1、 礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)講座第一章礦井提升機(jī)概述第一節(jié)提升機(jī)電力拖動(dòng)的特點(diǎn)及對拖動(dòng)控制裝置的要求礦井提升機(jī)（又稱絞車、卷揚(yáng)機(jī)）是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。提升機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)性能如何，將直接影響礦井生產(chǎn)的效率及安全。欲掌握提升機(jī)電控系統(tǒng)的原理，首先要了解提升機(jī)對電控系統(tǒng)的要求，以及各種電氣傳動(dòng)方案的特點(diǎn)。礦井提升機(jī)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，有正向和反向提升，又有正向和反向下放。對于不同水平的提升，在每次提升循環(huán)中，容器的上升或下降的運(yùn)動(dòng)距離可能是相同的，也可能是不同的。在每一提升周期都要經(jīng)過從起動(dòng)、加速、等速、減速、爬行到停車的運(yùn)動(dòng)過程，因此提升機(jī)對電控系統(tǒng)一般有下述一些要求。1、要求滿足四象限運(yùn)行設(shè)提升機(jī)正

2、向提升時(shí)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作在第一象限。而在減速下放時(shí)，如果是正力減速，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)也工作在第一象限，但如果為負(fù)力減速，則拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)就工作在第二象限。同樣當(dāng)提升機(jī)反向提升時(shí)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作在第三象限。而在減速下放時(shí)，如果是正力減速，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)也工作在第三象限，但如果為負(fù)力減速，則拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)就工作在第四象限。因此，提升機(jī)的運(yùn)行必須能滿足四象限運(yùn)行的要求。2、必須平滑調(diào)節(jié)速度且有精度較高的調(diào)節(jié)精度提升工藝要求電控系統(tǒng)須能滿足運(yùn)送物料(達(dá)到額定速度)、運(yùn)送人員(可能要求低于額定速度)、運(yùn)送炸藥(2m/s)、檢查運(yùn)行(0.31.0m/s)和低速爬行(0.10.5m/s)等各種要求,所以要求提升機(jī)電控系統(tǒng)必須

3、能平滑連續(xù)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。對于調(diào)速精度，為了在不同負(fù)載下的減速段的距離誤差盡可能地小，要求提升機(jī)的靜差率s越小越好(一般在高速下sV1%)。這樣可以使爬行段距離盡可能設(shè)計(jì)得小，來減少低速爬行段的時(shí)間，從而縮短提升周期，獲得較大的提升能力。3、要求設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置提升工藝要求電控系統(tǒng)的加減速度平穩(wěn)。根據(jù)安全規(guī)程，對礦井提升機(jī)的加、減速度都有一定的限制。對豎井來說，提物時(shí)加減速度小于1.2m/s2；提人時(shí)加減速度小于0.7m/s2；對斜井,提人時(shí)加減速度小于0.5m/s2。限制加速度的目的其一是為了減少人對加減速度的不適反應(yīng)程度，其二是降低提升機(jī)加速時(shí)的電流沖擊，提高提升設(shè)備的使用壽命。實(shí)

4、際上礦井提升機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)位置控制系統(tǒng)，提升容器在井筒中的什么位置該加速、等速、減速、爬行都有一定的要求。也就是說，必須根據(jù)提升容器在井筒中的位置確定給定的速度，這就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號。4、要求設(shè)置行程顯示與行程控制器為了便于提升機(jī)司機(jī)操作與控制，電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的提升容器在井筒中的位置顯示裝置（俗稱深度指示器）。老的深度顯示常采用牌坊指針式或圓盤指針式深度顯示裝置；新的深度顯示則采用數(shù)字顯示。因此，要求提升機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置有可靠的位置檢測環(huán)節(jié)，能準(zhǔn)確地檢測出提升容器在井筒中與減速點(diǎn)開始、爬行、停車及過卷相對應(yīng)的位置，以便控制提升機(jī)能可靠地減速、爬行、停車。為了可靠起見，通常一個(gè)位置

5、要設(shè)置多只行程開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)冗余控制。5、要求設(shè)置完善的故障監(jiān)視裝置提升機(jī)對其電控系統(tǒng)的可靠性要求很高。這是因?yàn)樘嵘龣C(jī)一旦出現(xiàn)故障，輕則影響生產(chǎn)，重則危及人員生命。電控裝置的高可靠性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是電控系統(tǒng)質(zhì)量好，故障少；二是出現(xiàn)故障后應(yīng)能根據(jù)故障性質(zhì)及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，并能對故障內(nèi)容進(jìn)行記憶和顯示，以便能迅速排除故障。通常提升機(jī)故障監(jiān)視內(nèi)容少則幾十項(xiàng)，多則百余項(xiàng)。6、要設(shè)置可靠的可調(diào)閘控制系統(tǒng)可調(diào)閘是一套電氣控制的液壓調(diào)節(jié)機(jī)械閘系統(tǒng)，是提升安全運(yùn)行的最后一道保護(hù)措施，因此要求閘系統(tǒng)的控制必須安全可靠。可調(diào)閘系統(tǒng)的控制通常分為工作制動(dòng)（常稱工作閘，由司機(jī)的制動(dòng)手柄控制）和安全制動(dòng)（常稱為安全閘，由

6、安全回路的繼電器或PLC等邏輯控制）。工作制動(dòng)是在手動(dòng)操作或在自動(dòng)操作方式下作為正常停車或定車手段。而安全制動(dòng)是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使運(yùn)行狀態(tài)下的提升機(jī)快速減速停車、靜止?fàn)顟B(tài)下不能松閘。安全制動(dòng)又分為一級制動(dòng)和二級制動(dòng)。當(dāng)提1111升容器在井筒中而離停車點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要緊急制動(dòng)時(shí)應(yīng)采用二級制動(dòng)。所謂二級制動(dòng)，就是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不是一次全部加到閘盤上，而是分兩次，使緊急制動(dòng)時(shí)的減速度比較小，減速度較緩，對機(jī)械設(shè)備的損傷小，容器在緊急制動(dòng)后要滑行一段距離才停下來。當(dāng)提升容器在井筒中離停車點(diǎn)較近時(shí)，緊急制動(dòng)時(shí)應(yīng)采用一級制動(dòng)。一級制動(dòng)時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、在緊急制動(dòng)時(shí)滑行距離短。目前在先進(jìn)的提升機(jī)上都裝備

7、有制動(dòng)力可調(diào)的安全制動(dòng)裝置。第二節(jié)提升機(jī)的電力拖動(dòng)方案按提升機(jī)對電控系統(tǒng)的要求，常用的提升機(jī)電力拖動(dòng)控制方案有以下幾種。1、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻提升系統(tǒng)在這種方案中，繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)附加電阻，利用控制器或磁力站對附加電阻進(jìn)行不同的組合，改變其大小，達(dá)到調(diào)速目的。根據(jù)提升機(jī)調(diào)速性能的不同要求，常用電阻組合有五級、八級和十級等。級數(shù)越多，調(diào)速越平滑,但仍屬于有級調(diào)速方式。該方案在加速階段和低速運(yùn)行時(shí)，大部分能量（轉(zhuǎn)差能量）以熱能的形式消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，系統(tǒng)運(yùn)行效率低。在負(fù)力減速時(shí)，一般采用動(dòng)力制動(dòng)或低頻制動(dòng)，需要設(shè)置輔助電源和定子繞組的二次切換操作。由于受交流接觸器容量的

8、限制，目前單機(jī)運(yùn)行功率不超過1000kW,雙機(jī)不超過2000kW。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是它的結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、操作方便，是目前我國中小型礦井的主流提升設(shè)備。2、雙機(jī)拖動(dòng)提升系統(tǒng)雙機(jī)拖動(dòng)是將兩臺同容量或不同容量的電動(dòng)機(jī)通過一定的剛性連接方式，用兩臺電動(dòng)機(jī)共同拖動(dòng)一臺提升機(jī)。與單機(jī)拖動(dòng)相比，其優(yōu)點(diǎn)是雙機(jī)拖動(dòng)可以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)的使用容量，減小電力拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；可以根據(jù)負(fù)載情況，確定單機(jī)或雙機(jī)的投入，以提高效率，增加系統(tǒng)可靠件；通過合理調(diào)節(jié)兩機(jī)的工作狀態(tài)，可以得到比單機(jī)更加平滑的加減速調(diào)節(jié)、良好的減速和爬行運(yùn)行特性。缺點(diǎn)是控制設(shè)備多、復(fù)雜，維護(hù)量大。3、發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)（GM）直流拖動(dòng)可逆提升系統(tǒng)G-M（

9、原稱F-D）直流拖動(dòng)可逆提升系統(tǒng)是指由直流發(fā)電機(jī)G為直流電動(dòng)機(jī)M提供幅值、極性可變的直流電源。直流電動(dòng)機(jī)為它勵(lì)方式，勵(lì)磁電流恒定，通過改變直流發(fā)電機(jī)輸出電壓來改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流發(fā)電機(jī)由交流同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，通過改變直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小改變輸出電壓，直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是通過改變電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)的。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，電動(dòng)狀態(tài)與制動(dòng)狀態(tài)的切換是快速平滑的，能較好地滿足四象限平滑調(diào)速的要求，通常采用速度閉環(huán)控制調(diào)速精度也比較高，無功沖擊小，功率因數(shù)高,而且還可向電網(wǎng)提供超前無功功率，以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。這種方案在20世紀(jì)80年代以前的大中型礦井提升機(jī)系統(tǒng)中得到較

10、好的應(yīng)用。缺點(diǎn)是運(yùn)行效率較低，因?yàn)楣β首儞Q的效率是同步電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電動(dòng)機(jī)兩臺電動(dòng)機(jī)效率的乘積，通常變流機(jī)組的效率只有0.8左右（考慮直流發(fā)電動(dòng)機(jī)組平時(shí)不停機(jī)）；占地面積大；噪聲大；維護(hù)工作量大；耗費(fèi)金屬量大等。因此，目前這種傳動(dòng)形式的礦井提升系統(tǒng)中已被晶閘管一電動(dòng)機(jī)（V-M）直流提升系統(tǒng)所取代。4、晶閘管一電動(dòng)機(jī)（VM）直流拖動(dòng)可逆提升系統(tǒng)晶閘管一電動(dòng)機(jī)（VM）直流拖動(dòng)可逆提升系統(tǒng)用靜止的晶閘管整流器取代旋轉(zhuǎn)變流器（發(fā)電動(dòng)機(jī)組）為直流電動(dòng)機(jī)供電，其效率、控制精度、運(yùn)行特性及可靠性等均比GD系統(tǒng)大為提高，從20世紀(jì)80年代起就成為直流拖動(dòng)提升機(jī)的主要方式。受電動(dòng)機(jī)換向器和晶閘管變流器容量的限制

11、，電動(dòng)機(jī)的容量通常在4000kW以下。但當(dāng)拖動(dòng)容量大于1000kW和提升速度達(dá)10m/s以上時(shí)，根據(jù)我國的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般考慮直流拖動(dòng)。5、交一交變頻交流拖動(dòng)可逆提升系統(tǒng)由于電力電子器件和微電子技術(shù)的發(fā)展，70年代的研究成果為交流電動(dòng)機(jī)交一交變頻調(diào)速系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)，80年代開始在礦井提升機(jī)上使用，特別是近年來交一交變頻器一低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速在礦井提升系統(tǒng)中得到了較為普遍的應(yīng)用，而且實(shí)現(xiàn)了多微機(jī)全數(shù)字控制，這種方案控制性能優(yōu)良、運(yùn)行效率高、單機(jī)容量大、體積小、系統(tǒng)慣量小和維護(hù)工作量少，已成為低速大容量礦井提升機(jī)傳動(dòng)的首選設(shè)備，目前單機(jī)傳動(dòng)功率已經(jīng)達(dá)到500080OOKW。在這種系統(tǒng)中通常采用的

12、是將同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外裝，與摩擦式提升機(jī)的滾筒融合為一體，形成具有體積更小、重量更輕的機(jī)電一體化方案，可以明顯地降低投資成本。但系統(tǒng)復(fù)雜，用到的新技術(shù)、新器件多，對運(yùn)行現(xiàn)場的管理和維護(hù)技術(shù)人員的技術(shù)水平要求較高。第二章提升機(jī)直流調(diào)速電力拖動(dòng)與控制直流拖動(dòng)在礦井提升中得到了廣泛的應(yīng)用,主要有直流發(fā)動(dòng)機(jī)一直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（簡稱GM）系統(tǒng)和晶閘管變流器一直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（簡稱vM系統(tǒng)）兩種類型，前者已逐漸被淘汰，因此本節(jié)僅以VM提升系統(tǒng)為例作介紹。第一節(jié)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理一、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在勵(lì)磁電流（或磁通）保持一定（通常為額定值）的情況下，電動(dòng)機(jī)的電樞電壓U、轉(zhuǎn)速與

13、轉(zhuǎn)矩T（或U,nTd電樞電流I）之間的關(guān)系。由電動(dòng)機(jī)學(xué)可知,a直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的基本方程為：U二IR+E二IR+CnddadaeE二CneT=CIMdU-1RUR，n二dd_a=4aT二nBTCCCC20eeeM電壓方程反電勢方程轉(zhuǎn)矩方程運(yùn)動(dòng)方程（機(jī)械特性）式中一轉(zhuǎn)速;n一理想空載轉(zhuǎn)速；B一機(jī)械B0特性的斜率；u一電樞電壓；dI一電樞電流；R一電樞回路總電阻；C一dae電動(dòng)勢常數(shù)；一電動(dòng)機(jī)每級磁通；c一轉(zhuǎn)矩常數(shù)；T電磁轉(zhuǎn)矩，E反電M勢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定參數(shù)下工作時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的基本方程可以表示為URRn=NaTCCC2eNeMN其機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。如圖1所示。nn0nN圖1

14、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性二、調(diào)速方法從上式可以看出，當(dāng)改變電樞電壓2、電樞d回路電阻R和勵(lì)磁磁通時(shí)，都可以改變電動(dòng)機(jī)a的轉(zhuǎn)速，因此直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速通常有以下三種方法，即改變電樞電壓卩調(diào)速、改變電樞回路電d阻R調(diào)速和改變磁通調(diào)速，而此時(shí)得到的機(jī)械a特性稱為人工機(jī)械特性。對于礦井直流提升系統(tǒng)，通常采用改變電樞電壓u的調(diào)速方法。d第二節(jié)VM直流拖動(dòng)基本方案不論是交流還是直流提升，都要求提升機(jī)能在四象限運(yùn)行。由上式可知，要改變直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小，通常采用調(diào)節(jié)電樞電流的方案；那么要改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的極性，可采用改變電樞電流的極性或者改變直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的極性（即勵(lì)磁磁通的極性）。目前礦井

15、直流提升常用的方案基本上為磁場換向可逆邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。在磁場換向系統(tǒng)中，電樞回路采用一套整流裝置,而勵(lì)磁回路則采用兩套整流裝置反并聯(lián)連接，其主電路結(jié)構(gòu)如圖圖2所示。圖2磁場換向VM直流拖動(dòng)系統(tǒng)主回路接線圖電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩極性的改變是靠改變勵(lì)磁電流的的極性實(shí)現(xiàn)的，如變流器1V工作時(shí)2V關(guān)閉為正向提升運(yùn)行，反之即為反向運(yùn)行。此外，在換向過程中，勵(lì)磁電流由額定值下降到零時(shí)，如電樞電流依然存在，電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象。為了避免這種情況，通常在勵(lì)磁電流下降到接近于零時(shí)，控制電樞電流也為零。電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁回路的負(fù)載是大電感，時(shí)間常數(shù)大，電流的建立較慢，所以較之電樞換向系統(tǒng)快速性稍差。但礦井提升機(jī)對快速性的要求不是

16、太高，也就是說并不要求轉(zhuǎn)矩變化太快。因?yàn)榧眲〉霓D(zhuǎn)矩變化會(huì)造成過大的機(jī)械沖擊，而且由于鋼絲繩的彈性連接往往會(huì)引起劇烈振蕩。當(dāng)然，轉(zhuǎn)矩的變化也不可太慢，否則會(huì)由于位能負(fù)載的作用造成提升機(jī)失控下墜，比較合適的轉(zhuǎn)矩反向時(shí)間約在0612s之間。為了滿足這一要求，常釆用“強(qiáng)迫勵(lì)磁”的方法，即在建立磁場或反向過程中加35倍的勵(lì)磁電壓。I=JI由于磁場換向電樞回路用一套變流裝置，雖然勵(lì)磁回路用兩套，但由于勵(lì)磁功率通常只占電動(dòng)機(jī)額定功率的3%5%,顯然磁場換向所需變流裝置的容量要小得多，考慮到經(jīng)濟(jì)上的這一優(yōu)越性，目前這種方案在大容量礦井提升機(jī)直流電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。一、磁場換向的VM直流電力拖動(dòng)機(jī)械特性和運(yùn)

17、轉(zhuǎn)狀態(tài)1、系統(tǒng)機(jī)械特性系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)如圖3所示。巴-)21V1V逆變2V3V3V整流(a反向電動(dòng)1V整流3V整流2V3V反向制動(dòng)卩F圖3磁場換向的VM系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)2、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提升機(jī)正向提升時(shí)，電樞變流器1V工作在整流狀態(tài)，aEd，能量是從交流電網(wǎng)經(jīng)1V供給電動(dòng)機(jī)的，運(yùn)行狀態(tài)與電樞換向系統(tǒng)相同。若電動(dòng)機(jī)工作在負(fù)力減速或下放重物，關(guān)閉2V，使變流器3V工作在整流狀態(tài)，If反向。因轉(zhuǎn)速方向不變，則電動(dòng)機(jī)的反電勢Ed反向，讓1V工作在逆變狀態(tài)，且使UdVEd，由于If已反向，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩極性反向，電動(dòng)機(jī)工作在正向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，電能由電動(dòng)機(jī)經(jīng)1V（逆變成交流電）回饋交流電網(wǎng)。反

18、向電動(dòng)和反向制動(dòng)狀態(tài)的分析與上述類似。由于電樞電流Id方向不變，轉(zhuǎn)矩的反向過程取決于勵(lì)磁電流If的反向過程。而勵(lì)磁回路的電磁慣性時(shí)間常數(shù)很大，一般達(dá)到2s以上，所以轉(zhuǎn)矩的換向時(shí)間較電樞換向長。為了加快轉(zhuǎn)矩的換向過程，通常在磁場換向系統(tǒng)中采取“強(qiáng)迫勵(lì)磁”，將磁場反向時(shí)間縮短到0612s。二、直流提升機(jī)對調(diào)速系統(tǒng)的控制要求及調(diào)速指標(biāo)提升機(jī)對自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)提出控制性能的要求一般包括靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)和動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)。靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)，要求自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)能在最高轉(zhuǎn)速（一般指額定轉(zhuǎn)速）和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，速度穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求系統(tǒng)起動(dòng)、制動(dòng)快速而平穩(wěn)；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，對負(fù)載變化、電源

19、電壓波動(dòng)等干擾因素要有較強(qiáng)的抵抗能力，即通常所說的抗干擾能力強(qiáng)。調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)品質(zhì)好壞，可用下述的兩個(gè)指標(biāo)衡量：1、調(diào)速范圍nmaxn電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)提供的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱調(diào)速范圍，表示為對于直流拖動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速nmax就是電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n馭。2、靜差率調(diào)速系統(tǒng)的靜差率是指電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定工作時(shí)，負(fù)載由零增至額定值時(shí)，對應(yīng)的靜態(tài)速降A(chǔ)ndN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比：AnS=dN-在設(shè)計(jì)時(shí)，要求的靜差率是指低速運(yùn)行時(shí)的靜差率。D、s與AndN之間的關(guān)系可表示為sndNnDAn(1-s)式中叫電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min；s額定負(fù)載時(shí)，對應(yīng)最低轉(zhuǎn)速的靜差率；An額定負(fù)

20、載時(shí)的靜態(tài)速降，r/min。礦井提升機(jī)的等速度一般為612m/s，爬行速度一般為0305m/s，因此調(diào)速范圍D=1240。爬行階段一般要求的靜差率為s=010.5o調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)一般用上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等動(dòng)態(tài)指標(biāo)來衡量。為了使系統(tǒng)具有優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)品質(zhì)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮系統(tǒng)的閉環(huán)控制，通過確當(dāng)?shù)剡x擇調(diào)節(jié)器的形式和參數(shù)來滿足靜動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求。第三節(jié)基本知識簡介一、PN結(jié)與電力二極管的工作原理圖4為電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號。a)它是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成，外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝，基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣

21、。具有單向?qū)щ姾筒豢煽刂频奶攸c(diǎn)。圖4電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a）外形b）結(jié)構(gòu)c）電氣圖形符號它是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線及封裝組成，外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝，基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。具有單向?qū)щ姾筒豢煽刂频奶攸c(diǎn)。、晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理圖5為晶閘管外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號aGAKPiNP1N2:JLAlri23JJJa）b）c）圖5晶閘管外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號a）外形b）結(jié)構(gòu)c）電氣圖形符號P1.nVNkP2=N21AKa)AVG丄JNPNS=EgPNPc2kV2b)TEa產(chǎn)生注入門極的觸-發(fā)電流的電路門極觸發(fā)電

22、路圖6晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理a）雙晶體管模型b工作原理）正向?qū)║pRMI0雪崩擊穿丨專圖7晶閘管的伏安特性URSM-UAIIZU=0DRMUDSMUbo特點(diǎn)：承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。三、單相橋式全控整流電路1、電阻性負(fù)載電路及波形如圖8所示。a)b)c)d)TRub00%工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組

23、成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。圖8單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，zdd的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流勺連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT和VT4中仍流過電流，并不關(guān)斷。d至3f=n+a時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。vt2和vt3導(dǎo)通后，4通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT和VT4關(guān)斷，流過VT和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到Vt2和Vt3上,此過程稱換相，亦稱換流。圖9單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形U=1嚴(yán)、遼Usi

24、notd(ot)=.Ucosa=0.9Ucosad兀a2兀22特點(diǎn)：晶閘管移相范圍為90。晶閘管承受的最大正反向電壓均為峰值。晶閘管導(dǎo)通角0與a無關(guān)，均為180。，平均值和有效值分別為：I=11和I=_LI=0.7071dT2dT.2dd變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各2180。的矩形波，其相位由a角決定，有效I2=Id。3、反電動(dòng)勢-電阻、電感負(fù)載：如圖10所示。圖10單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢-電阻、電感負(fù)載時(shí)的電路及波形2Udlu2lE時(shí)，晶閘管承受正電壓，才有導(dǎo)通的可能。導(dǎo)通之后直至Iu2l=E,id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E與電阻負(fù)載時(shí)相比,晶閘管提前了電角度8停止導(dǎo)

25、電，8稱為停止導(dǎo)電角。在a角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。.E5=arcsm一V2U2從波形上可見：電流續(xù)斷-id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為0的情況；電流連續(xù)-id波形在一周期內(nèi)不出現(xiàn)為0的情況；當(dāng)a30（60）的情況a30。的情況負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120。，電流不連續(xù)。2、阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。必30。時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。a30。時(shí)，u2過零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，由vt2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT施加反壓使其關(guān)斷ud波形中岀現(xiàn)負(fù)的部分。id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線

26、。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。如圖15所示。電路及0=60。時(shí)的波形圖15三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的五、三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路，如圖16所示。ud陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管VT5)陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管VT2)VT1fVT2fVT3VT4fVT5,=J=JVT4VT6VT2d2圖16三相橋式全控整流電路原理圖共陰極組：(VT1,VT3，共陽極組：(VT4,VT6,導(dǎo)通順序：VT6IU.自然換向時(shí)，每時(shí)刻導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管分別對應(yīng)陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)和陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)。1、電阻負(fù)載假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角a=0時(shí)

27、。共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。共陽極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。圖17三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0時(shí)的波形血血血晶閘管及輸出整流電壓的情況如表1所示6個(gè)晶閘管導(dǎo)通順序VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。表1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udu-uabu-uacu-ubcu-ubau-

28、ucau-ucb三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（1）2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1個(gè)，且不能為同1相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的順序?qū)ǎ辔灰来尾?0。共陰極組VT、VT3、VT5的脈沖依次差120。共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4,VT3與VT6，VT5與VT2,脈沖相差180。ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖。可采用兩種方法：寬脈沖觸發(fā)或雙脈沖觸發(fā)(常用)。晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，

29、晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。晶閘管一周期中有120處于通態(tài),240。處于斷態(tài)，由于負(fù)載為電阻，故晶閘管處于通態(tài)時(shí)的電流波形與相應(yīng)時(shí)段的Ud波形相同。udla=30uud2;IIIIuabu.I、.4UVT1uab1ac:bebi、嚴(yán)uJMua妙芒bLac/Vl、八I八丨八、/ffuac圖18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=30。時(shí)的波形每一段導(dǎo)通晶閘管的編號仍符合表1的規(guī)律區(qū)別在于：晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30，組成叫的每一段線電壓因此推遲30,ud平均值降低。a=60。udi+UaUb廠/TVTVTVd2ty+yWiVWIuIuuuIcaicbiabi丿f、l/、J上=J/fJ

30、、/、疋、屮、住UaJ/III/|ac|圖19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=60。時(shí)的波形Ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，平均值降低。a=60。時(shí)Ud岀現(xiàn)了零點(diǎn)。可見，當(dāng)aVTO&t圖21三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=0時(shí)的波形a=30時(shí)的波形圖中給出了變壓器二次側(cè)a相電流ia波形。當(dāng)aIyL圖21三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=90時(shí)的波形若電感知足夠大，中正負(fù)面積相等，平均值近似為零。a60。時(shí)：阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。電阻負(fù)載時(shí),ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。阻感負(fù)載時(shí)，叫波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90。說明：在電流連

31、續(xù)的情況下:1互U=一IT+a2x3Usintd(t)=2.34Ucosa=1.35Ucosad兀f22213三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負(fù)載時(shí)的電路如圖22所示。在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同,接反電勢阻感負(fù)載時(shí)的Id為:VT1VT3VT5d1VT4VT6VT2d2圖22三相橋式全控整流電路帶阻感和反電勢負(fù)載的結(jié)構(gòu)圖六、有源逆變同一套晶閘管電路，既可工作在整流狀態(tài)，也可工作在逆變狀態(tài)。對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變，既可工作在整流狀態(tài)

32、又可工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路（裝置）。變流裝置工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果其交流側(cè)接在交流電源上，電源成為負(fù)載，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)中去，這樣的逆變叫“有源逆變”。如果變流裝置的交流側(cè)不是接至交流電網(wǎng)，而是接至負(fù)載，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，這樣的逆變稱為“無源逆變”。1、電能傳輸關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)作為負(fù)載工作時(shí)，如圖23(a)所示變流器把交流電網(wǎng)電能變成直流電能供給電動(dòng)機(jī)和電阻R消耗。直流電動(dòng)機(jī)作為電源(發(fā)電機(jī))工作時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作時(shí)，如圖23(b)、(c)所示。直流電動(dòng)機(jī)供出能量，變流器將直流電動(dòng)機(jī)供出的直流能量的一部分變換為與電網(wǎng)同頻率的

33、交流能量送回電網(wǎng)，電阻R消耗一部分能量，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。圖23(c)所示，回路電流由兩電勢之和與回路的總電阻決定。這時(shí)兩個(gè)電源都輸出功率，消耗在回路電阻上，如回路電阻R很小，將有很大電流，相當(dāng)于短路，這在實(shí)際工作中是不允許的。d*-d*-itr-,X(M(a)(c)圖23電網(wǎng)和直流電動(dòng)機(jī)間的能量轉(zhuǎn)換2、單相有源逆變AJ/orL/411FlUdT2f右4,r4電能.NudEOdOiiiiiidT1T3T2T4T1T3-oru1r2T昴fTudJN電能EI仁！三人！Ld-3t(b)T首7t3(a)整流狀態(tài)逆變狀態(tài)圖24單相全控橋整流電路的兩種工作狀態(tài)結(jié)論：整流電路工作于有源逆變狀態(tài)的

34、條件如下：變流器直流側(cè)有直流電動(dòng)勢，其極性必須與晶閘管導(dǎo)通方向一致，改變勵(lì)磁方向；變流器輸出的直流平均電壓必須為負(fù)值，即晶閘管觸發(fā)角“*，且Ud忘3、三相有源逆變?nèi)喟氩ㄓ性茨孀儭r-j-Ti、bAd|,Ti2t3、c、111udLduYu_UdE7Pt乂X乂Xf、.JotAAAuJlduauJ_T3uddLd(XAptAX:-、/oiOXlVY&tU1=L5Qo*lp=kp3QodEuJOnugugu31i*Id，dd1iiii1IiiiidT1T2T3T1OotOT3T1T2T3l吧3巴4otnugugnug3仃倉nug.1*31otOot(b)逆(a)整流狀態(tài)下電壓、電流波形變狀態(tài)下電

35、壓、電流波形圖25三相半波相控電路的整流和有源逆變工作狀態(tài)Opa=2T1nuuuuuuuFab-ac.bcbacavbab整流狀態(tài)中間狀態(tài)逆變狀態(tài)uOuucotuuuibacacbuuuuuuubebacacbabbeuuuacjbcH-ba-cacb1/VI;if)；yJ，U：Jo.；.xxl圖26三相半波相控電路輸出電壓ud及晶閘管T1兩端的電壓波形uT12）三相橋式逆變電路3t-卩=3-ubuuuuuuuuu1B3P=6-P=3-P=4uu-ab-aeubeuuuuu-baea-ebabaeK莊汽XVv7Vz匕Ji“ubeuuuuubaeaebab-ae:/.匸；、XX7/7A；,:、-

36、ubeuuuuuu-baeaebab-aebeA:.；/V、tfXf,、m、,(*y；，-21卩=4P=6.旌Eroturiugg3g7uug2一一g3（a）脈沖丟失（不觸發(fā)）uuuuabexWx.tMr-PP*-1-|U1$20圖29晶閘管發(fā)生故障交流電源發(fā)生異常在逆變工作狀態(tài)時(shí)，如果交流電源突然停電、缺相或電源電壓降低，由于直流電動(dòng)勢的存在，晶閘管仍可觸發(fā)導(dǎo)通。此時(shí)變流器的交流側(cè)由于失去了同直流電動(dòng)勢極性相反的交流電壓，因此直流電動(dòng)勢將通過晶閘管使電路短路。換相裕量不足有源逆變電路設(shè)計(jì)時(shí)，如果對晶閘管換相時(shí)的換相重疊角考慮不夠，就會(huì)造成換相裕量時(shí)間小于晶閘管關(guān)斷時(shí)間，從而導(dǎo)致?lián)Q相失敗。 1

37、0。 Ot圖30換相重疊角（觸發(fā)a相時(shí)，換相還未結(jié)束，原導(dǎo)通的繼續(xù)導(dǎo)通）（5）最小逆變角的確定及常用方法逆變時(shí)允許釆用的最小逆變角p應(yīng)為minp=8+y+0min8晶閘管的關(guān)斷時(shí)間（大的可達(dá)200t300盟）所對應(yīng)的電角度（8=CDt），稱為恢復(fù)阻斷角,一般45；為換相重疊角，大小可根據(jù)公Y式計(jì)算或查手冊；0為換相安全裕量角，一般5第四節(jié)磁場換向直流提升機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)選用直流提升的功率一般都在2000kW左右，功率較大，為減少投資通常選用磁場換向的VM可逆調(diào)速系統(tǒng)。圖31所示為一典型的磁場換向速度、電流雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流VM可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。下面將依次介紹系統(tǒng)各部分的原理及系統(tǒng)的工作原理。

38、292-tGDSTDXTIUIgfIFJ3一一ULt111JBLTDFFGT8FBLTYT-20外來6kV16忌J15RJ111125-sDK13-MxZZ-26.25tDK21027J1圖31磁場換向的V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)方框圖1一速度調(diào)節(jié)器ST；2一電流上升率限制器DXT（也稱電流給定積分器）；3-絕對值變換器JB;4一電樞電流調(diào)節(jié)器LT；5倒相器DF；6、7順序控制器SGT；8電樞觸發(fā)裝置CF；9變流器;10電流檢測裝置;11一平波電抗器;12快速開關(guān)；13直流電動(dòng)機(jī)；14測速發(fā)電動(dòng)機(jī);15整流變壓器;16交流側(cè)高壓斷路器;17勵(lì)磁給定值調(diào)節(jié)器FGT；18符號變換器FB；19一方向記憶單元

39、町；20零電流鑒別器JL；21延時(shí)單元；22勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器FLT；23-磁場觸發(fā)裝置CF；24電子開關(guān)；25磁場變流器;26勵(lì)磁繞組;27磁場變流變壓器;28導(dǎo)通角0檢測器0J；29速度給定積分器GD一、系統(tǒng)組成各單元的名稱已標(biāo)注在圖31中，系統(tǒng)有多個(gè)單元組成。主回路包括交流側(cè)高壓斷路器、整流變壓器、變流器、平波電抗器、直流快速開關(guān)、直流電動(dòng)機(jī)、磁場變流器、磁場變流變壓器等。電樞控制是由速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器組成的典型雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。勵(lì)磁控制則是電流閉環(huán)控制系統(tǒng)。虛線框中的18、19、20、21等單元電路組成磁場控制邏輯電路，簡稱場控羅輯電路，其功能是實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁回路兩組整流橋的無環(huán)流切換。二、電

40、樞主回路及調(diào)節(jié)回路電樞主回路包括整流變壓器、晶閘管整流橋、基本負(fù)載電阻、電抗器和直流快速開關(guān)等組成。1、整流變壓器由于直流電動(dòng)機(jī)電壓等級和交流電網(wǎng)電壓等級往往不能很好的匹配，通常需要將電網(wǎng)電壓變換為所需要的電壓水平。因此在大容量的系統(tǒng)中，需要在電網(wǎng)和變流器之間接入整流變壓器。在圖31所示的系統(tǒng)中，變流器采用雙橋串聯(lián)，兩組橋都需通過變壓器接入電網(wǎng)，所以選取了兩臺。當(dāng)然也可以利用三線圈：一個(gè)原邊，兩個(gè)副邊，分別接成星形和三角形，并使兩變壓器的副邊輸出在相位上錯(cuò)開30,這樣可以使變流器輸出612脈波的直流電壓，以降低電流脈動(dòng)。2、變流器（整流器）變流器采用雙橋串聯(lián)、順序控制的方式，兩組橋的觸發(fā)脈沖與

41、整流變壓器一樣錯(cuò)開30，理想情況下可以輸出12脈波的直流電壓，輸出電壓平滑，可以減少諧波和提高功率因數(shù)。由于晶閘管變流使得電流波形畸變，以及由于輸人電流的相位滯后，使得變流器功率因數(shù)降低，高次諧波分量增大，給電網(wǎng)帶來較大的“污染”。對于大容量高電壓的電動(dòng)機(jī)，如果采用兩組晶閘管整流橋串聯(lián)供電，并通過改變變壓器聯(lián)接方式，不僅可以減少諧波分量，提高功率因數(shù)，而且還可以降低對晶閘管耐壓值的要求。圖32為串聯(lián)順序控制的主電路接線方式，其中：U二U+Udd1d2（1）串聯(lián)順序調(diào)節(jié)的工作原理UAUBuc圖32串聯(lián)順序控制的主電路=J在圖32中，變壓器兩個(gè)副邊繞組電壓相等,相位差30。，而兩組整流橋輸出電壓不

42、一定相同，但輸出電流始終相等，電樞電流為橋電流，而電樞電壓為兩橋輸出電壓的和。在整個(gè)控制過程中，僅有一個(gè)整流橋的觸發(fā)控制角在變化，另一個(gè)整流橋的觸發(fā)控制角保持在一個(gè)固定位置，即最大整流或最大逆變，這視電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)而定。當(dāng)一個(gè)整流橋處于最大整流狀態(tài)，另一個(gè)整流橋處于最大逆變時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為零；當(dāng)控制逆變橋的觸發(fā)脈沖由最大逆變向最大整流方向移動(dòng)時(shí)，在電樞兩端可以得到從零到最大整流電壓的電壓；反之，當(dāng)整流橋的觸發(fā)脈沖由最大整流向最大逆變方向移動(dòng)時(shí)，則可獲得從零到最大逆變的電壓，以吸收電動(dòng)機(jī)發(fā)電狀態(tài)的能量饋送給電網(wǎng)。整流波形如圖33所示。圖33串聯(lián)順序控制的電壓波形兩組整流橋輸出電壓:IU

43、二1.35Ucosad1211U=1.35Ucosad2212其中：1為變壓器副邊線電壓的有效值；宀分2112別為整流橋的觸發(fā)控制角。根據(jù)觸發(fā)角與功率因數(shù)的關(guān)系，可以得到不同觸發(fā)角下功率因數(shù)的值，用圖示法描述如圖34所示。從圖34中可以看出，與普通三相全控整流橋相比，采用串聯(lián)順序控制可以很大程度地減小無功功率，尤其是低速運(yùn)行時(shí)的無功功率。圖34有功和無功功率圖示法圖中虛線二相橋式整流功率關(guān)系，實(shí)線串聯(lián)順序控制功率關(guān)系，Q順序控制的無功功率，P順序控制的有功功率。U100KQLt100KQDF20KQ40KQii_20KQ40KQTM1TId-40KQD冷念D，yp丫Y,yUKIJlTM26KV

44、UK2Rj】iriIUdiUd2圖35雙橋順序控制器電路圖(2)順序控制器雙橋串聯(lián)順序控制電路如圖35所示，特性如圖36所示。來自電樞LT的輸出信號ULt被限制在0+10V之間,經(jīng)倒相后的輸出信號Udf為0一10V。倒相器DF的特性如圖36(a)所示。Uk1=f(Udf)持性如圖36(b)所示，UuY/特性如圖36(c)所示。每一個(gè)橋的觸發(fā)整流特性如圖36(d)所示。由圖(a)、(b)特性可得Uk1=f(ULt)、Uk2=f(ULt)特性，如圖36(e)所示。由圖(d)、(e)特性可得Ud1=f(ULt)、Ud2=f(ULt)特性，如圖36(f)所示。由Ud=Ud1+Ud2則可得總的觸發(fā)整流特

45、性Ud=f(ULt)。當(dāng)ULt=0V時(shí)，Ud=-Udm；當(dāng)ULt=-5V時(shí)，Ud=0V；當(dāng)ULt=10V時(shí)，Ud=+Udm。Udf(a)10V.U-10VUd5V10VUk1(d)圖36Uk110VUk2牛10V5V10VUlt-UUd2Ult10VUIt5V10V雙橋串聯(lián)順序控制特性3、基本負(fù)載電阻在圖31所示圖中，與電樞整流橋并聯(lián)的電阻R，Rj2稱為基本負(fù)載電阻，其作用是為整流橋提供續(xù)流電流。通常在大容量的變流器中，對于大功率變流器，一般采用雙窄脈沖觸發(fā)，這樣對于雙橋串聯(lián)供電的電樞回路，需要同時(shí)給出四個(gè)脈沖，兩組橋才能運(yùn)行，形成電樞電流。如果兩組橋的觸發(fā)脈沖不同步，兩組橋就不能同步運(yùn)行,就

46、不能形成電樞電流。當(dāng)設(shè)置了基本負(fù)載電阻后，每個(gè)橋通過基本負(fù)載電阻單獨(dú)構(gòu)成電流通路，每個(gè)橋都能形成電樞電流。保證了在觸發(fā)脈沖不同步的情況下也能正常工作。若采用寬脈沖觸發(fā)，可以不設(shè)置基本負(fù)載電阻。另外，在負(fù)載減半的情況下，可以采用一組橋工作、一組橋備用的運(yùn)行方式。若一組橋故障時(shí)，另一組橋在半負(fù)載下也能正常運(yùn)行。4、濾波電抗器濾波電抗器（也稱平波電抗器）的主要作用是濾除電流的脈動(dòng)成分（俗稱濾波），并使電流連續(xù)以及限流。與單橋相比，雙橋順序控制的脈動(dòng)頻率提高了，諧波電壓幅值也減小了，但脈動(dòng)仍然存在。為限制電樞電流的諧波分量，使電樞電流斷續(xù)范圍盡可能小，仍需在電樞回路接入電抗器。但由于電感量與電流的脈動(dòng)

47、頻率成反比，所以雙橋順序控制時(shí)，電抗器的電感量比單橋電路時(shí)小得多。另外，在提升系統(tǒng)中，要求電樞電流連續(xù)，因此選擇濾波電抗器時(shí)還應(yīng)滿足電流連續(xù)的要求。三相全控整流橋和雙橋順序控制基波和諧波的關(guān)系如表2所示。表2三相全控整流橋和雙橋順序控制基波和諧波的關(guān)系KE整流橋類型三相全控整丨雙橋順序|流橋控制 脈波數(shù)諧波電流頻率與基波電流頻率倍數(shù)611fn=(6k1)fn=(12k1)諧波電流幅值與基波電流幅值的關(guān)系In=(1/n)IiIn=(1/n)Ii注：k正整數(shù);（一諧波電流頻率，一基波電流頻n1率；In一諧波電流有效值，一基波電流有效值在電樞回路發(fā)生短路故障時(shí)，由于流過電抗器的電流不能突變，減緩了瞬

48、時(shí)大電流的產(chǎn)生，為其它保護(hù)動(dòng)作贏得了時(shí)間。5、直流快速開關(guān)直流快速開關(guān)的作用是直流側(cè)（直流電動(dòng)機(jī)側(cè)）過載和短路保護(hù)用，它的機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間只有2ms，全部分段電弧時(shí)間不超過30ms，因此，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生故障時(shí)，能在快速熔斷器熔斷之前動(dòng)作，避免更換快速熔斷器帶來的麻煩和損失。6、電樞調(diào)節(jié)電路電樞調(diào)節(jié)電路為典型的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)器ST和電樞電流調(diào)節(jié)器LT均為PI調(diào)節(jié)器，它們的主要作用是綜合給定和反饋信號、改 善系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。1）速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速是VM提升系統(tǒng)最常用的結(jié)構(gòu)形式，圖31的磁場換向的V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)可以簡化為如圖37所示的速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)

49、器ST綜合速度給定輸入信號Ugn和速度反饋信號Ufn構(gòu)成負(fù)反饋的速度閉環(huán)，稱為外環(huán)。速度調(diào)節(jié)器ST的輸出信號作為電流調(diào)節(jié)器LT的給定輸入信號Ugi，電流調(diào)節(jié)器LT綜合輸入信號Ugi和電流反饋信號Ufi構(gòu)成負(fù)反饋的電流閉環(huán)，稱為內(nèi)環(huán)。電流調(diào)節(jié)器LT的輸出信號UK為晶閘管觸發(fā)裝置CF的移相控制信號，由它控制晶閘管的控制角a以調(diào)節(jié)電樞電壓。系統(tǒng)中用于控制的各種信號都轉(zhuǎn)換為同一性質(zhì)的電壓信號。速度反饋信號是由與主提升直流電動(dòng)機(jī)同軸連接的直流測速發(fā)動(dòng)機(jī)及變換電路獲取的，測速發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比，可以表示為Ufn=Kn（Kfn為速度反饋系數(shù)）。電流反饋信號由接于交流側(cè)的電流互感器LH及變換電路獲取

50、，可表示為Ufi=KfiId（K為電流反饋系數(shù)）。通過對速度調(diào)節(jié)器ST和電流調(diào)節(jié)器LT結(jié)構(gòu)一的選擇和參數(shù)的計(jì)算，可設(shè)計(jì)出滿足靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的系統(tǒng)，一般速度和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用比例積分(PI)調(diào)節(jié)器。+15Vi1IUgn1R0JSTUkLTCFI1-QUfn0圖37轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管觸發(fā)裝置應(yīng)具有較寬范圍的移相控制特性，滿足整流和逆變的要求，移相控制特性如圖38所示。要使變流器工作在整流狀態(tài)，則UK為正極性。對于電流調(diào)節(jié)器LT,由于圖38觸發(fā)電路的移相控制特性a=f(Uk)電流給定信號U和電流反饋信號q均加到LT的反相輸入端，因此Ugi與Uf的差值應(yīng)為負(fù)極性。電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，

51、Ugi應(yīng)略大于U，因此ugi應(yīng)為負(fù)極性，q應(yīng)為正極性。同理，ugn應(yīng)為正極性，ufn應(yīng)為負(fù)極性。,=j,=j實(shí)際系統(tǒng)中，為了限制最小控制角amin和最小逆變角Pmin，LT的輸出端設(shè)置正、負(fù)限幅電路。同樣為限制電樞回路的最大允許電流Idm，ST的輸出端也設(shè)置正、負(fù)限幅電路。為了實(shí)現(xiàn)提升機(jī)按速度圖的要求運(yùn)行，速度給定信號Ugn應(yīng)按速度圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。2）速度調(diào)節(jié)環(huán)的作用速度調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，能使實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨給定速度變化，如果釆用PI調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)速度無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，最終反映到電動(dòng)機(jī)的速度上，速度的微小變化都使速度調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)偏差，通過速度調(diào)節(jié)環(huán)的調(diào)

52、節(jié)作用來消除偏差，從而使速度穩(wěn)定在給定的值上；其輸出限幅值決定允許的最大電流。3）電流調(diào)節(jié)環(huán)的作用限流。由于LT通常采用PI調(diào)節(jié)器，穩(wěn)態(tài)時(shí)，UK為一恒值，則LT的輸入電壓AU1=Ugi_Ui=0,所以UgUKJd,I,=卩嚴(yán)護(hù)在系統(tǒng)調(diào)整好后，Kfi為常數(shù)。因此，電樞電流的最大值Idm=Ugim/K（Ugim為速度調(diào)節(jié)器輸出電壓限幅值，V）,限制了速度調(diào)節(jié)器輸出電壓的限幅值，也就限制了電樞電流的最大值Idm=1快速跟隨。對于電流環(huán)，當(dāng)Ugi為階躍信號（對于圖37,Ugi為負(fù)極性）時(shí)，經(jīng)LT的比例積分作用，UK迅速增長，控制變流器的輸出電壓Ud，Ud隨著迅速上升，電樞電流快速建立，電流反饋信號Uf

53、i（正極性）同時(shí)增長，一旦UUgi（指絕對值比較），AU.為正，則UK下降，電樞電流下降。反饋調(diào)節(jié)的結(jié)果，使電樞電流趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定時(shí)，Id=Ugi/K電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般在10ms左右。因此，電流環(huán)具有快速跟隨的作用，也就是說電流環(huán)可以看成是一個(gè)小慣性隨動(dòng)系統(tǒng)。對電網(wǎng)電壓變化具有抗干擾作用。在電流環(huán)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，若電網(wǎng)電壓突降（或突升）,則整流電壓下降，導(dǎo)致電樞電流下降經(jīng)電流反饋的調(diào)節(jié)作用，使電樞電流迅速恢復(fù)到原來的值，擾動(dòng)恢復(fù)時(shí)間短，約為10ms。因此對速度的影響很小，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的機(jī)械慣性很大，在轉(zhuǎn)速還沒有來得及變化時(shí)，電樞電流已經(jīng)恢復(fù)到原來的值了。4）各單元電路的工作原理絕對值變

54、換器JB電樞電流環(huán)為電流負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于電流反饋信號是由電流互感器獲取的交流電流信號通過整流而來，所以電樞電流反饋信號Ufdi始終為正，那么為了形成負(fù)反饋，電樞電流的給定信號Ugdi應(yīng)始終為負(fù)。由于速度調(diào)節(jié)器輸出的信號電壓Ust的極性是變化的，如對應(yīng)正向提升時(shí)為正，對應(yīng)反向提升時(shí)就為負(fù)，為了滿足電樞電流的給定電壓Ugdi始終為負(fù)值的條件，必須將雙極性的Ust變成始終為負(fù)極性的Ugdi，這就是絕對值變換器的作用。絕對值變換器JB的電路如圖39所示,它有兩級運(yùn)放器組成，第一級N1組成檢波器，dxt10KQ1、D7RABN14210KQ&310KQd10KQ10KQ.Nud.diUdxt(b)圖

55、39絕對值變換器JB第二級N2組成加法器。當(dāng)JB的輸入信號Udxt為正極性時(shí)，N1的輸出信號UA為負(fù)值，二極管D7導(dǎo)通、D8截止，使N的反饋電阻接近零，N的放大倍數(shù)近似為零，UA=UB=0，而Udxt直接加到了N2的輸入端，則有Ugdi=-Udxto當(dāng)JB的輸入信號Udxt為負(fù)極性時(shí)，N1的輸出信號UA為正值，二極管D7截止、D8導(dǎo)通，叫的放大倍數(shù)為一1，即而UA被嵌位近似等于UB，加在N2輸入端的信號有三個(gè)ubua(uaib=-Udxt)和Uxt。N2的輸出信號Udi為Ugdi=-UA-UB-Udxt=-2(-Udxt-Udxt=Udxt此時(shí)JB為放大倍數(shù)Kp=l的同相放大器。所以,無論Ud

56、xt極性如何，Ugdi始終為負(fù)值。其輸入輸出特性如圖39(b)所示。電流變化率限制器DXT(亦稱導(dǎo)數(shù)限制器)電流變化率限制器的作用有兩個(gè)：其一是限制電樞電流的變化率did/dt。在電氣上，限制did/dt將較大改善直流電動(dòng)機(jī)整流子的換向條件；在機(jī)械上，限制did/dt就是限制了轉(zhuǎn)矩的變化率(dTd/dt),將減小由于轉(zhuǎn)矩的變化率太大對提升機(jī)機(jī)械部件產(chǎn)生的應(yīng)力。其二是配合場控邏輯電路實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的換向控制。電流變化率限制器電路如圖40所示，它有三級運(yùn)算放大器組成。第一級N為高放大倍數(shù)的反相放大器，且?guī)д?fù)限幅電路；第二級n2為=1的倒相器；第三級N3為積分器。反饋電阻R4跨接于N1的輸入端和N3的

57、輸出端，且R4=R6，故本單元電路的靜態(tài)放大倍數(shù)為一1。工作原理如下：R10Ni100KQ*1P0KQ-R1JUdxtIN_15yc:+15V圖40電流變化率限制電路原理圖當(dāng)單元電路的輸入信號Udi為負(fù)階躍信號時(shí)，叫的輸出信號UA達(dá)到正限幅值，經(jīng)倒相器n2后UB為負(fù)，負(fù)極性信號UB加到積分器n3的輸入端，使N3的輸出信號Udxt積分增加。Udxt的上升率取決于UB的大小（亦即取決于N1的限幅值）和R13、cf的大小。當(dāng)Udxt上升到絕對值與Udi相等時(shí)就不再上升，因?yàn)橐坏︰dxtUdi，UA反相，UB反相，Udxt則會(huì)下降。電流變化率限制器各點(diǎn)波形的分析如圖41所示。UUUdxt0t圖41電流

58、上升率限制器波形分析本單元電路之所以能起限制電樞電流變化率的作用，是因?yàn)殡姌须娏鳝h(huán)是一個(gè)電流快速隨動(dòng)系統(tǒng)，電流變化率的大小取決于電樞電流環(huán)給定信號Ugdi的變化率。如果不設(shè)置本單元電路，則Ugdi的變化率就是速度調(diào)節(jié)器輸出信號Ust的變化率，而Ust的變化率取決于速度偏差的大小和速度調(diào)節(jié)器ST的參數(shù)，而Ust的變化率通常較大。設(shè)置了DXT環(huán)節(jié)后，能限制Ugdi的變化率，當(dāng)然也就限制了電樞電流的變化率。綜上所述，不論Ust的極性如何、大小和變化率是多少，其最大變化率是恒定的。Udxt變化率的選擇應(yīng)考慮兩個(gè)因素，其一是電氣和機(jī)械方面允許的電樞電流變化率；其二是采取強(qiáng)勵(lì)磁后勵(lì)磁電流的換向時(shí)間。需指出

59、，當(dāng)Ust的變化率小于DXT電路的變化率時(shí)，Ugdi的實(shí)際變化率等于Ust的變化率。當(dāng)Ust的變化率大于DXT電路的變化率時(shí)，Ugdi的實(shí)際變化率就等于DXT電路本身的變化率，即按DXT電路參數(shù)所確定的Ugdi變化率。速度給定電壓變換器本電路的作用是把給定的交流電壓變換成最大值為10v的直流電壓。速度給定電壓變換器電路如圖42所示。它包括整流、濾波、加法器和限幅等電路。0.22FR11100kQiR9_-LR7C二1100kQ訂ipFnD20kQN1-11V-15VoUS224ZZ1IZZPL：圖42速度給定電壓變換器電路提升容器正向運(yùn)行時(shí)，06C06B兩端輸入約40V交流電壓（反向運(yùn)行時(shí)輸入

60、端為06C-06A）,經(jīng)橋式整流后從A點(diǎn)仮向時(shí)為E點(diǎn)）輸出基波頻率為100Hz的脈動(dòng)直流電壓。Rp也、1、q、C3和N1構(gòu)成低通濾波器。對于直流分量，N相當(dāng)于=1的放大器；對于高頻分量，q、C3容抗小，叫的輸出電壓UD的高頻分量很小，以致可以忽略不計(jì)。由r17、r18、r25和n3構(gòu)成加法放大器。提升容器正向運(yùn)行時(shí)UD為負(fù)值，經(jīng)n3后輸出電壓U522為正值。提升容器反向運(yùn)行時(shí)UH為正，經(jīng)n3后輸出電壓U522為負(fù)值。n3放大器的限幅電路由W、w2、D、D2組成，U522的正負(fù)限幅值均為10V。10V對應(yīng)于提升機(jī)的速度為10m/So速度給定積分器提升系統(tǒng)是速度閉環(huán)控制，實(shí)際運(yùn)行速度與給定速度是一