運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第四版(陳伯時(shí)主編)第4章

1、l直流直流PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) lV-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) ： 主電路的可逆線路；主電路的可逆線路； 晶閘管裝置的逆變與回饋；晶閘管裝置的逆變與回饋； 可逆線路的環(huán)流及其控制；可逆線路的環(huán)流及其控制；l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) 0 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)，又能，又能反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，而且常常還需要，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)，需要也就是說(shuō)，需要可逆的可逆的調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)。

2、0 問(wèn)題的提出（續(xù)）問(wèn)題的提出（續(xù)） 在直流拖動(dòng)系統(tǒng)中，無(wú)論是正反轉(zhuǎn)還是制動(dòng)，在直流拖動(dòng)系統(tǒng)中，無(wú)論是正反轉(zhuǎn)還是制動(dòng)，均要求改變電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向。均要求改變電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向。 aTICT改變電樞電流方向，即改變電樞電壓極性改變電樞電流方向，即改變電樞電壓極性改變磁通方向，即改變勵(lì)磁電流方向改變磁通方向，即改變勵(lì)磁電流方向電樞可逆系統(tǒng)電樞可逆系統(tǒng)磁場(chǎng)可逆系統(tǒng)磁場(chǎng)可逆系統(tǒng)lG-MG-M：改變改變G G的轉(zhuǎn)向，即改變的轉(zhuǎn)向，即改變G G的勵(lì)磁磁性，的勵(lì)磁磁性， 可實(shí)現(xiàn)可逆；可實(shí)現(xiàn)可逆；晶閘管的單向?qū)щ娦允箍刂茝?fù)雜；晶閘管的單向?qū)щ娦允箍刂茝?fù)雜；：控制主元件的導(dǎo)通順序易實(shí)現(xiàn)；控制主元件的導(dǎo)通順序易實(shí)現(xiàn)；0

3、 問(wèn)題的提出（續(xù)）問(wèn)題的提出（續(xù)）PWM變換器電路有多種形式，可分為不可逆與可逆兩大類，還有一種帶制動(dòng)電流通路的不可逆PWM-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其電流能夠反向。之所以不可逆是因?yàn)槠骄妷菏冀K大于零，因而轉(zhuǎn)速不能反向。如果要求轉(zhuǎn)速反向，需要改變PWM變換器輸出電壓的正負(fù)極性，使得直流電動(dòng)機(jī)可以在四象限中運(yùn)行，由此構(gòu)成了可逆的PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。+UsM+-ug3VD1VD2VD3VD4ug1ug2VT2VT4VT3132AB4VT1VT2VT4ug44.1.1 橋式可逆橋式可逆PWM變換器變換器id1、 工作波形分析（雙極式）工作波形分析（雙極式）id01122211124334UAB0

4、tt-Us+UsUdE重載重載輕載輕載tonTUd0時(shí)的運(yùn)行波形時(shí)的運(yùn)行波形Ud0時(shí)的運(yùn)行波形時(shí)的運(yùn)行波形UAB, idUdEid+UsttonT0-UsO重載重載輕載輕載 電動(dòng)機(jī)的工電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)？作狀態(tài)？2、輸出電壓計(jì)算、輸出電壓計(jì)算UAB0t-Us+UsUdEtonT (0 1) ( 11) 2 -211()ononondsonsdssttTUUTttUUUUTTT定義：占空比電壓系數(shù)則 max0, 0,1,ondstUUnn 當(dāng)時(shí)0,0.5, 10, 0 02ondTtUn 當(dāng)時(shí), 0.5, 0, 0, 02ondTtUn當(dāng)時(shí),0.5, 010,02ondTtTUn當(dāng)時(shí)，max 1,

5、 1, ondstTUUnn 當(dāng)時(shí)，幾種情形分析幾種情形分析(21) dUUsUs3、雙極式、雙極式PWM變換器的特點(diǎn)變換器的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): （1）電流一定連續(xù)；（2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行；（3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá)20000左右；（5）低速時(shí)每個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。+Usug4M+-ug3VD1VD2VD3VD4ug1ug2VT2VT4VT3ABVT1id 不足：不足： （1）在工作過(guò)程中，）在工作過(guò)程中，4個(gè)開(kāi)關(guān)器件都處于開(kāi)個(gè)開(kāi)關(guān)器件都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大開(kāi)關(guān)損耗大；（2）易發(fā)生）易發(fā)生上、下

6、兩管直通上、下兩管直通事故，降低了裝事故，降低了裝置的可靠性。置的可靠性。3 、 雙 極 式、 雙 極 式PWM變換器的變換器的特點(diǎn)（續(xù)）特點(diǎn)（續(xù)）防直臂導(dǎo)通的措施：防直臂導(dǎo)通的措施： 在一管關(guān)斷和另一管導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)脈沖之在一管關(guān)斷和另一管導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)間，應(yīng)設(shè)邏輯延時(shí)邏輯延時(shí).+Usug4M+-ug3VD1VD2VD3VD4ug1ug2VT2VT4VT3ABVT1id4.1.2直流直流PWMPWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反向的過(guò)渡過(guò)程過(guò)渡過(guò)程ua點(diǎn)過(guò)渡到b點(diǎn)，Id從正向IdL降低為零。u b點(diǎn)過(guò)渡到c點(diǎn) ， Id從零反向上升到允許的制動(dòng)電流-Idm 。uc點(diǎn)過(guò)渡

7、到d點(diǎn) ，回饋制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速將減速到0 。ud點(diǎn)過(guò)渡到e點(diǎn) ，反向起動(dòng)狀態(tài) ,轉(zhuǎn)速要超調(diào)，轉(zhuǎn)速環(huán)退飽和 。u在f點(diǎn)穩(wěn)定工作，電樞電流與負(fù)載電流-IdL相等。圖4-4 在坐標(biāo)系上表示的電動(dòng)機(jī)反向軌跡4.1.3 直流直流PWM功率變換器的能量回饋功率變換器的能量回饋整流器整流器 H型橋型橋式式PWM變換器變換器 放電電阻放電電阻 濾波大電容濾波大電容電容電容C的兩個(gè)作用：的兩個(gè)作用：1）濾波、穩(wěn)壓；）濾波、穩(wěn)壓； 2）吸收電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)釋放出的電能；）吸收電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)釋放出的電能； 限流電阻限流電阻 n 泵升電壓產(chǎn)生的原因泵升電壓產(chǎn)生的原因 由于直流電源靠二極管整流器供電，由于直流電源靠二極管整流器

8、供電，不可能回饋電能，電機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾不可能回饋電能，電機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作稱作“泵升電壓泵升電壓”。 如果要讓電容器全部吸收回饋能量，如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需很大的電容，或者迫使泵升電壓將需很大的電容，或者迫使泵升電壓升高而損壞元器件。升高而損壞元器件。n 泵升電壓限制電路泵升電壓限制電路+-Rpar VTPar 過(guò)壓信號(hào)過(guò)壓信號(hào)CUS 至斬波器至斬波器4.1.4 單片微機(jī)控制的單片微機(jī)控制的PWM可逆直流可逆直流 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)n 三相交流電源經(jīng)不可控整流器變換為電壓恒定的直流電源，再經(jīng)過(guò)直流PWM變換

9、器得到可調(diào)的直流電壓，給直流電動(dòng)機(jī)供電。n 檢測(cè)回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測(cè)，轉(zhuǎn)速檢測(cè)用數(shù)字測(cè)速。n 微機(jī)控制具備故障檢測(cè)功能，對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。n 一般選用專為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的單片微機(jī)，配以顯示、鍵盤等外圍電路，通過(guò)通信接口與上位機(jī)或其他外設(shè)交換數(shù)據(jù)。 圖4-6 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖控制軟件一般采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)，內(nèi)環(huán)的采樣周期小于外環(huán)的采樣周期。無(wú)論是電流采樣值還是轉(zhuǎn)速采樣值都含有擾動(dòng)，常采用阻容電路濾波，但濾波時(shí)間常數(shù)太大時(shí)會(huì)延緩動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為此可采用硬件濾波與軟件濾波相結(jié)合的辦法。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和

10、電流調(diào)節(jié)器ACR大多采用PI調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高時(shí)，還可以采用各種非線性和智能化的控制算法，使調(diào)節(jié)器能夠更好地適應(yīng)控制對(duì)象。 根據(jù)電機(jī)理論，改變電樞電流的方向，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向。因此，V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：l電樞反接可逆線路電樞反接可逆線路電樞反接反向過(guò)程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；l勵(lì)磁反接可逆線路勵(lì)磁反接可逆線路勵(lì)磁反接反向過(guò)程慢，控制相對(duì)復(fù)雜，但所需晶閘管裝置容量小。4.2.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路及環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路及環(huán)流 單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在拖動(dòng)起重機(jī)類型的負(fù)載時(shí)可能出現(xiàn)整流和有源逆變狀

11、態(tài)。 dUEPdIneTLTM提升，整流，提升，整流，象限，電動(dòng)，象限，電動(dòng)，901.單組晶閘管裝置的整流和逆變單組晶閘管裝置的整流和逆變n- nIdTe提升提升放下放下機(jī)械特性整流狀態(tài)： 電動(dòng)機(jī)工作于第1象限；逆變狀態(tài)： 電動(dòng)機(jī)工作于第4象限。TLV的單向?qū)щ娦?，電的單向?qū)щ娦?，電樞電流無(wú)法反向樞電流無(wú)法反向由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。2.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆供電方式兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆供電方式電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)MVRVFId-Id+-+電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正向產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)矩時(shí)，由正組，由

12、正組晶閘管裝置晶閘管裝置VF供供電；電；產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩時(shí)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩時(shí)，由反組晶閘管裝由反組晶閘管裝置置VR供電。供電。不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)不允許讓兩組晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對(duì)控制電路提出了嚴(yán)格的要求。 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coscosmsinmd0maxmd0UUU當(dāng)控制角為 90，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)整流狀態(tài)；當(dāng)控制角為 90，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)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(fù)值。 為了方便起見(jiàn)

13、，定義逆變角逆變角 = 180 ，則逆變電壓公式逆變電壓公式可改寫為 Ud0 = Ud0max cos 逆變電壓公式（1）內(nèi)部條件：Ud00, 90180 （2）外部條件：外電路存在一直流電源E，方向與晶閘管導(dǎo)通方向一致，且 逆變產(chǎn)生的兩個(gè)必要條件：doUE 不論整流還是逆變（當(dāng)電流連續(xù)時(shí)）當(dāng)090 時(shí)，整流，當(dāng)90 |Ud0r|， Id 0 電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。PIdc）機(jī)械特性范圍Id-Idn反組逆變反組逆變回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)正組整流正組整流電動(dòng)運(yùn)動(dòng)電動(dòng)運(yùn)動(dòng)c) 機(jī)械特性運(yùn)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。3. V

14、-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行系統(tǒng)的四象限運(yùn)行 在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)可利用反組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，反轉(zhuǎn)運(yùn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)同樣可以利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制時(shí)同樣可以利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)動(dòng)。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并采用兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行聯(lián)，就可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行。 四象限運(yùn)行正正向向回回饋饋制制動(dòng)動(dòng)反反組組逆逆變變UdE dUPdI -VRnE反組MdUPdI -VRnE反組反組整流，反向電動(dòng)EUd MId,Te+IdUdPVFn正組VF整流，整流，正向電動(dòng)正向電動(dòng)MnE+IdUdPVFn正組反反向向回回饋饋制制動(dòng)動(dòng)逆逆變變,VF,UdE ME f 90，

15、Ud0f E r 90， | E | |Ud0r| r 90， | E | 90， | Ud0f | |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(jī)產(chǎn)生回饋制動(dòng)，將電能通過(guò)逆變組回饋電網(wǎng)將電能通過(guò)逆變組回饋電網(wǎng)。 = 控制的工作狀態(tài)（續(xù)） 待整流狀態(tài)待整流狀態(tài) 當(dāng)逆變組工作時(shí)，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(fù)載電流可以迅速地從正向到反向（或從反向到正向）平滑過(guò)渡，（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(dǎo)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

16、最小逆變角 min保護(hù)保護(hù)。與此同時(shí)，與此同時(shí)，對(duì)對(duì) 角也實(shí)施角也實(shí)施 min 保護(hù)保護(hù)，以免出現(xiàn) Ud0f Ud0r 而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取30minmin1. 瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的原因：瞬時(shí)的脈動(dòng)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(dòng)的，造成整整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓壓的情況，從而仍能產(chǎn)生瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流。這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)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)自然環(huán)流系統(tǒng)。一、一、 = 配合控制的配合控制的有環(huán)流有環(huán)流可逆可逆V-M系統(tǒng)系統(tǒng)2.瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)

17、生情況舉例瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生情況舉例 瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的大小因控制角的不同而異。 現(xiàn)以 f = r = 60為例，分析三相零式反并聯(lián)可逆線路產(chǎn)生瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的情況，這里采用零式線路的目的只是為了繪制波形簡(jiǎn)單。配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路的瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流 a) 三相零式可逆線路和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流回路 -Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVR 三相零式反并聯(lián)可逆線路IdIcpn三相零式反并聯(lián)的電壓波形d) 瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流波形 b)整流電壓波形 c) 逆變電壓波形 abcaud0r0w tp2 pUd0rw tIcpicpud0f ud0fw tabca0p2 pUd0f0ru

18、d0ud0 = ud0f ud0r 瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的產(chǎn)生 正組整流電壓和反組逆變電壓之間的瞬時(shí)電壓差， ud0 = ud0f ud0r 其波形繪于圖4-13d。由于這個(gè)瞬時(shí)電壓差的存在，便在兩組晶閘管之間產(chǎn)生了瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流 icp，也繪在圖4-13d中。 瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的直流分量 由于晶閘管的內(nèi)阻很小，環(huán)流回路的阻抗主要是電感，所以不能突變，并且落后于ud0 ；又由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，只能在一個(gè)方向脈動(dòng)，所以瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流也瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流也有直流分量有直流分量 Icp （見(jiàn)圖4-13d），但與平均電壓差所產(chǎn)生的直流平均環(huán)流在性質(zhì)上是根本不同的。3. 瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制

19、直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，而瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器均衡電抗器，如圖4-13a中的 Lc1和 Lc2 。 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(lái)設(shè)計(jì)。4. = 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+- - 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)的可逆線路，其中： 正組晶閘管正組晶閘

20、管VF，由，由GTF控制觸發(fā)，控制觸發(fā)， 反組晶閘管反組晶閘管VR，由，由GTR控制觸發(fā)，控制觸發(fā)， n 給定與檢測(cè)電路（轉(zhuǎn)速） 根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行的需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映反映正和負(fù)的極性正和負(fù)的極性。這里 轉(zhuǎn)速給定：正轉(zhuǎn)時(shí)，KF閉合， U*n=“+”； 反轉(zhuǎn)時(shí)，KR閉合， U*n=“-”。 轉(zhuǎn)速反饋：正轉(zhuǎn)時(shí)， Un=“-”， 反轉(zhuǎn)時(shí)， Un=“+”。n 給定與檢測(cè)電路（電流） 電流給定電流給定：U*i=“-”,正向電流給定； U*i=“+”,反向電流給定。 電流反饋：電流反饋： 正向電流時(shí)，Ui =“+”； 反向電流時(shí)，Ui =“-”。 注意：由于電流反

21、饋應(yīng)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。n控制電路 控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流最大起制動(dòng)電流；電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角最小控制角 min 與最小逆變角與最小逆變角 min 。（2） 控制方式控制方式 采用同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路時(shí)，移相控制特性是線性的，兩組觸發(fā)裝置的控制特性如圖所示。 - UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1反轉(zhuǎn)時(shí)（穩(wěn)

22、態(tài)）：反轉(zhuǎn)時(shí)（穩(wěn)態(tài)）： l 0， r 90，VR整流： Ud0r =“+”；lUc 0， f 0， f 90，VF整流： Ud0f =“+”；l 0， r 90，VR逆變： Ud0r =“-”。停轉(zhuǎn)時(shí)：停轉(zhuǎn)時(shí)：Uc = 0， r = f = 90， Ud0f = Ud0r = 0。 AR =“-” VR逆變（待逆變）（3） 工作過(guò)程分析工作過(guò)程分析KF閉合， U*n=“+” U*i=“-” Uc =“+”cU電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行正向運(yùn)行VF整流a.正向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程：正向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程：正向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)正向穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)+ - - - -+Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運(yùn)行過(guò)程有環(huán)流系統(tǒng)正向運(yùn)行

23、過(guò)程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-Pn（2）制動(dòng)過(guò)程分析制動(dòng)過(guò)程分析 整個(gè)制動(dòng)過(guò)程可以分為兩個(gè)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；本組逆變階段； II. .它組制動(dòng)階段。它組制動(dòng)階段。 現(xiàn)以正向制動(dòng)為例，說(shuō)明有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程。 I. 本組逆變階段本組逆變階段 在這階段中，電流由正向負(fù)載電流下降到零，其方向未變，因此只能仍通過(guò)正組VF流通，具體過(guò)程如下：l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?fù)值）；lASR輸出躍變到正限幅值 +U*im ；l

24、ACR輸出躍變成負(fù)限幅值 -Ucm ；lVF由整流狀態(tài)很快變成逆變狀態(tài)，同時(shí)反組VR由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。l在VF-M回路中，由于VF變成逆變狀態(tài)，極性變負(fù)，而電機(jī)反電動(dòng)勢(shì) E 極性未變，迫使電流迅速下降，主電路電感迅速釋放儲(chǔ)能，企圖維持正向電流，這時(shí)d0rd0fdddUUEtIL大部分能量通過(guò) 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(gè)階段所占時(shí)間很短，轉(zhuǎn)速來(lái)不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖見(jiàn)圖4-17中的階段 I 。本組逆變過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)本組逆變過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMT

25、ALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+tttOOOId n Uc 制動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)響應(yīng)曲線I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 圖4-17 配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程波形.它組制動(dòng)階段它組制動(dòng)階段 當(dāng)主電路電流下降過(guò)零時(shí)，本組逆變終止，第 I 階段結(jié)束，轉(zhuǎn)到反組 VR 工作，開(kāi)始通過(guò)反組制動(dòng)。從這時(shí)起，直到制動(dòng)過(guò)程結(jié)束，統(tǒng)稱“它組制動(dòng)階段”。 它組制動(dòng)階段又可分成三個(gè)子階段：l它組建流子階段；它組建流子階段；l它組逆變子階段；它組逆變子階段；l反向減流子階段。反向減流子階段。它組建流子階段1 （1）Id 過(guò)零并反向，直至到達(dá) - Idm 以前，A

26、CR并未脫離飽和狀態(tài)，其輸出仍為 - Ucm 。這時(shí)，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d0rd0fdddUUEtILtILddd（2）反組VR由“待整流”進(jìn)入整流，向主電路提供 Id 。 由于反組整流電壓 Ud0r 和反電動(dòng)勢(shì) E 的極性相同，反向電流很快增長(zhǎng)，電機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速明顯地降低，因此，又可稱作“它組反接制動(dòng)狀態(tài)”。它組建流子階段1+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+Id-它組建流

27、子階段1tttOOOId n Uc 制動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)響應(yīng)曲線I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 圖4-17 配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程波形它組逆變子階段它組逆變子階段2(主要階段主要階段) 當(dāng)反向電流達(dá)到 Idm 并略有超調(diào)時(shí)，ACR輸出電壓 Uc 退出飽和，其數(shù)值很快減小，又由負(fù)變正，然后再增大，使VR回到逆變狀態(tài)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，力圖維持力圖維持接近最大的反向電流接近最大的反向電流 Id m ，因而0dddtILd0rd0fUUE 電機(jī)在恒減速條件下回饋制動(dòng)，把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，其中大部分通過(guò) VR 逆變回饋

28、電網(wǎng)，過(guò)渡過(guò)程波形為圖4-17中的第 II2 階段，稱作“它組回饋制動(dòng)階段”或“它組逆變階段”。 由圖可見(jiàn)，這個(gè)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，是制動(dòng)過(guò)程中的主要階段。它組逆變子階段它組逆變子階段2(主要階段主要階段)+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+- -它組逆變子階段它組逆變子階段2(主要階段主要階段)反向減流子階段反向減流子階段3 在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，ASR退飽和，無(wú)法再維持 -Idm，于是電流立即衰減。 在電流衰減過(guò)程中，電感 L上的感應(yīng)電壓 Ld

29、Id/dt 支持著反向電流，并釋放出存儲(chǔ)的磁能，與電動(dòng)機(jī)斷續(xù)釋放出的動(dòng)能一起通過(guò)VR逆變回饋電網(wǎng)。 如果電機(jī)隨即停止，整個(gè)制動(dòng)過(guò)程到此結(jié)束。+ -MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUcKFKR+-+ - - - -+0+-+ Id+-+- 反向減流過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)0000000-tttOOOId n Uc 制動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)響應(yīng)曲線I II1II2II3-Idm IdL -Ucm E 圖4-17 配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程波形n 反向起動(dòng) 如果需要在制動(dòng)后緊接著反轉(zhuǎn)， Id = -Idm的過(guò)程就會(huì)延續(xù)下

30、去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)為止。 由于正轉(zhuǎn)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)起動(dòng)的過(guò)程完全銜接起來(lái)，沒(méi)有間斷或死區(qū)沒(méi)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(diǎn)，適用于要求快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+-+ - - - -+Id0+-+反向起動(dòng)過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)Id-+-+-00-+-+-+-IdL Id n Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttIVVVIt5 t6 -Idm -IdL n* -n* 有環(huán)流系統(tǒng)可逆運(yùn)行曲線二、無(wú)環(huán)流控制的可逆晶閘管二、無(wú)環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 有

31、環(huán)流可逆系統(tǒng)的特點(diǎn)：有環(huán)流可逆系統(tǒng)的特點(diǎn)：反向快、過(guò)渡平滑，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。 當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求不很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流既沒(méi)有直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。無(wú)環(huán)流系統(tǒng)分類無(wú)環(huán)流系統(tǒng)分類 按照實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流控制原理的不同，無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)又有大類：l 邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)；l 錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。 （一）邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)原理：原理： 當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一封鎖另一組組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)

32、，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。本節(jié)將著重討論邏輯控制的無(wú)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(jì)（一） 邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)1.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+控制電路：控制電路： 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)雙閉環(huán)方案； 電流環(huán)分設(shè)兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來(lái)控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；可以采用不反映極性的電流檢測(cè)方法。主電路：主電路： 采用兩組晶閘管裝置反

33、并聯(lián)反并聯(lián)線路；由于沒(méi)有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流波形連續(xù)；1.系統(tǒng)的組成（續(xù)）系統(tǒng)的組成（續(xù)） DLC(無(wú)環(huán)流邏輯控制器無(wú)環(huán)流邏輯控制器) 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(jìn)行正、反指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動(dòng)切換組的自動(dòng)切換，其輸出信號(hào)： Ublf 用來(lái)控制正組正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放， Ublr 用來(lái)控制反組反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放。1.系統(tǒng)的組成（續(xù)）系統(tǒng)的組成（續(xù)）系統(tǒng)零位系統(tǒng)零位: f0 = r0 = 90 控制方式：控制方式： = 配合控制配合控制 - UcmUc90o rmin180o 0oUc

34、m90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR工作原理工作原理正向電動(dòng)運(yùn)行（穩(wěn)態(tài)）正向電動(dòng)運(yùn)行（穩(wěn)態(tài)）+-+-+-+- ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR反向電動(dòng)運(yùn)行（穩(wěn)態(tài)）反向電動(dòng)運(yùn)行（穩(wěn)態(tài)）-+-DLCDLC的任務(wù)：的任務(wù)：（反組）（反組）封鎖封鎖（正組）（正組）開(kāi)放開(kāi)放GTR0,UGTF1,Ublrb

35、lf需正向轉(zhuǎn)矩時(shí)需正向轉(zhuǎn)矩時(shí)需反向轉(zhuǎn)矩時(shí)需反向轉(zhuǎn)矩時(shí)（反組）開(kāi)放（正組）封鎖GTR1,UGTF0,Ublrblf注意：不能同時(shí)開(kāi)放！注意：不能同時(shí)開(kāi)放！2.無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLCDLC工作的依據(jù)信號(hào)工作的依據(jù)信號(hào)a.電流給定極性（轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)）電流給定極性（轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)）1)GTR(U0),GTF(U,1)GTF(U0),GTR(U-, blrblf*blfblr*再開(kāi)放再開(kāi)放先封鎖先封鎖再開(kāi)放再開(kāi)放先封鎖先封鎖iiUUb.零電流檢測(cè)（零電流檢測(cè)信號(hào)）零電流檢測(cè)（零電流檢測(cè)信號(hào)） Ui*極性的變化只表明系統(tǒng)有了使轉(zhuǎn)矩（電流）反向的意圖。轉(zhuǎn)矩（電流）極性的真正變換要等

36、轉(zhuǎn)矩（電流）極性的真正變換要等到電流真正到零時(shí)，才發(fā)切換命令。到電流真正到零時(shí)，才發(fā)切換命令。原狀態(tài)：原狀態(tài)：GTF開(kāi)放，開(kāi)放，GTR封鎖封鎖發(fā)切換命令發(fā)切換命令NNYYUi*改變極性？改變極性？Ui=0？邏輯判斷邏輯判斷延時(shí)電路延時(shí)電路 a.a.封鎖延時(shí)封鎖延時(shí)t tdbldbl 從發(fā)切換指令到封鎖原來(lái)工作的那組脈沖之間應(yīng)該留出來(lái)的等待時(shí)間。 封鎖信號(hào)發(fā)生的條件是：封鎖信號(hào)發(fā)生的條件是：電流斷續(xù)電流斷續(xù)（防止逆變顛覆） 大約需要半個(gè)到一個(gè)脈波的時(shí)間大約需要半個(gè)到一個(gè)脈波的時(shí)間b.b.開(kāi)放延時(shí)開(kāi)放延時(shí)t tdtdt 從封鎖原來(lái)工作組脈沖，到開(kāi)放另一組脈沖時(shí)間之間的等待時(shí)間。應(yīng)大于一個(gè)波頭的時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)波