機(jī)設(shè)普 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

1、1 11.3 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)21 問題的提出問題的提出 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)可逆的調(diào)速系統(tǒng)。31 問題的提出（續(xù)）問題的提出（續(xù)） 改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，這本來是很簡單的事。 然而當(dāng)電機(jī)采用電力電子裝置供電時(shí)，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦噪娏﹄娮悠骷膯蜗驅(qū)щ娦?，問題就變得復(fù)雜起來了，需要專用的可逆電力電子裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)。42 有環(huán)流控制的可逆晶閘管有環(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)一一. V-M系統(tǒng)的

2、可逆線路系統(tǒng)的可逆線路 根據(jù)電機(jī)理論，改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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；l勵(lì)磁反接可逆線路。5兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路 較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕枰赡孢\(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，如下圖所示。6Idb) 運(yùn)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 n 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(jié)構(gòu)MVRVFId-Id+-+-7 兩組晶閘管裝置可逆運(yùn)行模式 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管

3、裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)和升、降速。 但是，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。 8 晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)1. 晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)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） coscosmsinmd0maxmd0UUU9當(dāng)控制角為 90，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當(dāng)控制角為 90，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)。 因此在

4、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，定義逆變角 = 180 ，則逆變電壓公式可改寫為 Ud0 = Ud0 max cos（4-2） 逆變電壓公式10-+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(dòng)起重機(jī)類型的負(fù)載時(shí)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，Ud0 E，n 0由電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)提供能量。PId11+-+-Ud0RMnEV-b）逆變狀態(tài)：放下重物 90，Ud0 E，n 0 由電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)回饋能量。 PId12n- nIdTe提升放下c）機(jī)械特性v整流狀態(tài)： 電動(dòng)機(jī)工作于第1象限；v逆

5、變狀態(tài)： 電動(dòng)機(jī)工作于第4象限。TL圖4-3 單組V-M系統(tǒng)帶起重機(jī)類型負(fù)載時(shí)的整流和逆變狀態(tài) 133. 兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變 兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的整流和逆變狀態(tài)原理與此相同，只是出現(xiàn)逆變狀態(tài)的具體條件不一樣。 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。14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-+Ud0 fM+-nEVF-a)正組整流電動(dòng)運(yùn)行 a) 正組晶閘管裝置VF整流vVF處于整流狀態(tài)： 此時(shí)， f 90，Ud0f E， n 0 電機(jī)從電路輸入能量作電動(dòng)運(yùn)行。PId15b) 反組晶閘管裝置

6、VR逆變 當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要回饋制動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)反電動(dòng)勢的極性未變，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(shí)，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)。16b) 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-vVR逆變處于狀態(tài)： 此時(shí)，r 90，E |Ud0r|， n 0 電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。PId17c）機(jī)械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動(dòng)正組整流電動(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。184. V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行 在可

7、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)行時(shí)同樣可以利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。這樣，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。 194. V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行20表表1 V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)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(yùn)行正向制動(dòng)反向運(yùn)行反向制動(dòng)電樞端電壓極性+電樞電流極性+電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向+電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)電動(dòng)回饋發(fā)電回饋發(fā)電電動(dòng)電動(dòng)回饋發(fā)電回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(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變機(jī)械特性所在象限一一二二三三四四21 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

8、系統(tǒng)，只要是需要快速的回饋制動(dòng)，常常也采用兩組反并聯(lián)的晶閘管裝置，由正組提供電動(dòng)運(yùn)行所需的整流供電，反組只提供逆變制動(dòng)。 這時(shí)，兩組晶閘管裝置的容量大小可以不同，反組只在短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)機(jī)提供制動(dòng)電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電流，實(shí)際采用的容量可以小一些。22三. 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v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)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)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，稱作環(huán)流，如下圖中所示。23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Id

9、IcIc 環(huán)流Id 負(fù)載電流 24 環(huán)流的危害和利用危害：一般地說，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無益，徒然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(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。利用：只要合理的對(duì)環(huán)流進(jìn)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(fù)載電流，使電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)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(duì)系統(tǒng)性能的影響。25 環(huán)流的分類 在不同情況下，會(huì)出現(xiàn)下列不同性質(zhì)的環(huán)流： （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(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：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(shí)脈

10、動(dòng)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(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。 26環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流）動(dòng)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。272. 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(fù)相連，必然產(chǎn)生較大的直流平均環(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：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；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)，

11、另一組則工作在逆變狀態(tài)。28（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(dāng)正組處于整流狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)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 = Ud0 max cosf Ud0f = Ud0 max cosr其中 f 和r 分別為VF和VR的控制角。29 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(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有 cos r = cos f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） 30

12、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 f r （4-5） 31（2）配合控制方法 為了實(shí)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(dāng)控制電壓 Uc= 0 時(shí)，使 f = r = 90，此時(shí) Ud0f = Ud0r = 0 ，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。增大控制電壓Uc 移相時(shí)，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號(hào)相反就可以了。這樣的觸發(fā)控制電路示于下圖。32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(hào)器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3） =

13、配合控制電路33 在如圖電路中，用同一個(gè)控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝置，正組觸發(fā)裝置GTF由 Uc 直接控制，而反組觸發(fā)裝置GTR由 控制， 是經(jīng)過反號(hào)器AR后獲得的。 ccUU-cU34（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(shí)，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)，這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。35（5） = 控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)待逆變狀態(tài) 實(shí)際上，這時(shí)逆變組除環(huán)流外并未流過負(fù)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)逆變狀態(tài) 只有在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)發(fā)出信號(hào)改變控制角后，同時(shí)

14、降低了整流電壓和逆變電壓的幅值，一旦電機(jī)反電動(dòng)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(jī)產(chǎn)生回饋制動(dòng)，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。36 = 控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)待整流狀態(tài) 同樣，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）平滑過渡，在任何時(shí)候，實(shí)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)。37（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

15、成最小逆變角min保護(hù)。與此同時(shí)，對(duì) 角也實(shí)施 min 保護(hù)，以免出現(xiàn) Ud0f Ud0r 而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取30minmin383. 瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制（1） 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，造成整流與逆變電壓波形上的差異，仍會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)電壓的情況，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)。39（2）瞬時(shí)脈動(dòng)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(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

16、，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(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)。40 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(gè)回路中各設(shè)一個(gè)環(huán)流電抗器，因?yàn)槠渲锌傆幸粋€(gè)電抗器會(huì)因流過直流負(fù)載電流而飽和，失去限流作用。例如： 在圖 4-9a 中當(dāng)正組VF整流時(shí)，流過負(fù)載電流，使 Lc1 鐵芯飽和，只能依靠在逆變回路中的 Lc2 限制環(huán)流。 同理，當(dāng)反組VR整流時(shí)，只能依靠 Lc1限制環(huán)流。41l 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(shè)置4個(gè)環(huán)流電抗器。12MVFVRabcA

17、BC-環(huán)流電抗器的設(shè)置（續(xù)）42四. = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)1. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -43 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(zhuǎn)時(shí)，VF整流； 反轉(zhuǎn)時(shí)，VF逆變。 反組晶閘管VR，由GTR控制觸發(fā)， 反轉(zhuǎn)時(shí)，VR整流； 正轉(zhuǎn)時(shí)，VR逆變。44 給定與檢測電路（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)該能夠反映正和負(fù)的極性。這里給定電壓：正轉(zhuǎn)時(shí)，K

18、F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=“+”。45 給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：正轉(zhuǎn)時(shí)，Ui =“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，Ui =“-”。注意：由于電流反饋應(yīng)能否反映極性，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。46 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；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 min 與最小逆變角 min 。47v反轉(zhuǎn)時(shí)： l 0， r 90，VR整流： Ud

19、0r =“+”；lUc 0， f 0， f 90，VF整流： Ud0f =“+”；l 0， r 90，VR逆變： Ud0r =“-”。v停轉(zhuǎn)時(shí)：Uc = 0， r = f = 90， Ud0f = Ud0r = 0。48五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)主要內(nèi)容主要內(nèi)容49五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯切換裝置實(shí)現(xiàn)無環(huán)流邏輯切換裝置實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制正、反變流器，保證任何時(shí)候不會(huì)有兩組控制正、反變流器，保證任何時(shí)候不會(huì)有兩組變流器同時(shí)有觸發(fā)信號(hào)變流器同時(shí)有觸發(fā)信號(hào) 兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路50邏輯切換條件分析（先分析有環(huán)流情況）邏輯切換條件分析（先分析有環(huán)流情況） 有環(huán)流可逆調(diào)速系

20、統(tǒng)原理框圖有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖五五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)51五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)a.a.電流極性判別信號(hào)電流極性判別信號(hào)U Ui i* *變號(hào)變號(hào) b.b.出現(xiàn)零電流出現(xiàn)零電流關(guān)斷延時(shí)時(shí)間：關(guān)斷延時(shí)時(shí)間： t1 = 3mst1 = 3ms例例：正組到反組切換時(shí)，本橋逆變：正組到反組切換時(shí)，本橋逆變失敗現(xiàn)象，失敗現(xiàn)象，觸發(fā)延時(shí)時(shí)間：觸發(fā)延時(shí)時(shí)間： t2 = 7mst2 = 7ms晶閘管變流器是觸發(fā)脈沖相位控制，晶閘管變流器是觸發(fā)脈沖相位控制，當(dāng)封鎖正組的脈沖后，正組原來當(dāng)封鎖正組的脈沖后，正組原來被觸發(fā)的晶閘管要到電流過零時(shí)被觸發(fā)的晶閘管要到電流過零時(shí)才真正關(guān)

21、斷。才真正關(guān)斷。 有環(huán)流系統(tǒng)速度反向過程有環(huán)流系統(tǒng)速度反向過程52（1 1） 沒有均衡電抗器沒有均衡電抗器（2 2）一套）一套ASRASR、兩套、兩套ACRACR（3 3）U Ui i* *經(jīng)過反向器后加到經(jīng)過反向器后加到ACR2ACR2，電流檢測采用不反映電，電流檢測采用不反映電流極性的電流檢測器，且只用流極性的電流檢測器，且只用一套。一套。（4 4）觸發(fā)電路中增加了封鎖）觸發(fā)電路中增加了封鎖信號(hào)信號(hào)。 （5 5）增加了無環(huán)流邏輯控制）增加了無環(huán)流邏輯控制器器DLCDLC。 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)DLC-DLC-無環(huán)流邏輯控制器無環(huán)流邏輯控制器五五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系

22、統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)53由電平檢測、邏輯轉(zhuǎn)換、延時(shí)電路和連鎖保由電平檢測、邏輯轉(zhuǎn)換、延時(shí)電路和連鎖保護(hù)四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。護(hù)四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。 無環(huán)流邏輯控制器無環(huán)流邏輯控制器DLCDLC原理圖原理圖五五 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)54本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要討論直流調(diào)速系統(tǒng)的可逆運(yùn)行問題： v由于V-M系統(tǒng)中晶閘管的單向?qū)щ娦裕枰O(shè)置可逆線路來使電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行或制動(dòng)，主要的可逆線路有l(wèi)電樞反接可逆線路；l勵(lì)磁反接可逆線路； 兩組晶閘管反并聯(lián)是大功率傳動(dòng)系統(tǒng)的主要供電方式。55v在兩組晶閘管反并聯(lián)線路中，會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，為此，需要采取措施抑制環(huán)流l設(shè)置環(huán)流電抗器；l采取 =

23、 配合控制方式；l采取封鎖觸發(fā)脈沖的方式，使兩組晶閘管不能同時(shí)工作。56v根據(jù)控制環(huán)流方式，直流可逆調(diào)速系統(tǒng)分為l有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)；l無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。57v學(xué)習(xí)要點(diǎn)：（1）掌握可逆線路的基本結(jié)構(gòu)；（2）掌握V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路4象限運(yùn)行的各種工作狀態(tài)；課程開始課程開始5811.4 11.4 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 自從全控型電力電子器件問世以后，自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制（就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制（PWMPWM）的）的高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器器- -直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，

24、簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即寬調(diào)速系統(tǒng)，即直流直流PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。59一一 PWMPWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形電流波形 PWMPWM調(diào)制：把恒定的直流電源調(diào)制：把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出平均電壓的大小。平均輸出平均電壓的大小。 60圖1-16 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) a）主電路原理圖 1. 不可逆不可逆PWMPWM變換器變換器VDUs+UgCVTidM+_EM21UdOtUgv圖中：圖中：v Us直流電源電壓直流電源電壓

25、v C 濾波電容器濾波電容器v M 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) VD 續(xù)流二極管續(xù)流二極管vVT 功率開關(guān)器件功率開關(guān)器件 vVT 的柵極由脈寬可調(diào)的柵極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓系列的脈沖電壓系列Ug驅(qū)驅(qū)動(dòng)。動(dòng)。61工作狀態(tài)與波形工作狀態(tài)與波形在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，v當(dāng)當(dāng)0 t ton時(shí)，時(shí)，Ug為為正，正，VT導(dǎo)通，電源導(dǎo)通，電源電壓通過電壓通過VT加到電加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端動(dòng)機(jī)電樞兩端；v當(dāng)當(dāng)ton t T 時(shí)，時(shí)， Ug為負(fù)，為負(fù)，VT關(guān)斷，電關(guān)斷，電樞失去電源，樞失去電源，經(jīng)經(jīng)VD續(xù)流。續(xù)流。U, iUdEidUsttonT0圖1-16 b 電壓和電流波形O62電機(jī)兩端得到的平均電壓

26、為電機(jī)兩端得到的平均電壓為(1-17)式中式中 = ton / T 為為 PWM 波形的占空比，波形的占空比， ssondUUTtU輸出電壓方程輸出電壓方程 改變改變 （ 0 1 ）即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，）即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若令若令 = Ud / Us為為PWM電壓系數(shù)電壓系數(shù)，則在不可逆，則在不可逆PWM 變換器中變換器中 = (1-18)632. 橋式可逆橋式可逆PWMPWM變換器變換器 可逆可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖形）電路，如圖1-18所示。所示。 這時(shí)，電動(dòng)機(jī)這時(shí)，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件

27、兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有柵極驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的重分析最常用的雙極式雙極式控制的可逆控制的可逆PWM變換器變換器。64+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2Ug3VT4Ug4圖1-18 橋式可逆PWM變換器n H形主電路結(jié)構(gòu)形主電路結(jié)構(gòu)65n 雙極式控制方式雙極式控制方式（1）正向運(yùn)行）正向運(yùn)行第第1階段階段，在，在 0 t ton 期間，期間， Ug1

28、、 Ug4為正，為正， VT1 、 VT4導(dǎo)通，導(dǎo)通， Ug2 、 Ug3為負(fù)，為負(fù)，VT2 、 VT3截止，電流截止，電流 id 沿回路沿回路1流流通，電動(dòng)機(jī)通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = +Us ；第第2階段，階段，在在ton t T期間期間， Ug1 、 Ug4為負(fù)，為負(fù)， VT1 、 VT4截止，截止， VD2 、 VD3續(xù)流，續(xù)流， 并并鉗位使鉗位使VT2 、 VT3保持截止，保持截止，電流電流 id 沿回路沿回路2流通，電動(dòng)機(jī)流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = Us ；U, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向電動(dòng)運(yùn)行波形1266n 雙極式控制方式（續(xù)）

29、雙極式控制方式（續(xù)）（2）反向運(yùn)行）反向運(yùn)行第第1階段，在階段，在 0 t ton 期間，期間， Ug2 、 Ug3為負(fù)為負(fù)，VT2 、 VT3截止，截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，續(xù)流，并鉗位使并鉗位使 VT1 、 VT4截止，截止，電流電流 id 沿回路沿回路4流通，電動(dòng)流通，電動(dòng)機(jī)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = +Us ；第第2階段階段，在，在ton t T 期間期間， Ug2 、 Ug3 為正，為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4為負(fù)，為負(fù)，使使VT1 、 VT4保持截止，電保持截止，電流流 id 沿回路沿回路3流通，電動(dòng)流通，電動(dòng)機(jī)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB =

30、 Us ；U, iUdEid+UsttonT0-UsO(2) 反向電動(dòng)運(yùn)行波形3467U, iUdEid+UsttonT0-UsO輕載時(shí)電動(dòng)運(yùn)行波形輕載運(yùn)行波形412368n 輸出平均電壓輸出平均電壓雙極式控制可逆雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為變換器的輸出平均電壓為（1-19） 如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中 = 2 1 （1-20）注意：注意：這里這里 的計(jì)算公式與的計(jì)算公式與不可逆變換器中的公不可逆變換器中的公式就不一樣式就不一樣了了。sonsonsond)

31、 12(UTtUTtTUTtU-69n 調(diào)速范圍調(diào)速范圍 調(diào)速時(shí)，調(diào)速時(shí)， 的可調(diào)范圍的可調(diào)范圍為為01， 1 0.5時(shí)，時(shí)， 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)當(dāng)當(dāng) 0.5時(shí)，時(shí)， 為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)當(dāng)當(dāng) = 0.5時(shí)，時(shí)， = 0 ，電機(jī)停止，電機(jī)停止70 當(dāng)電機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而當(dāng)電機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機(jī)的損耗，這不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電

32、是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤滑動(dòng)力潤滑”的作用。的作用。71n 性能評(píng)價(jià)性能評(píng)價(jià)雙極式控制的橋式可逆雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點(diǎn)變換器有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）電流一定連續(xù)；）電流一定連續(xù)；（2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；（3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；）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，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右；左右；（5）低速時(shí)

33、，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 72 雙極式控制方式的不足之處：雙極式控制方式的不足之處：在工作過程中，在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)時(shí)。73二二 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 由于采用脈寬調(diào)制，嚴(yán)格地說，由于采用脈寬調(diào)

34、制，嚴(yán)格地說，即使在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)即使在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動(dòng)的，所謂的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動(dòng)的，所謂穩(wěn)態(tài)，是指電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與穩(wěn)態(tài)，是指電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，機(jī)械特性機(jī)械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系關(guān)系。74 對(duì)于雙極式控制的可逆電路電壓方程對(duì)于雙極式控制的可逆電路電壓方程為為EtiLRiUdddds( 0 t ton ) (1-23) n 雙極式可逆電路電壓方程雙極式可逆電路電壓方程EtiLRiU-dddds(ton t T ) (1-24) 75 機(jī)械特性方程機(jī)械特性方程 平均電流和轉(zhuǎn)矩分別用平均電流和轉(zhuǎn)矩分別用 Id 和和 Te 表示，表示，平均轉(zhuǎn)速平均轉(zhuǎn)速 n = E/Ce，而電樞電感壓降的，而電樞電感壓降的平均值平均值 Ldid / dt 在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為