電力拖動(dòng)教程

電力拖動(dòng)教程第1頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.1可逆直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要問題的提出晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)第2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問題的提出

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(shuō)，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。第3頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問題的提出（續(xù)）只有改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向，才能改變轉(zhuǎn)速的方向。

改變電樞電流的方向改變勵(lì)磁電流的方向第4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一。單片微機(jī)控制的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第5頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主電路：Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4第6頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)

調(diào)速時(shí)，PWM信號(hào)占空比

的可調(diào)范圍為0~?~1，使UPEM的輸出平均電壓系數(shù)的變化范圍為–1<

<+1。當(dāng)

>0.5時(shí)，

為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)當(dāng)

<0.5時(shí)，

為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)當(dāng)

=0.5時(shí)，

=0，電機(jī)停止第7頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二。有環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1.

V-M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：電樞反接可逆線路勵(lì)磁反接可逆線路第8頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）電樞反接可逆線路

電樞反接可逆線路的形式有多種，這里介紹如下3種方式：接觸器開關(guān)切換的可逆線路晶閘管開關(guān)切換的可逆線路兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路第9頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（a）接觸器開關(guān)切換的可逆線路

KMF閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；

KMR閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。IMd第10頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（b）晶閘管開關(guān)切換的可逆線路

VT1、VT4導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；

VT2、VT3導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。第11頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（c）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?，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，如下圖所示。第12頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4-2兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路

兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆供電方式Idb)運(yùn)行范圍-n-IdnO正向反向a)電路結(jié)構(gòu)MVRVFId-Id+--+--第13頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。

第14頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）勵(lì)磁反接可逆線路

改變勵(lì)磁電流的方向也能使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向。與電樞反接可逆線路一樣，可以采用接觸器開關(guān)或晶閘管開關(guān)切換方式，也可采用兩組晶閘管反并聯(lián)供電方式來(lái)改變勵(lì)磁方向。

勵(lì)磁反接可逆線路見下圖，電動(dòng)機(jī)電樞用一組晶閘管裝置供電，勵(lì)磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。第15頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

勵(lì)磁反接可逆供電方式晶閘管反并聯(lián)勵(lì)磁反接可逆線路MVId+-VR

VFId-Id+--+--第16頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

勵(lì)磁反接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：供電裝置功率小由于勵(lì)磁功率僅占電動(dòng)機(jī)額定功率的1%~5%，因此，采用勵(lì)磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少、效益高。缺點(diǎn)：改變轉(zhuǎn)向時(shí)間長(zhǎng)由于勵(lì)磁繞組的電感大，勵(lì)磁反向的過(guò)程較慢；又因電動(dòng)機(jī)不允許在失磁的情況下運(yùn)行，因此系統(tǒng)控制相對(duì)復(fù)雜一些。第17頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)（1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類電樞反接可逆線路——電樞反接反向過(guò)程快，但需要較大容量的晶閘管裝置；勵(lì)磁反接可逆線路——?jiǎng)?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。第18頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）每一類線路又可用不同的換向方式接觸器切換線路——適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械；晶閘管開關(guān)切換線路——適用于中、小功率的可逆系統(tǒng)；兩組晶閘管反并聯(lián)線路——適用于各種可逆系統(tǒng)。第19頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.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)

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第20頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(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=－Ud0maxcos

（4-2）

逆變電壓公式第21頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月-+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)。

（1）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。PId第22頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+-+--Ud0RMnEV--（2）逆變狀態(tài)放下重物

90°，Ud0

E，n0

由電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)回饋能量。

PId第23頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月n-nIdTe提升放下3）機(jī)械特性整流狀態(tài)電動(dòng)機(jī)工作于第一象限逆變狀態(tài)電動(dòng)機(jī)工作于第四象限TL圖4-3c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)

O第24頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變MVRVFId-Id+--+--第25頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖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-+Ud0fM+-nEVF--(1)正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態(tài)此時(shí)，

f90°，Ud0f

E，

n

0

電機(jī)從電路輸入能量作電動(dòng)運(yùn)行。PId第26頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）反組晶閘管裝置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(shì)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(guò)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)。第27頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4-4b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--VR逆變處于狀態(tài)

此時(shí)，

r90°，E>|Ud0r|，n

0

電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。PId第28頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）機(jī)械特性范圍圖4-4c機(jī)械特性運(yùn)行范圍

整流狀態(tài)

V-M系統(tǒng)工作在第一象限。

逆變狀態(tài)

V-M系統(tǒng)工作在第二象限。Id-Idn反組逆變回饋制動(dòng)正組整流電動(dòng)運(yùn)動(dòng)O第29頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.V-M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。歸納起來(lái)，可將可逆線路正反轉(zhuǎn)時(shí)晶閘管裝置和電機(jī)的工作狀態(tài)列于表4-1中。

第30頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MVRVFId-Id+--+--第31頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表4-1V-M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)回饋發(fā)電電動(dòng)回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機(jī)械特性所在象限一二三四第32頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。第33頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.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(guò)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。第34頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖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IdIcIc

—環(huán)流Id

—負(fù)載電流

第35頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

環(huán)流的危害和利用危害：一般地說(shuō)，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)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(guò)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。第36頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)流。

第37頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4-5

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVR

VFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~2.直流平均環(huán)流與配合控制第38頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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；－－無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)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)。第39頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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

Ud0f=Ud0maxcos

f

Ud0f=Ud0maxcos

r其中

f

和

r

分別為VF和VR的控制角。第40頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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）

第41頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由此可見，按照式（4-4）來(lái)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第42頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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。第43頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖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）

=

配合控制電路～第44頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(guò)反號(hào)器AR后獲得的。

第45頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖4-7=配合控制特性

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fGTRGTFUc1

r

f（4）

=

配合控制特性第46頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----四.

=

配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)第47頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最小逆變角限制

為了防止“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(hù)。與此同時(shí)，對(duì)

角也實(shí)施

min

保護(hù)，以免出現(xiàn)直流平均環(huán)流。一般取第48頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月瞬時(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，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(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)。第49頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月制動(dòng)過(guò)程分析IIIttt000Id

-Idm

IdL

n

Uc-Ucm

E

III第50頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月I.本組逆變階段II.它組反接制動(dòng)階段III.它組逆變回饋制動(dòng)階段有環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是反向快、過(guò)渡過(guò)程平滑，但須設(shè)置多個(gè)環(huán)流電抗器。第51頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五。無(wú)環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)

當(dāng)無(wú)環(huán)流控制可逆系統(tǒng)的一組晶閘管工作時(shí)，另一組被封鎖，