現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程411培訓(xùn)資料

現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程411第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器一、研究目的轉(zhuǎn)速給定電樞電流實(shí)際轉(zhuǎn)速1/13/20232第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器一、研究目的在第三章中所采用的能耗制動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)制動(dòng)，原因是：1)此能耗制動(dòng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒流制動(dòng)，(制動(dòng)電壓隨著轉(zhuǎn)速的降低而下降，制動(dòng)電阻不能自動(dòng)變小只能有級(jí)的變小，)也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)按照最大允許的制動(dòng)加速度；2)能耗制動(dòng)無(wú)法把能量回饋電網(wǎng)或回收利用。根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)和最優(yōu)制動(dòng)定義可知：當(dāng)給定突然減少時(shí)，要實(shí)現(xiàn)最優(yōu)制動(dòng)，電樞電流必須要迅速突降才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)制動(dòng)。那么如何讓電樞電流迅速突降呢？1/13/20233第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器二、研究的核心問(wèn)題為了解決電樞電流迅速突降的問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的方法是采用兩組控制系統(tǒng)反并聯(lián)的方法。如右圖所示為什么采用兩組控制系統(tǒng)反并聯(lián)的方法就是解決控制系統(tǒng)電樞電流迅速突降問(wèn)題的最佳方案？-IdId1/13/20234第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器二、研究的核心問(wèn)題采用兩組控制系統(tǒng)反并聯(lián)的方法，不但能解決電樞電流迅速突降的問(wèn)題同時(shí)也解決了轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)的轉(zhuǎn)速失控問(wèn)題、振蕩次數(shù)的控制問(wèn)題和輕載時(shí)電流斷續(xù)的問(wèn)題。這種系統(tǒng)一般稱為：反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)。但是此系統(tǒng)如果正反兩組配合不好，就會(huì)出現(xiàn)兩套可控整流橋短路的現(xiàn)象發(fā)生。因此研究可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心問(wèn)題就是：正反兩組如何正確配合問(wèn)題。1/13/20235第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器三、與前三章的主要區(qū)別

第一章研究的核心問(wèn)題是控制系統(tǒng)構(gòu)造理論問(wèn)題第二、三章研究的核心問(wèn)題：如何根據(jù)控制系統(tǒng)構(gòu)造理論設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)工藝要求的控制系統(tǒng)。第二章主要解決如何滿足生產(chǎn)工藝提出的靜態(tài)指標(biāo)要求和控制系統(tǒng)如何進(jìn)行仿真的問(wèn)題；第三章主要解決如何滿足生產(chǎn)工藝提出的部分動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)問(wèn)題。1/13/20236第四章可逆調(diào)速控制系統(tǒng)和全數(shù)字調(diào)速控制器三、與前三章的主要區(qū)別

第四章研究的核心問(wèn)題：正反兩組正確配合問(wèn)題(同時(shí)解決了滿足其它動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求)。目前世界各大直流調(diào)速器生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的四象限直流調(diào)速器都是反并聯(lián)結(jié)構(gòu)的。1/13/20237第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及其回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析如果負(fù)載不變，給定電壓突然降低，由于主電路的電流不能反向?qū)е码姌须娏鞑荒苎杆龠M(jìn)入第Ⅱ象限，失去了對(duì)降速過(guò)程的控制機(jī)會(huì)。那么如何讓電樞電流迅速突降甚至反向呢？1/13/20238第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析盡管單純一組晶閘管整流系統(tǒng)的電樞電流不能迅速反向(不能進(jìn)入第Ⅱ象限)，但是當(dāng)電機(jī)帶位能負(fù)載時(shí)，單純一組晶閘管整流系統(tǒng)能由第Ⅰ象限迅速進(jìn)入第Ⅳ象限。1/13/20239第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析系統(tǒng)在第Ⅳ象限電樞電流盡管沒(méi)有改變方向，但是系統(tǒng)處于逆變狀態(tài)，整流極性發(fā)生了變化。如右圖所示。1/13/202310第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析我們也很自然的想到：反向電動(dòng)狀態(tài)的晶閘管整流系統(tǒng)也能從第Ⅲ象限進(jìn)入第Ⅱ象限。1/13/202311第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析從能量守恒的觀點(diǎn)出發(fā)我們也很容易產(chǎn)生了這樣的一種想法：當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，為了讓電機(jī)的動(dòng)能迅速降低，把工作在第Ⅰ象限的電動(dòng)機(jī)迅速讓其工作在第Ⅱ象限并且處于逆變狀態(tài)的反組晶閘管整流系統(tǒng)將能量吸收。圖4-1-21/13/202312第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析這樣作不但讓電樞電流迅速突降，也將電機(jī)降低的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能回饋給了電網(wǎng)。同理，如果反向電動(dòng)狀態(tài)的晶閘管整流系統(tǒng)的電樞電流需要迅速突降，可將正組晶閘管整流系統(tǒng)工作在第Ⅳ象限。1/13/202313第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)一、可逆運(yùn)行理論分析綜上所述：晶閘管整流極性與電動(dòng)機(jī)的原狀態(tài)相反可使電樞電流迅速突降從電機(jī)拖動(dòng)的理論說(shuō)：晶閘管整流極性與電動(dòng)機(jī)的原狀態(tài)相反可使晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠在四個(gè)象限內(nèi)迅速轉(zhuǎn)換運(yùn)行。1/13/202314第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)四個(gè)象限運(yùn)行方法根據(jù)理論分析我們已經(jīng)知道：要想使電樞電流迅速突降，必須迅速將晶閘管整流極性與電動(dòng)機(jī)的原狀態(tài)相反。能夠?qū)崿F(xiàn)晶閘管可控整流器極性與電動(dòng)機(jī)的原狀態(tài)相反的方法有兩大類：其一：改變電動(dòng)機(jī)電樞極性；其二：改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁極性。改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁極性這種方法顯然不能滿足快速制動(dòng)的要求，因?yàn)閯?lì)磁回路的電感比較大所以慣性也比較大。經(jīng)常采用的是改變電動(dòng)機(jī)電樞極性的方法，實(shí)現(xiàn)改變電動(dòng)機(jī)電樞極性的方法有如下三種：1/13/202315第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

1、有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可逆線路原理圖如右圖所示。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單，造價(jià)低。主要缺點(diǎn)是：1)正反兩組切換時(shí)有死區(qū)、不能滿足快速制動(dòng)的要求；2)壽命低、有噪聲。1/13/202316第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

1、有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可逆線路原理圖如右圖所示。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單，造價(jià)低。主要缺點(diǎn)是：1)正反兩組切換時(shí)有死區(qū)、不能滿足快速制動(dòng)的要求；2)壽命低、有噪聲。1/13/202317第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

2、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可逆線路原理圖如右圖所示。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單、可靠性較高、壽命高、無(wú)噪聲。

1/13/202318第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

2、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可逆線路原理圖如右圖所示。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)單，可靠性較高、壽命高、無(wú)噪聲。

主要缺點(diǎn)是：正反兩組切換時(shí)死區(qū)時(shí)間太長(zhǎng)、不能滿足快速制動(dòng)的要求。1/13/202319第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

3、兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路

最理想的方案是如右圖所示選擇反并聯(lián)方案可逆線路的主要原因是：1)無(wú)觸點(diǎn)式開(kāi)關(guān)換向，壽命高、無(wú)噪聲；2)正反兩組切換時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)死區(qū)或基本無(wú)死區(qū)切換、能滿足各種快速制動(dòng)的要求。3)兩組對(duì)稱容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成制造，并能提高控制系統(tǒng)的可靠性。1/13/202320第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)二、晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法

3、兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路在詳細(xì)研究反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)之前，我們應(yīng)該知道晶閘管整流裝置具備什么條件才能夠進(jìn)行回饋制動(dòng)；才能進(jìn)行能量吸收。從宏觀能量守恒的觀點(diǎn)分析：電動(dòng)機(jī)能量降低是由于電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出了能量才會(huì)降低。電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的能量變成了其它能量的形式，如果變成熱能一般情況下這是一種浪費(fèi)；如果變成電能這是一種節(jié)能和最有效的一種儲(chǔ)能方法。那么如何讓電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能變成電能呢？1/13/202321第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)三、晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)條件“電力電子技術(shù)”告訴我們：對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，晶閘管可控整流裝置要實(shí)現(xiàn)有源逆變必須滿足兩個(gè)條件：1)內(nèi)部條件：控制角α>90°，使晶閘管可控整流裝置側(cè)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的平均電壓-Ud。2)外部條件：外電路必須要有一個(gè)直流電源，并且極性必須與-Ud0的極性相同，其數(shù)值應(yīng)稍大于│-Ud0

│，以產(chǎn)生和維持逆變電流。1/13/202322第一節(jié)晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng)三、晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)條件NOTES：1)如果在兩個(gè)條件中只有內(nèi)部條件滿足稱為待逆變狀態(tài)。如右圖所示。2)對(duì)于供電電源中的電壓或電流只要有一個(gè)傳輸方向發(fā)生了變化供電電源就由