電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章

問題的提出

有許多生產(chǎn)機械要求電動機既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓的極性，或者改變勵磁磁通的方向，都能夠改變直流電機的旋轉(zhuǎn)方向。然而當電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娦裕枰獙Ｓ玫目赡骐娏﹄娮友b置和自動控制系統(tǒng)。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題

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出現(xiàn)，便會產(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，稱作環(huán)流。MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~IdIcIc

—環(huán)流Id

—負載電流

電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!環(huán)流的危害和利用危害：環(huán)流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。利用：對環(huán)流進行控制，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)，以避免電流斷續(xù)引起的非線性對系統(tǒng)性能的影響。環(huán)流的分類（1）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。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。瞬時脈動環(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，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。（2）動態(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。

電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!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)。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。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!=

配合控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)

——逆變組除環(huán)流外并未流過負載電流，沒有電能回饋電網(wǎng)，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)

——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值，一旦電機反電動勢E>|Ud0r|=|Ud0f|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。待整流狀態(tài)

——當逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。在

=

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）平滑過渡，在任何時候，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)。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!瞬時脈動環(huán)流及其抑制

產(chǎn)生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)瞬時電壓的情況，從而仍能產(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)流可逆系統(tǒng)又稱作自然環(huán)流系統(tǒng)。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!

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個環(huán)流電抗器。環(huán)流電抗器的設(shè)置12MVFVRabcABC--~電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!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。正組晶閘管VF,由GTF控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時，VF整流；反轉(zhuǎn)時，VF逆變。反組晶閘管VR,由GTR控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時，VR整流；正轉(zhuǎn)時，VR逆變。給定與檢測電路（轉(zhuǎn)速）

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)該能夠反映正和負的極性。給定電壓：正轉(zhuǎn)時，KF閉合，U*n=“+”；反轉(zhuǎn)時，KR閉合，U*n=“-”。轉(zhuǎn)速反饋：正轉(zhuǎn)時，Un=“-”，反轉(zhuǎn)時，Un=“+”。給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：正轉(zhuǎn)時，Ui

=“+”；反轉(zhuǎn)時，Ui

=“-”。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!控制方式

采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路時，移相控制特性是線性的。

rmin180o0o-

UcmUcmUc90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!=配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過程波形tttOOOId

n

Uc

III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!控制原理邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)當一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以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。錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是r

+f

=300°，甚至是r

+f

=360°，也就是說，初始相位整定在r

=f

=150°或180°。當待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時，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。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的特點優(yōu)點：省去環(huán)流電抗器，沒有附加的環(huán)流損耗；節(jié)省變壓器和晶閘管裝置等設(shè)備的容量；降低因換流失敗而造成的事故。缺點：由于延時造成了電流換向死區(qū)，影響過渡過程的快速性。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!直流平均環(huán)流與配合控制防止直流平均環(huán)流的產(chǎn)生采取的措施：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；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)。配合控制原理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，則直流平均環(huán)流為零。于是

Ud0r=－Ud0f

Ud0f=Ud0maxcosfUd0f=Ud0maxcosr其中f

和r

分別為VF和VR的控制角。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，當直流平均環(huán)流為零時，應(yīng)有

cosr=–cosf

r+f=180如果反組的控制用逆變角r

表示，則f=

r即=配合控制電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!=

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，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。

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!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min保護。與此同時，對角也實施min

保護，以免出現(xiàn)Ud0f

>Ud0r

而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!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，叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器。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5%~10%來設(shè)計。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!=

配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理圖MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!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

。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!反轉(zhuǎn)時：

>0，

r<90°，VR整流：Ud0r=“+”；Uc<

0，f

<

90°，VF逆變：Ud0f

=“-”。正轉(zhuǎn)時：Uc>0，

f

<90°，VF整流：Ud0f

=“+”；

<0，r

<90°，VR逆變：Ud0r

=“-”。停轉(zhuǎn)時：Uc=0，r=

f

=

90°，

Ud0f

=Ud0r=0。電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機系統(tǒng)

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，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。系統(tǒng)分類

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)有兩大類：邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。

電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時第四章共22頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒有環(huán)流，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)定運行時電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；1ACR的給定信號經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號，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。為了保證