運(yùn)動控制-可逆弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

第3章

可逆控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

8/12/2024主要內(nèi)容

1、晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及其環(huán)流

2、有環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)

3、無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)

4、單片微機(jī)控制的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)8/12/2024前述章節(jié)討論的直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)特性，但不能施加反向電壓，無制動功能，不可逆。生產(chǎn)系統(tǒng)要求正反轉(zhuǎn)、要求制動運(yùn)行，要求機(jī)械特性在4象限運(yùn)行——直流可逆調(diào)速系統(tǒng)。一、相控整流器-電動機(jī)的可逆系統(tǒng)：

1、單組晶閘管V實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行：圖3-2卷揚(yáng)機(jī)械。

α<90°時(shí)：Ud為正，Ud0E，Te電動，V整流狀態(tài)，特性運(yùn)行I象限，電能→機(jī)械能（電網(wǎng)→電動機(jī)），重物提升。

α

90°時(shí)：Ud為負(fù)，感生反向-E，位能→電能，V逆變狀態(tài)，特性運(yùn)行IV象限，重物下降。

運(yùn)行條件：外部條件：電動機(jī)拖動位能性負(fù)載；內(nèi)部條件：控制角α在αmin~αmax（一般30°~150°）連續(xù)可調(diào)。8/12/20242、兩組晶閘管可控整流器反并聯(lián)可逆線路：可逆運(yùn)行模式：(圖3-4）產(chǎn)生正反兩個(gè)方向的Id,實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行正組晶閘管裝置VF整流—正向電動運(yùn)行(I)反組晶閘管裝置VR整流—反向電動運(yùn)行(III)正組VF逆變—反向回饋制動(IV)反組VR逆變—正向回饋制動(II)8/12/20243、V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)：

注意：不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)；

反并聯(lián)V-M系統(tǒng)不僅用于可逆調(diào)速，也用于不可逆系統(tǒng)的制動，比自由停車和能耗制動的效果都好些。8/12/2024二、可逆V-M系統(tǒng)的環(huán)流

環(huán)流：在一定條件下（兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)），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。

原因：兩組晶閘管裝置的輸出存在電壓差。

形式：直流平均環(huán)流；瞬時(shí)脈動環(huán)流

圖3-5反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流8/12/2024危害：環(huán)流對負(fù)載無益，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)會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。利用：合理地控制環(huán)流，保證晶閘管安全工作，即可利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動機(jī)在空載或輕載時(shí)也能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。1、直流平均環(huán)流：

（1）環(huán)流Ic的產(chǎn)生：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(fù)相連,圖3-5。消除方法：*采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時(shí)候，只允許一組晶閘管裝置工作——無環(huán)流系統(tǒng)。*采用配合控制，當(dāng)一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)時(shí)，另一組工作在逆變狀態(tài)，則可消除直流平均環(huán)流，但仍有脈動環(huán)流——有環(huán)流系統(tǒng)。8/12/2024（2）α=β配合控制：正組VF整流時(shí)強(qiáng)迫反組VR逆變，且Udor=-Udof,使逆變電壓把整流電壓頂住。由Udor=-Udof

→αf=βr

→Ic=0討論：I）α=β配合控制下，始終是一組整流裝置工作，另一組不工作（“待”工作狀態(tài)）；

II）兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90°；即：

Udor=Udof=0時(shí)，α=β=90°見圖3-6III）工程上為更可靠消除直流平均電流，采用αf

βr

IV)

逆變顛覆：晶閘管整流裝置在逆變狀態(tài)工作中由于逆變角β太小而導(dǎo)致?lián)Q流失敗的現(xiàn)象。

措施：最小逆變角βmin限幅保護(hù)，對α角也實(shí)施αmin保護(hù)，通常取αmin

=βmin=30°8/12/2024（3）

=配合控制電路

用同一個(gè)控制電壓UC去控制兩組觸發(fā)裝置。8/12/2024（4）

=配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)圖3-9=配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)8/12/20242、瞬時(shí)脈動環(huán)流

由于整流與逆變電壓波形上的差異，會出現(xiàn)瞬時(shí)udor

udof的情況，這種因?yàn)樗矔r(shí)電壓差而產(chǎn)生的環(huán)流叫瞬時(shí)脈動環(huán)流。

#自然存在：圖3-8表示了三相零式可逆線路及瞬時(shí)脈動環(huán)流回路，瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)脈動環(huán)流的波形。

#瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)脈動環(huán)流的大小因控制角不同而異。瞬時(shí)電壓差△udo=udor-

udof

#靜態(tài)環(huán)流：直流平均環(huán)流和瞬時(shí)脈動環(huán)流是在一定控制角上的穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流。

#動態(tài)環(huán)流：可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。8/12/2024

瞬時(shí)脈動環(huán)流的抑制為了抑制瞬時(shí)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3-9中的Lc1、Lc2、Lc3、Lc4。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)。8/12/2024

三、無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)

無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)是指既沒有直流平均環(huán)流，又沒有瞬時(shí)脈動環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。

按照實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流V-M可逆系統(tǒng)又分為兩類：（1）邏輯控制無環(huán)流系統(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，使它完全處于封鎖狀態(tài)，從根本上切斷環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。封鎖狀態(tài)：整流裝置無觸發(fā)脈沖送入，沒有導(dǎo)通條件。（2）錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)：當(dāng)無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的一組晶閘管整流時(shí)，另一組處于待逆變狀態(tài)，而且兩組觸發(fā)脈沖的零位錯(cuò)開的較遠(yuǎn)，避免了瞬時(shí)脈動環(huán)流產(chǎn)生的可能性。8/12/2024

1、邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)組成及工作原理：圖3-12，基本部分與典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)相同。區(qū)別：（1）不設(shè)置環(huán)流電抗器；

（2）保留平波電抗器Ld；（3）為正反向電流環(huán)分別設(shè)置電流調(diào)節(jié)器：1ACR控制正組GTF，2ACR控制反組GTF；（4）新增無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC。

2、無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC：任務(wù)：當(dāng)需要切換到正組晶閘管VF工作時(shí)，輸出Ublf,封鎖反組觸發(fā)脈沖而開放正組觸發(fā)脈沖；當(dāng)需要切換到反組VR工作時(shí)，輸出Ublr,封鎖正組而開放反組。8/12/2024四、PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

1、PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)組成：

圖3-15。直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)的特有的電能回饋問題：制動時(shí)會產(chǎn)生泵升電壓。

圖中，由于不控整流的單向性，制動時(shí)電能不能送回到交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電，形成泵升電壓。

措施：（1）大電容：幾千微法；

（2）能量釋放回路：當(dāng)PWM控制器檢測到泵升電壓高于規(guī)定值時(shí)，開關(guān)器件VTb導(dǎo)通，令制動過程中儲存在C中的電場能量以銅耗的形式消耗在放電電阻Rb中。

#形式上的回饋制動過程，實(shí)際上的能耗制動過程

8/12/20242、單片機(jī)控制的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

圖3-16。特點(diǎn)：（1）故障檢測功能：電壓、電流、溫度等多個(gè)檢測接口，報(bào)警，及時(shí)處理；

（2）數(shù)字控制器：系統(tǒng)的核心。

（3）控制軟件：采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)采樣周期小于