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。利用：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)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。環(huán)流的危害和利用危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，加環(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)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流。又分為兩類：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。瞬時脈動環(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，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。

環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流：兩組可逆線路在一定控制環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動態(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。這里，主要分析靜態(tài)環(huán)流的形成原因，并討論其控制方法和抑制措施。環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動態(tài)環(huán)流：僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過2.直流平均環(huán)流與配合控制

在兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)中，如果讓正組VF和反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的直流平均電壓正負相連，必然產(chǎn)生較大的直流平均環(huán)流。直流平均環(huán)流必須抑制，其措施有：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；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)。2.直流平均環(huán)流與配合控制在兩組晶閘管反并聯(lián)（1）配合控制原理

為了防止產(chǎn)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

Ud0r=－Ud0f

由式（4-1），Ud0f=Ud0maxcosf

Ud0f=Ud0maxcosr其中f

和r

分別為VF和VR的控制角。（1）配合控制原理為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應該當正

由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓Ud0max

是一樣的，因此，當直流平均環(huán)流為零時，應有

cosr=–cosf或r+f=180（4-3）如果反組的控制用逆變角r

表示，則

f=

r（4-4）

由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓

由此可見，按照式（4-4）來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作=

配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用Ud0f

≤

Ud0rf

≥

rMVRVF+--+--Ud0fUd0r+-由此可見，按照式（4-4）來控制就可以消除直流平均（2）配合控制方法

為了實現(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°，即當控制電壓Uc=0時，使f

=r

=90°，此時Ud0f

=Ud0r

=

0

，電機處于停止狀態(tài)。增大控制電壓Uc

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。（2）配合控制方法為了實現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘圖4-6=配合控制電路MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）

=

配合控制電路GTF--正組觸發(fā)裝置GTR--反組觸發(fā)裝置AR--反號器圖4-6=配合控制電路MVRVFRrecRre（4）

=

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，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)。（4）=配合控制特性=配合控制系圖4-7配合控制移相特性

=

移相控制特性（續(xù)）

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，另一組便處于逆變狀態(tài)逆變區(qū)整流區(qū)圖4-7配合控制移相特性=移相控制特性（續(xù)（5）

=

控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)——實際上，這時逆變組除環(huán)流外并未流過負載電流，也就沒有電能回饋電網(wǎng)，確切地說，它只是處于“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)——只有在制動時，當發(fā)出信號改變控制角后，同時降低了整流電壓和逆變電壓的幅值，一旦電機反電動勢E>|Ud0r|=|Ud0f|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。（5）=控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)——實際上，=

控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)——同樣，當逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。

所以，在

=

配合控制下，負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，實際上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)。=控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)——同樣，當逆變（6）最小逆變角限制

為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角太小而導致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中采用限幅作用，形成最小逆變角min保護。與此同時，對

角也實施min

保護，以免出現(xiàn)Ud0f

>

Ud0r

而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常?。?）最小逆變角限制為了防止晶閘管裝置在逆變3.瞬時脈動環(huán)流及其抑制（1）瞬時的脈動環(huán)流產(chǎn)生的原因：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的，造成整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時電壓的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時的脈動環(huán)流。這個瞬時脈動環(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)。3.瞬時脈動環(huán)流及其抑制（1）瞬時的脈動環(huán)流產(chǎn)生的原因：（3）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，而瞬時脈動環(huán)流卻是原理性存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器，如圖4-9a中的Lc1和Lc2

。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定電流的5%~10%來設計。（3）瞬時脈動環(huán)流的抑制直流平均環(huán)流可以用配合環(huán)流電抗器的設置

三相零式反并聯(lián)可逆線路必須在正、反兩個回路中各設一個環(huán)流電抗器，因為其中總有一個電抗器會因流過直流負載電流而飽和，失去限流作用。環(huán)流電抗器的設置三相零式反并聯(lián)可逆線路必須

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，總共要設置4個環(huán)流電抗器。12MVFVRabcABC--環(huán)流電抗器的設置（續(xù)）~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MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設置（續(xù)）在三相橋式交叉連接可逆線路中，由于電源獨立，每一組橋只有一條環(huán)流通道，因此只要設置2個環(huán)流電抗器。MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設置（四.=

配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成

MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----四.=配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)1.系統(tǒng)組主電路

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，其中：正組晶閘管VF，由GTF控制觸發(fā)，

——正轉時，VF整流；

——反轉時，VF逆變。反組晶閘管VR，由GTR控制觸發(fā)，

——反轉時，VR整流；

——正轉時，VR逆變。主電路主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的給定與檢測電路（轉速）

根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需要，給定電壓、轉速反饋電壓、電流反饋電壓都應該能夠反映正和負的極性。這里給定電壓：正轉時，KF閉合，U*n=“+”；反轉時，KR閉合，U*n=“-”。轉速反饋：正轉時，Un=“-”，反轉時，Un=“+”。給定與檢測電路（轉速）根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：正轉時，Ui

=“+”；反轉時，Ui

=“-”。注意：由于電流反饋應能反映極性，因此圖中的電流互感器需采用直流電流互感器或霍爾變換器，以滿足這一要求。給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：控制電路

控制電路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉速調節(jié)器ASR控制轉速，設置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動電流；電流調節(jié)器ACR控制電流，設置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角

min

（最大整流）電壓與最小逆變角

min

（最大逆變電壓）?？刂齐娐房刂齐娐凡捎玫湫偷霓D速2.控制方式兩組觸發(fā)裝置的控制特性：

rmin180o0o-

UcmUcmUc90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc12.控制方式兩組觸發(fā)裝置的控制特性：rmi反轉時：

>0，

r<90°，VR整流：Ud0r=“+”；Uc<

0，f

<

90°，VF逆變：Ud0f

=“-”。正轉時：Uc>0，

f

<90°，VF整流：Ud0f

=“+”；

<0，r

<90°，VR逆變：Ud0r

=“-”。停轉時：Uc=0，r=

f

=

90°，

Ud0f

=Ud0r=0。正轉時：停轉時：Uc=0，r=f=90AR=“-”VR逆變3.工作過程正向穩(wěn)態(tài)運行過程：KF閉合，U*n=“+”

U*i=“-”

Uc

=“+”電動機正向運行————————VF整流AR=“-”VR逆變3.工作過程正向穩(wěn)正向穩(wěn)態(tài)運行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----Pn正向穩(wěn)態(tài)運行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流

制動過程（動態(tài)過程）

整個制動過程可以分為兩個主要階段，其中還有一些子階段。主要階段分為：

I.本組逆變階段；

II.它組制動階段。現(xiàn)以正向制動為例，說明有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)的制動過程。

制動過程（動態(tài)過程）整個制動過程可以分為兩個I.本組逆變階段

在這階段中，電流由正向負載電流下降到零，其方向未變，因此只能仍通過正組VF流通，具體過程如下：發(fā)出停車（或反向）指令后，轉速給定電壓突變?yōu)榱悖ɑ蜇撝担?；ASR輸出躍變到正限幅值+U*im

；ACR輸出躍變成負限幅值-Ucm

；VF由整流狀態(tài)很快變成逆變狀態(tài)，同時反組VR由待逆變狀態(tài)轉變成待整流狀態(tài)。I.本組逆變階段在這階段中，電流由正向負載在VF-M回路中，由于VF變成逆變狀態(tài)，極性變負，而電機反電動勢E由于轉速慣性使其極性未變，迫使電流迅速下降，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向電流，這時大部分能量通過VF回饋電網(wǎng)，所以稱作“本組逆變階段”。由于電流的迅速下降，這個階段所占時間很短，轉速來不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖見圖4-10中的階段I。在VF-M回路中，由于VF變成逆變狀態(tài)，極性變負，而電機反電本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++----本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRⅡ.它組制動階段

當主電路電流下降過零時，本組逆變終止，第I階段結束，轉到反組VR工作，開始通過反組制動。從這時起，直到制動過程結束，統(tǒng)稱“它組制動階段”。它組制動階段又可分成三個子階段：它組建流子階段；它組逆變子階段；反向減流子階段。Ⅱ.它組制動階段當主電路電流下降過零時，本組逆

它組建流子階段

（1）Id

過零并反向（電機反電勢作用使電流反向），直至到達-Idm

以前，ACR并未脫離飽和狀態(tài)，其輸出仍為-Ucm

。這時，VF和VR輸出電壓的大小都和本組逆變階段一樣，但由于本組逆變停止，電流變化延緩，的數(shù)值略減，使：它組建流子階段（1）Id過零并反向（電機反電勢作（2）反組VR由“待整流”進入整流，向主電路提供–Id

。由于反組整流電壓Ud0r

和反電動勢E的極性“順聯(lián)”，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，轉速明顯地降低，因此，又可稱作“它組反接制動狀態(tài)”。（2）反組VR由“待整流”進入整流，向主電路提供–Id。反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id----反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcA它組逆變子階段

當反向電流達到–Idm

并略有超調時，ACR輸出電