1、12* 第四章第四章 可逆控制和可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)3主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 1. 直流直流 PWM PWM 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 2.2. V-M V-M 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 3.3. 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) *4 4l學習要點：學習要點：（1 1）掌握可逆線路的基本結(jié)構(gòu)；）掌握可逆線路的基本結(jié)構(gòu)；（2 2）掌握）掌握V-MV-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路4 4象限運行的各象限運行的各種工作狀態(tài)；種工作狀態(tài)；（3 3）掌握可逆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方式）掌握可逆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方式和性能；

2、和性能；重點、難點：重點、難點： 1. 1.可逆調(diào)速系統(tǒng)主回路的拓撲特征及回饋制動時對可逆調(diào)速系統(tǒng)主回路的拓撲特征及回饋制動時對電源的要求；電源的要求； 2.2.環(huán)流的產(chǎn)生、分類、對晶閘管可逆線路的影響環(huán)流的產(chǎn)生、分類、對晶閘管可逆線路的影響 3. 3.有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的正反運轉(zhuǎn)過程中，主電路有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的正反運轉(zhuǎn)過程中，主電路的能量變換、控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等動態(tài)過程分析。的能量變換、控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等動態(tài)過程分析。5 5問題的提出l電動機不僅要能提供帶動生產(chǎn)機械運動的電動轉(zhuǎn)矩，還能產(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。l改變電樞電壓的極性，或者改變勵磁磁通的方向，都

3、能夠改變直流電機的旋轉(zhuǎn)方向，這本來是很簡單的事。l直流電動機采用電力電子裝置供電時，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦?，問題就變得復雜起來了。6n電動機除電動轉(zhuǎn)矩外還須電動機除電動轉(zhuǎn)矩外還須產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)生產(chǎn)機械快速的減速、停車與機械快速的減速、停車與正反向運行等功能。正反向運行等功能。n在轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的坐標在轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的坐標系上，就是系上，就是四象限運行四象限運行的的功能，功能，n這樣的調(diào)速系統(tǒng)需要這樣的調(diào)速系統(tǒng)需要正反正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，故稱，故稱可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)。圖 4-1 調(diào)速系統(tǒng)的四象限運行n PWM 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

4、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)。問題的提出7橋式橋式可逆可逆 PWM 變換器變換器8橋式橋式可逆可逆 PWM 變換器變換器3241ggggUUUU在一個開關(guān)周期內(nèi)，n 當 0 t ton時，UAB = US，電樞電流 id 沿回路1流通；n當 tont1/2 時，時，為正，電動機正轉(zhuǎn)；當為正，電動機正轉(zhuǎn)；當 | |U Ud0rd0r| |， n n 0 0

5、電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。PIdb) 反組晶閘管裝置VR逆變當電動機需要回饋制動時，當電動機需要回饋制動時，由于電機反電動勢的極性由于電機反電動勢的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流生反向電流3535c）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)整流狀態(tài)： V-M系統(tǒng)工作在第一象限。 逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)： V-M系統(tǒng)工作在第二象限。36364. V-M系統(tǒng)的四象限運行在可逆調(diào)速系統(tǒng)中在可逆調(diào)速系統(tǒng)中l(wèi)正轉(zhuǎn)運行時可利用反組晶閘管實現(xiàn)回饋正轉(zhuǎn)運行時可利用反組晶閘管實現(xiàn)回饋制動，制動，l反轉(zhuǎn)運行時可利用正組

6、晶閘管實現(xiàn)回饋反轉(zhuǎn)運行時可利用正組晶閘管實現(xiàn)回饋制動。制動。 這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，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。就可實現(xiàn)電動機的四象限運行。 3737表4-1 V-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)系統(tǒng)的工作狀態(tài)正向運行正向運行正向制動正向制動反向運行反向運行反向制動反向制動電樞端電壓極性電樞端電壓極性+電樞電流極性電樞電流極性+電機旋轉(zhuǎn)方向電機旋轉(zhuǎn)方向+電機運行狀態(tài)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晶閘管工作的組別和狀態(tài)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

7、變機械特性所在象限機械特性所在象限一一二二三三四四3838 反并聯(lián)的晶閘管裝置的其他應(yīng)用 即使是不可逆的調(diào)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(lián)的晶閘管裝置，由正組提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，反組只在短時間內(nèi)給電動機提供制動電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運行的電流，實際采用的容量可以小一些。3939三. 可逆V-M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l環(huán)流的定義：環(huán)流的定義： 采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-MV-M系統(tǒng)，系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)

8、，便會產(chǎn)生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間產(chǎn)生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作流通的短路電流，稱作環(huán)流環(huán)流，如下圖中所，如下圖中所示。示。4040圖4-5 反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- 環(huán)流的形成IdIc4141 環(huán)流的危害和利用l危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負載無益，徒然加重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(yīng)該予以抑制或消除。l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

9、流斷續(xù)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。4242 環(huán)流的分類 在不同情況下，會出現(xiàn)下列不同性質(zhì)的環(huán)流： （1 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)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：l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。電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。l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。產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。 （2 2）動態(tài)環(huán)流）動態(tài)環(huán)流僅在

10、可逆僅在可逆V-MV-M系統(tǒng)處于過渡過系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。程中出現(xiàn)的環(huán)流。 43432. 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)生很大的直流平均環(huán)流。為了防止直流平均環(huán)流的產(chǎn)生，需要采取必要的措施，比如：l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；l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)。4444（1）配合控制原理 為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)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

11、壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是 Ud0r =Ud0f 由式（4-1）， Ud0f = Ud0 max cosf Ud0r = Ud0 max cosr其中 f 和r 分別為VF和VR的控制角。4545當直流平均環(huán)流為零時，應(yīng)有當直流平均環(huán)流為零時，應(yīng)有 coscos r r = = cos cos f f或或 r r + + f f = 180 = 180 （4-34-3）如果反組的控制用逆變角如果反組的控制用逆變角 r r 表示，則表示，則 f = r （4-4） 由此可見，由此可見，按照式（按照式（4-44-4）來控制就可以消除直流平均）來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作環(huán)流，這稱作

12、= = 配合控制。配合控制。為了更可靠地消除直流為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用平均環(huán)流，可采用 f f r r （4-54-5） 4646（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l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)。l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。4747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） = 配合控制電路配合

13、控制電路4848（4） = 配合控制特性 = = 配合控制系統(tǒng)的移相控制特性。移相時，如果配合控制系統(tǒng)的移相控制特性。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)，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)，這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。圖圖4-7 配合控制特性配合控制特性4949（5）最小逆變角限制 為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作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)中逆變角太小而導致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆逆變顛覆”現(xiàn)象，必須在控制電路中現(xiàn)象，必須在控制電路中采用限幅作用，形成最小逆變角采用限幅作用，形成最小逆

14、變角 minmin保護。保護。與此同時，對與此同時，對 角也實施角也實施 minmin保護，以免保護，以免出現(xiàn)出現(xiàn) U Ud0fd0f U Ud0rd0r而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取常取30minmin5050（6） = 控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)待逆變狀態(tài) 實際上，這時逆變組除環(huán)流外實際上，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，它只是處于切地說，它只是處于“待逆變狀態(tài)待逆變狀態(tài)”，表示該組，表示該組晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作。晶閘管裝置是在逆變角控制下等待工作。逆變狀態(tài)逆變狀態(tài) 只有在制動時，當

15、發(fā)出信號改變只有在制動時，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，一旦電機反電動勢值，一旦電機反電動勢 E E | |U Ud0rd0r| = | = |U Ud0fd0f| |，整，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，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使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。網(wǎng)。5151 = 控制的工作狀態(tài)（續(xù)）l待整流狀態(tài)待整流狀態(tài) 同樣，當逆變組工作時，另同樣，當逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于一組也是在等待著整流，可稱作處于“

16、待整待整流狀態(tài)流狀態(tài)”。 所以，在所以，在 = = 配合控制下，負載電流可以迅配合控制下，負載電流可以迅速地從正向到反向（或從反向到正向）平滑過速地從正向到反向（或從反向到正向）平滑過渡，在任何時候，渡，在任何時候，實際上只有一組晶閘管裝置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)。在工作，另一組則處于等待工作的狀態(tài)。52523. 瞬時脈動環(huán)流及其抑制（1 1） 瞬時的脈動環(huán)流產(chǎn)生的原因：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，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

17、壓波形上的差異，的，造成整流與逆變電壓波形上的差異，仍會出現(xiàn)瞬時電壓仍會出現(xiàn)瞬時電壓 的情況，從而的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時的脈動環(huán)流。這個瞬時脈動仍能產(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)又稱作可逆系統(tǒng)又稱作自然環(huán)流系統(tǒng)自然環(huán)流系統(tǒng)。rdfduu005353（2）瞬時脈動環(huán)流產(chǎn)生情況舉例）瞬時脈動環(huán)流產(chǎn)生情況舉例 瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流的大小因控瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流的大小因控制角的不同而異。制角的不同而異。 現(xiàn)以現(xiàn)以 f f = r r = 60 60為例，分析三相零式為例，分析三相零式反并聯(lián)可逆線路產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)

18、流的情況。反并聯(lián)可逆線路產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)流的情況。5454圖4-9 配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路的瞬時脈動環(huán)流 a) 三相零式可逆線路和瞬時脈動環(huán)流回路 -Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVR 三相零式反并聯(lián)可逆線路Idicp55 60ffdu0(b)時整流電壓波形 60r120rrdu0(c)(時逆變電壓波形 )0ducpi(d)瞬時電壓差和瞬時脈動環(huán)流波形 ud0=ud0fud0r5656 瞬時脈動環(huán)流的直流分量 由于晶閘管的內(nèi)阻很小，環(huán)流回路的阻由于晶閘管的內(nèi)阻很小，環(huán)流回路的阻抗主要是電感，所以不能突變，并且落后抗主要是電感，所以不能突變，并且落后于于 u ud0 d0 ；

19、又由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，只；又由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，只能在一個方向脈動，能在一個方向脈動，所以瞬時脈動環(huán)流也所以瞬時脈動環(huán)流也有直流分量有直流分量I Icpcp（見圖見圖4-9d4-9d），但與平均電壓），但與平均電壓差所產(chǎn)生的直流平均環(huán)流在性質(zhì)上是根本差所產(chǎn)生的直流平均環(huán)流在性質(zhì)上是根本不同的。不同的。5757（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。為了抑制瞬時時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫脈動環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做做環(huán)流電抗器環(huán)流電抗器，或稱，

20、或稱均衡電抗器均衡電抗器，如圖，如圖4-9a4-9a中中的的 L Lc1c1和和 L Lc2c2 。 環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流環(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定電流的分量限制在負載額定電流的5%10%5%10%來設(shè)計。來設(shè)計。5858 環(huán)流電抗器的設(shè)置 三相零式反并聯(lián)可逆線路必須在正、反兩個回路三相零式反并聯(lián)可逆線路必須在正、反兩個回路中各設(shè)一個環(huán)流電抗器，因為其中總有一個電抗器會中各設(shè)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。因流過直流負載電流而飽和，失去限流作用。l例如：例如： 在圖在圖 4-9a 4-9a 中當正組

21、中當正組VFVF整流時，流過負載電整流時，流過負載電流，使流，使 L Lc1 c1 鐵芯飽和，只能依靠在逆變回路中的鐵芯飽和，只能依靠在逆變回路中的 L Lc2 c2 限制環(huán)流。限制環(huán)流。 同理，當反組同理，當反組VRVR整流時，只能依靠整流時，只能依靠 L Lc1c1限制環(huán)流。限制環(huán)流。5959l 在三相橋式在三相橋式反并聯(lián)反并聯(lián)可逆線路中，由于每一組橋可逆線路中，由于每一組橋又有兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置又有兩條并聯(lián)的環(huán)流通道，總共要設(shè)置4 4個環(huán)流電個環(huán)流電抗器?？蛊?。12MVFVRabcABC-環(huán)流電抗器的設(shè)置（續(xù)）6060MVFVRabcABCabc-環(huán)流電抗器的設(shè)置（續(xù)）l在三

22、相橋式在三相橋式交叉連接交叉連接可逆線路中，由于電源獨立，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(shè)置每一組橋只有一條環(huán)流通道，因此只要設(shè)置2 2個個環(huán)流電抗器。環(huán)流電抗器。61614 . = 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)(1) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -6262 主電路主電路 主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的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：可逆線路，其中： 正組晶閘管正組晶閘管VFVF，由，

23、由GTFGTF控制觸發(fā)，控制觸發(fā)， 正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)時，VFVF整流；整流； 反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)時，VFVF逆變。逆變。 反組晶閘管反組晶閘管VRVR，由，由GTRGTR控制觸發(fā)，控制觸發(fā)， 反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)時，VRVR整流；整流； 正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)時，VRVR逆變。逆變。6363 由于電流反饋應(yīng)能反映極性，因此圖中的由于電流反饋應(yīng)能反映極性，因此圖中的電流互感器電流互感器TATA需采用需采用霍爾變換器霍爾變換器，以滿足這，以滿足這一要求。一要求。 給定與檢測電路 根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需要，給定電壓、根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運行的需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓

24、都應(yīng)該能夠反映正負極性。負極性。6464 控制電路 控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制限幅電路，以限制最大起制動電流最大起制動電流；電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACRACR控制電流，設(shè)置雙向輸出控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制限幅電路，以限制最小控制角最小控制角 minmin 與與最小逆最小逆變角變角 minmin 。6565(2) 控制方式 采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路時，移相控制特性采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路時，移相控制特性是線性的，兩組

25、觸發(fā)裝置的控制特性如圖所示。是線性的，兩組觸發(fā)裝置的控制特性如圖所示。 rmin180o 0o- UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc6666反轉(zhuǎn)時：反轉(zhuǎn)時： Uc 0 ， r 90，VR整流：整流： Ud0r =“+”； f 0 ， f 90，VF整流整流： Ud0f =“+”； r 90，VR逆變：逆變： Ud0r =“-”。l停轉(zhuǎn)時：停轉(zhuǎn)時：Uc = 0， r = f = 90， Ud0f = Ud0r = 0。6767 AR =“-” VR逆變逆變(3) 工作過程l正向運行過程：正向運行過程：KFKF閉合，閉合， U U* *

26、n n=“+”=“+” U U* *i i=“-”=“-” U Uc c=“+”cU電動機電動機正向運行正向運行VFVF整流整流6868正向運行過程系統(tǒng)狀態(tài)+ - - - -+Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*iTGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-Pn6969(4) 制動過程 整個制動過程可以分為兩個主要階段，其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：中還有一些子階段。主要階段分為： I. I. 本組逆變階段；本組逆變階段； II.II.它組制動階段。它組制動階段。 現(xiàn)以正向制動為例，說

27、明有環(huán)流可逆調(diào)速現(xiàn)以正向制動為例，說明有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的制動過程。系統(tǒng)的制動過程。 7070 制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線tttOOOId n Uc I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 圖4-10 配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形7171I. 本組逆變階段 在這階段中，電流由正向負載電流下降到零，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其方向未變，因此只能仍通過正組VFVF流通，具體流通，具體過程如下：過程如下：l發(fā)出停車（或反向）指令后，轉(zhuǎn)速給定電壓突發(fā)出停車（或反向）指令后，轉(zhuǎn)速給定電壓突變?yōu)榱悖ɑ蜇撝担蛔優(yōu)榱悖ɑ蜇撝担?；lAS

28、RASR輸出躍變到正限幅值輸出躍變到正限幅值 + +U U* *imim ；lACRACR輸出躍變成負限幅值輸出躍變成負限幅值 - -U Ucmcm ；lVFVF由整流狀態(tài)很快變成由整流狀態(tài)很快變成 的逆變狀態(tài)的逆變狀態(tài)，同時反組同時反組VRVR由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。minf7272l在在VF-MVF-M回路中，由于回路中，由于VFVF變成逆變狀態(tài)，極性變變成逆變狀態(tài)，極性變負，而電機反電動勢負，而電機反電動勢 E E 極性未變，迫使電流迅速極性未變，迫使電流迅速下降，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向下降，主電路電感迅速釋放儲能，企圖維持正向電流，這時

29、電流，這時d0rd0fdddUUEtIL大部分能量通過大部分能量通過 VF VF 回饋電網(wǎng)，所以稱作回饋電網(wǎng)，所以稱作“本本組逆變階段組逆變階段”。由于電流的迅速下降，這個階。由于電流的迅速下降，這個階段所占時間很短，轉(zhuǎn)速來不及產(chǎn)生明顯的變化，段所占時間很短，轉(zhuǎn)速來不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖見圖其波形圖見圖4-104-10中的階段中的階段 I I 。73本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+-74.它組制動階段它組制動階段 當主電

30、路電流下降過零時，本組逆變終止，第 I 階段結(jié)束，轉(zhuǎn)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(jié)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：l它組反接制動子階段；l它組回饋制動子階段；l反向減流子階段75l 它組反接制動子階段它組反接制動子階段 （1）Id 過零并反向，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d0rd0fdddUUEtILtILddd76（2）反組VR由“待整流”進入整流，向主電路提供 Id 。 由于反

31、組整流電壓 Ud0r 和反電動勢 E 的極性相同，反向電流很快增長，電機處于反接制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速明顯地降低，因此，又可稱作“它組反接制動狀態(tài)”。77反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+Id-78l它組回饋制動子階段它組回饋制動子階段 當反向電流達到 Idm 并略有超調(diào)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(diào)節(jié)作用下，力圖維持接近最

32、大的反向電流 Idm ，因而0dddtILd0rd0fUUE79 電機在恒減速條件下回饋制動，把動能轉(zhuǎn)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。80 它組回饋制動過程系統(tǒng)狀態(tài)它組回饋制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+- -8181l反向減流子階段 在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，無法再維持

33、在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，無法再維持 - -I Idmdm，于是電流立即衰減。，于是電流立即衰減。 在電流衰減過程中，電感在電流衰減過程中，電感 L L上的感應(yīng)電壓上的感應(yīng)電壓 L Ld dI Id d/d/dt t 支持著反向電流，并釋放出存儲的磁能，支持著反向電流，并釋放出存儲的磁能，與電動機釋放出的動能一起通過與電動機釋放出的動能一起通過VRVR逆變回饋電逆變回饋電網(wǎng)。網(wǎng)。 如果電機隨即停止，整個制動過程到此結(jié)束。如果電機隨即停止，整個制動過程到此結(jié)束。8282+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc

34、KFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+- 反向減流過程系統(tǒng)狀態(tài)0000000-8383n 反向起動 如果需要在制動后緊接著反轉(zhuǎn)，如果需要在制動后緊接著反轉(zhuǎn)， I Id d = - = -I Idmdm的過程就會延續(xù)下去，直到反的過程就會延續(xù)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時為止。向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時為止。 由于正轉(zhuǎn)制動和反轉(zhuǎn)起動的過程完全由于正轉(zhuǎn)制動和反轉(zhuǎn)起動的過程完全銜接起來，沒有間斷或死區(qū)，這是有環(huán)銜接起來，沒有間斷或死區(qū)，這是有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，適用于要求快流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，適用于要求快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。8484l學習要點：學習要點：1.邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

35、邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2.2.邏輯控制實現(xiàn)單元工作原理；邏輯控制實現(xiàn)單元工作原理；3.3.無環(huán)流邏輯控制器無環(huán)流邏輯控制器DLCDLC的實現(xiàn)電路單元的實現(xiàn)電路單元工作原理。工作原理。 重點、難點重點、難點: : DLC DLC的工作原理。的工作原理。4.1.3 無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機系統(tǒng) 8585l概述概述 有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點，但設(shè)置幾個環(huán)流電抗器終究是個滑等優(yōu)點，但設(shè)置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，累贅。因此，當工藝過程對系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平當工藝過程對系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時滑過渡特性要求不很高時，特

36、別是對于大容，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)。有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。8686系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 按照實現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無按照實現(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：環(huán)流可逆系統(tǒng)又有大類：l 邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；l 錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。 8787 控制原理l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）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或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)

37、脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以的觸發(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)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)。流可逆系統(tǒng)。8888l 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，但兩組脈沖的用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是關(guān)系是 r r + + f f=300=300，甚至是，甚至是 r r+ + f f=360360，也就是說，初始相位整定在也就是說，初始相位整定在 r r = = f f

38、= 150 = 150 或或180180。 這樣，當待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時，它這樣，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。能導通，當然就不會產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)流了。 8989一. 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(jié)構(gòu)、控制原理和電路設(shè)計。系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制原理和電路設(shè)計。 1. 1.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡稱稱“邏輯無環(huán)流系統(tǒng)邏輯無環(huán)流系統(tǒng)”）的原理

39、框圖示于下）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點為：圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點為：9090 邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4-9 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+9191系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點l主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；l由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；l仍保留平波電抗器仍保留平波電抗器 L Ld d ，以保證穩(wěn)定運行時電流，以保證穩(wěn)定運行時電流波形連續(xù)；波形連續(xù)

40、；l控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；l電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，1ACR1ACR用來控制正用來控制正組觸發(fā)裝置組觸發(fā)裝置GTFGTF，2ACR2ACR控制反組觸發(fā)裝置控制反組觸發(fā)裝置GTRGTR；9292系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點（續(xù)）l1ACR1ACR的給定信號經(jīng)反號器的給定信號經(jīng)反號器ARAR作為作為2ACR2ACR的給定信的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。采用不反映極性的電流檢測方法。l為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)流邏輯控制

41、環(huán)無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)節(jié)DLCDLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行正、反組的自動切換，工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進行正、反組的自動切換，其輸出信號其輸出信號 U Ublfblf 用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，開放，U Ublrblr 用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。9393 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR2.工作原理l正向運行：+-+-+-+-9494 ASR

42、DLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdARn 反向運行-+-9595二無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)1. 1.邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計要求邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計要求lDLCDLC的輸入要求：的輸入要求： 分析分析V-MV-M系統(tǒng)四象限運行的特性，有如下共同特系統(tǒng)四象限運行的特性，有如下共同特征：征：l正向運行和反向制動時，電動機轉(zhuǎn)矩方向為正，正向運行和反向制動時，電動機轉(zhuǎn)矩方向為正，即電流為正；即電流為正；l反向運行和正向制動時，電動機轉(zhuǎn)矩方向為負，反向運行和正向制動時，電動機轉(zhuǎn)矩方向為負，即電流為負。即電流為負。因此

43、，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)矩信號作為因此，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)矩信號作為DLCDLC的輸入信號。的輸入信號。9696 由于由于ASRASR的輸出信號正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：的輸出信號正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：l正向運行和反向制動時，轉(zhuǎn)矩為正，正向運行和反向制動時，轉(zhuǎn)矩為正，U U* *i i為負；為負；l反向運行和正向制動時，轉(zhuǎn)矩為負，反向運行和正向制動時，轉(zhuǎn)矩為負，U U* *i i為正。為正。 U U* *i i為轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號為轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號 又因為又因為U U* *i i極性的變化只表明系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩方向的意圖，極性的變化只表明系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩方向的意圖，轉(zhuǎn)矩極性的真正變換還要滯后一段時間。轉(zhuǎn)矩極性的真正變換還要滯后一段

44、時間。只有在只有在實際電流過零時，才開始反向?qū)嶋H電流過零時，才開始反向，因此，需要檢測，因此，需要檢測零電流信號零電流信號U Ui0i0作為作為DLCDLC的另一個輸入信號。的另一個輸入信號。9797n DLC的輸出要求l正向運行：正向運行：VFVF整流，開放整流，開放VFVF，封鎖，封鎖VRVR；l反向制動：反向制動：VFVF逆變，開放逆變，開放VFVF，封鎖，封鎖VRVR；l反向運行：反向運行：VRVR整流，開放整流，開放VRVR，封鎖，封鎖VFVF；l正向制動：正向制動：VRVR逆變，開放逆變，開放VRVR，封鎖，封鎖VFVF；因此，因此，DLCDLC的輸出有兩種狀態(tài)：的輸出有兩種狀態(tài)：

45、lVFVF開放開放 U Ublfblf =1=1，VFVF封鎖封鎖 U Ublf blf = 0= 0；lVRVR開放開放 U Ublr blr =1=1，VRVR封鎖封鎖 U Ublr blr = 0= 0。9898 DLC的內(nèi)部邏輯要求l對輸入信號進行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量；對輸入信號進行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量；l根據(jù)輸入信號，做出正確的邏輯判斷；根據(jù)輸入信號，做出正確的邏輯判斷；l為保證兩組晶閘管裝置可靠切換，需要有兩個延時時為保證兩組晶閘管裝置可靠切換，需要有兩個延時時間：間：(1) (1) t tdbldbl延時延時 封鎖延時（關(guān)斷等待時間），以確認封鎖延時（關(guān)斷等待時間），

46、以確認電流已經(jīng)過零，而非因電流脈動引起的誤信號；電流已經(jīng)過零，而非因電流脈動引起的誤信號；(2) (2) t tdtdt延時延時 開放延時（觸發(fā)等待時間），以確保開放延時（觸發(fā)等待時間），以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復阻斷能力，防止其重新導通。被關(guān)斷的晶閘管已恢復阻斷能力，防止其重新導通。9999lDLC必須具有邏輯連鎖保護功能，以保證在任必須具有邏輯連鎖保護功能，以保證在任何情況下，何情況下， U Ublfblf 和和 U Ublr blr 兩個信號必須是相反的，兩個信號必須是相反的，決不容許兩組晶閘管同時開放脈沖，確保主電決不容許兩組晶閘管同時開放脈沖，確保主電路沒有出現(xiàn)環(huán)流的可能。路沒有出現(xiàn)環(huán)流的可能。100100 2. 電路總體結(jié)構(gòu) 這樣，根據(jù)