有環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)課件

可逆、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第3章可逆、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第31本章在前二章的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討可逆調(diào)速系統(tǒng)和位置隨動(dòng)系統(tǒng)。考慮到大多數(shù)學(xué)校教學(xué)學(xué)時(shí)的限制和電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一般教學(xué)需求，本課件選擇可逆調(diào)速系統(tǒng)為主要內(nèi)容。本章在前二章的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討可逆調(diào)速系統(tǒng)和位置隨23.1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)無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)3.1可逆直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要33.1.0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)。3.1.0問題的提出有許多生產(chǎn)機(jī)械要求43.1.0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(jiǎn)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?，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)。3.1.0問題的提出（續(xù)）改變電樞電壓的53.1.1相控整流器-可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)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（3-1）

3.1.1相控整流器-可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)1.6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

（3-2）

逆變電壓公式當(dāng)控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；7-+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。PId-+Ud0RM+-nEV--2.單組晶閘管裝置的有源逆變8+-+--Ud0RMnEV--b）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+-+--Ud0RMnEV--b）逆變狀態(tài)：放下重物PId9n-nIdTe提升放下c）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。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)

n-nIdTe提升放下c）機(jī)械特性整流狀態(tài)：TL圖4-3103.兩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?，F(xiàn)以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變?yōu)槔f明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。3.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變11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--a)正組整流電動(dòng)運(yùn)行

a)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12b)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)。b)反組晶閘管裝置VR逆變當(dāng)電動(dòng)13b)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)。PIdb)兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)+-+--14c）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)：

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。c）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)154.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，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。

4.V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，16表3-1V-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表3-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)晶閘管工作17

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。反并聯(lián)的晶閘管裝置的其他應(yīng)用即使是不可逆的183.1.2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。3.1.2可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題1.環(huán)流及其種類19圖3-5

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~

環(huán)流的形成IdIcIc

—環(huán)流Id

—負(fù)載電流

圖3-5反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流MVRVFUd20

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。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21

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。

環(huán)流的分類在不同情況下，會(huì)出現(xiàn)下22環(huán)流的分類（續(xù)）（2）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。環(huán)流的分類（續(xù)）（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流——僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡232.直流平均環(huán)流

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)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。2.直流平均環(huán)流在兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-24（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（3-1），Ud0f=Ud0maxcos

f

Ud0f=Ud0maxcos

r其中

f

和

r

分別為VF和VR的控制角。（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25

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

（3-3）如果反組的控制用逆變角

r表示，則

f=

r（3-4）

由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓26

由此可見，按照式（3-4）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

（3-5）

由此可見，按照式（3-4）來控制就可以消除直流平均27（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。（2）配合控制方法為了實(shí)現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘28圖3-6

=

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）

=

配合控制電路圖3-6=配合控制電路MVRVFRrecRre29

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。

在如圖電路中，用同一個(gè)控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝30（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。（4）=配合控制特性=配合控31圖3-7配合控制移相特性

=

移相控制特性（續(xù)）

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1圖3-7配合控制移相特性=移相控制特性（續(xù)32（5）

=

控制的工作狀態(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)——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)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(shì)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)。（5）=控制的工作狀態(tài)待逆變狀態(tài)——實(shí)際上，33

=

控制的工作狀態(tài)（續(xù)）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)。=控制的工作狀態(tài)（續(xù)）待整流狀態(tài)——同樣，當(dāng)逆變34（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

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?。?）最小逆變角限制為了防止晶閘管裝置在逆變353.瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流（1）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)。3.瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流（1）瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的原因：36（2）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。（2）瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生情況舉例37圖3-9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IdIcp圖3-9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a38

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abcaud0r0wtp2pUd0rwtIcpicp

ud0af

ud0fwtabca0p2pUd0f0ar

ud0三相零式反并聯(lián)的電壓波形d)瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流波39

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3-9d。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icp，也繪在圖3-9d中。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40

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娦裕荒茉谝粋€(gè)方向脈動(dòng)，所以瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流也有直流分量Icp（見圖3-9d），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。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41（3）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，如圖3-9a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)。（3）瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制直流平均環(huán)流可以用配合42

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3-9a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。環(huán)流電抗器的設(shè)置三相零式反并聯(lián)可逆線路必須43

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。12MVFVRabcABC--環(huán)流電抗器的設(shè)置（續(xù)）~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44MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設(shè)置（續(xù)）在三相橋式交叉連接可逆線路中，由于電源獨(dú)立，每一組橋只有一條環(huán)流通道，因此只要設(shè)置2個(gè)環(huán)流電抗器。MVFVRabcABCa'b'c'--~~環(huán)流電抗器的設(shè)置（453.1.3轉(zhuǎn)速制動(dòng)過程的分析1.

=

配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成

MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----3.1.3轉(zhuǎn)速制動(dòng)過程的分析1.=配合控制的有46

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。主電路主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的47

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)該能夠反映正和負(fù)的極性。這里給定電壓：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=“+”。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48

給定與檢測(cè)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。給定與檢測(cè)電路（電流）電流反饋電壓：49

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。控制電路控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速50（2）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。

rmin180o0o-

UcmUcmUc90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1（2）控制方式采用同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電51反轉(zhuǎn)時(shí)：

>0，

r<90°，VR整流：Ud0r=“+”；Uc<

0，

f

<

90°，VF逆變：Ud0f

=“-”。正轉(zhuǎn)時(shí)：Uc>0，

f

<90°，VF整流：Ud0f

=“+”；

<0，

r

<90°，VR逆變：Ud0r

=“-”。停轉(zhuǎn)時(shí)：Uc=0，

r=

f

=

90°，

Ud0f

=Ud0r=0。正轉(zhuǎn)時(shí)：停轉(zhuǎn)時(shí)：Uc=0，r=f=9052

AR

=“-”

VR逆變2.工作過程正向運(yùn)行過程：KF閉合，U*n=“+”

U*i=“-”

Uc

=“+”

電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行————————VF整流

AR=“-”VR逆變2.工作過程正向運(yùn)53正向運(yùn)行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運(yùn)行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----Pn正向運(yùn)行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id有環(huán)流系統(tǒng)54

制動(dòng)過程整個(gè)制動(dòng)過程可以分為兩個(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；

II.它組制動(dòng)階段?，F(xiàn)以正向制動(dòng)為例，說明有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)過程。

制動(dòng)過程整個(gè)制動(dòng)過程可以分為兩個(gè)主要階段，其55I.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，因此只能仍通過正組VF流通，具體過程如下：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）；ASR輸出躍變到正限幅值+U*im；ACR輸出躍變成負(fù)限幅值-Ucm；VF由整流狀態(tài)很快變成的逆變狀態(tài)，同時(shí)反組VR由待逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變成待整流狀態(tài)。I.本組逆變階段在這階段中，電流由正向負(fù)載56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)大部分能量通過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)速來不及產(chǎn)生明顯的變化，其波形圖見圖4-10中的階段I。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57本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++----本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASR58Ⅱ.它組制動(dòng)階段當(dāng)主電路電流下降過零時(shí)，本組逆變終止，第I階段結(jié)束，轉(zhuǎn)到反組VR工作，開始通過反組制動(dòng)。從這時(shí)起，直到制動(dòng)過程結(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：它組建流子階段；它組逆變子階段；反向減流子階段。Ⅱ.它組制動(dòng)階段當(dāng)主電路電流下降過零時(shí)，本組逆59它組建流子階段（1）Id

過零并反向，直至到達(dá)-Idm

以前，ACR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，使它組建流子階段（1）Id過零并反向，直至到達(dá)-60（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)”。（2）反組VR由“待整流”進(jìn)入整流，向主電路提供–Id。61反接制動(dòng)過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id----反接制動(dòng)過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcA62它組逆變子階段

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)，而VF變成待整流狀態(tài)。此后，在ACR的調(diào)節(jié)作用下，力圖維持接近最大的反向電流–Idm，因而它組逆變子階段當(dāng)反向電流達(dá)到–Idm并略有超調(diào)63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VR逆變回饋電網(wǎng)，過渡過程波形為圖4-10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，這個(gè)階段所占的時(shí)間最長(zhǎng)，是制動(dòng)過程中的主要階段。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，64它組回饋制動(dòng)過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++

Id+-+-----它組回饋制動(dòng)過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGT65反向減流子階段

在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，無法再維持-Idm，于是電流立即衰減。在電流衰減過程中，電感L上的感應(yīng)電壓LdId/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VR逆變回饋電網(wǎng)。如果電機(jī)隨即停止，整個(gè)制動(dòng)過程到此結(jié)束。反向減流子階段在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，無法再維持66+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id+-+-反向減流過程系統(tǒng)狀態(tài)0000000----+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-67tttOOOId

n

Uc

制動(dòng)過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過渡過程波形tttOOOIdnUc制動(dòng)過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III68反向起動(dòng)如果需要在制動(dòng)后緊接著反轉(zhuǎn)，

Id=-Idm的過程就會(huì)延續(xù)下去，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)的過程完全銜接起來，沒有間斷或死區(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)。反向起動(dòng)如果需要在制動(dòng)后緊接著反轉(zhuǎn)，69MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++反向起動(dòng)過程系統(tǒng)狀態(tài)Id-+-+--00-+-+-+----MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-Un70IdL

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IdLIdnIdmOOIIIIIIt4t3t2713.1.4無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

概述有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器終究是個(gè)累贅。因此，當(dāng)工藝過程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。3.1.4無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)概述72

系統(tǒng)分類

按照實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流可逆系統(tǒng)又有大類：邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)；錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)。

系統(tǒng)分類73

控制原理邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

當(dāng)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(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環(huán)流可逆系統(tǒng)?？刂圃磉壿嬁刂频臒o環(huán)流可逆系統(tǒng)74

錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

在錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，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°。這樣，當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時(shí)，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流了。鑒于目前錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)較少，本課程不再詳細(xì)介紹。錯(cuò)位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)在錯(cuò)位控制的無環(huán)流可751.邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

本節(jié)將著重討論邏輯控制的無環(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)。

（1）系統(tǒng)的組成

邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“邏輯無環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：1.邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)76

邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-11邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----+邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-11邏輯控制無環(huán)流可逆77

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(yùn)行時(shí)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(gè)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；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；78

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（續(xù)）1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2ACR的給定信號(hào)，因此電流反饋信號(hào)的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測(cè)方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，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、反組的自動(dòng)切換，其輸出信號(hào)Ublf

用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（續(xù)）1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反號(hào)器AR作為2A79

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR（2）工作原理正向運(yùn)行：+-++--+-++----ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*80

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR

反向運(yùn)行----++++++----ASRDLC-1TAVRVFGTR2MTGGTF1+U*812．無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)（1）邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求DLC的輸入要求：

分析V-M系統(tǒng)四象限運(yùn)行的特性，有如下共同特征：正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向?yàn)檎?，即電流為正；反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向?yàn)樨?fù)，即電流為負(fù)。因此，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)矩信號(hào)作為DLC的輸入信號(hào)。2．無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)（1）邏輯控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要求82

由于ACR的輸出信號(hào)正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)，U*i為正；反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)，U*i為負(fù)。

又因?yàn)閁*I

極性的變化只表明系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩反向的意圖，轉(zhuǎn)矩極性的真正變換還要滯后一段時(shí)間。只有在實(shí)際電流過零時(shí)，才開始反向，因此，需要檢測(cè)零電流信號(hào)作為DLC的另一個(gè)輸入信號(hào)。由于ACR的輸出信號(hào)正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：83

DLC的輸出要求正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；反向制動(dòng)：VF逆變，開放VF，封鎖VR；反向運(yùn)行：VR整流，開放VR，封鎖VF；正向制動(dòng)：VR逆變，開放VR，封鎖VF；因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：VF開放—Ublf

=1，VF封鎖—Ublf=0；VR開放—Ublr=1，VR封鎖—Ublr=0。DLC的輸出要求正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；84

DLC的內(nèi)部邏輯要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量；根據(jù)輸入信號(hào)，做出正確的邏輯判斷；為保證兩組晶閘管裝置可靠切換，需要有兩個(gè)延時(shí)時(shí)間：(1)t1延時(shí)——關(guān)斷等待時(shí)間，以確認(rèn)電流已經(jīng)過零，而非因電流脈動(dòng)引起的誤信號(hào)；(2)t2延時(shí)——觸發(fā)等待時(shí)間，以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止其重新導(dǎo)通。DLC的內(nèi)部邏輯要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開85具有邏輯連鎖保護(hù)功能，以保證在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反的，決不容許兩組晶閘管同時(shí)開放脈沖，確保主電路沒有出現(xiàn)環(huán)流的可能。具有邏輯連鎖保護(hù)功能，以保證在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反86

（2）電路總體結(jié)構(gòu)

這樣，根據(jù)上述分析DLC電路應(yīng)具有如下結(jié)構(gòu)：電平檢測(cè)邏輯判斷延時(shí)電路連鎖保護(hù)Ui0U*iUblfUblr（2）電路總體結(jié)構(gòu)這樣，根據(jù)上述分析DLC電87（3）無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)是邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是：當(dāng)需要切換到正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組觸發(fā)脈沖而開放正組脈沖；當(dāng)需要切換到反組VR工作時(shí)，封鎖正組而開放反組。通常都用數(shù)字控制，如數(shù)字邏輯電路、微機(jī)軟件、PLC等，用以實(shí)現(xiàn)同樣的邏輯控制關(guān)系。（3）無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)88軟件邏輯控制圖4-12邏輯控制切換程序流程圖

開始

Ui*極性變化？電流過零？發(fā)出邏輯切換指令封鎖延時(shí)tdbl封鎖本組脈沖開放延時(shí)tdt開放它組脈沖繼續(xù)開放本組脈沖互鎖保護(hù)NNYY軟件邏輯控制圖4-12邏輯控制切換程序流程圖開始U893.邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的其他方案在圖4-11的邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，采用了兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器和兩套觸發(fā)裝置分別控制正、反組晶閘管。實(shí)際上任何時(shí)刻都只有一組晶閘管在工作，另一組由于脈沖被封鎖而處于阻斷狀態(tài)，這時(shí)它的電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置都是等待狀態(tài)。采用模擬控制時(shí)，可以利用電子模擬開關(guān)選擇一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置工作，另一套裝置就可以節(jié)省下來了。3.邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的其他方案在圖4-11的90邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)

圖3-13邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)的原理框圖邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)圖3-13邏輯選觸無環(huán)流可逆系91

圖中：SAF，SAR分別是正、反組電子模擬開關(guān)。采用數(shù)字控制時(shí)，電子開關(guān)的任務(wù)可以用條件選擇程序來完成，實(shí)際系統(tǒng)都是邏輯選觸系統(tǒng)。此外，觸發(fā)裝置可采用由定時(shí)器進(jìn)行移相控制的數(shù)字觸發(fā)器，或采用集成觸發(fā)電路。圖中：SAF，SAR分別是正、反組電子模擬開關(guān)。924.無環(huán)流系統(tǒng)可逆運(yùn)行曲線IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt-n*

IVVVIt5

t6-Idm

-IdL

電流換向死區(qū)4.無環(huán)流系統(tǒng)可逆運(yùn)行曲線IdLIdnn*Idm935.邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：由于延時(shí)造成了電流換向死區(qū)，影響過渡過程的快速性。5.邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：943.1.5PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用由電力電子功率開關(guān)器件組成的橋式可逆PWM變換器，前面繪出了PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)的主電路，其中功率開關(guān)器件采用IGBT，在小容量系統(tǒng)中則可用將IGBT、續(xù)流二極管、驅(qū)動(dòng)電路以及過流、欠壓保護(hù)等封裝在一起的智能功率模塊—IPM。3.1.5PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中、小95系統(tǒng)組成圖3-16PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)組成圖3-16PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖96系統(tǒng)組成（續(xù)）圖中UR—整流器；UPEM—橋式可逆電力電子變換器，主電路與圖1-22相同，須要注意的是，直流變換器必須是可逆的；GD—驅(qū)動(dòng)電路模塊，內(nèi)部含有光電隔離電路和開關(guān)放大電路；系統(tǒng)組成（續(xù)）圖中97系統(tǒng)組成（續(xù)）UPW—PWM波生成環(huán)節(jié)，其算法包含在單片微機(jī)軟件中；TG—為測(cè)速發(fā)電機(jī)，當(dāng)調(diào)速精度要求較高時(shí)可采用數(shù)字測(cè)速碼盤；TA—霍爾電流傳感器；給定量n*，I*d

和反饋量n，Id

都已經(jīng)是數(shù)字量。系統(tǒng)組成（續(xù)）UPW—PWM波生成環(huán)節(jié)，其算法包含在單片微機(jī)98系統(tǒng)控制

該原理圖的硬件結(jié)構(gòu)如圖3-16所示，控制系統(tǒng)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。無論是電流采樣值還是轉(zhuǎn)速采樣值都有交流分量，常采用阻容電路濾波，但阻容值太大時(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。系統(tǒng)控制該原理圖的硬件結(jié)構(gòu)如圖3-16所示，控制系99系統(tǒng)控制（續(xù)）

當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)在-n*max~0~+n*max之間變化并達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，由微機(jī)輸出的PWM信號(hào)占空比ρ在0~?~0的范圍內(nèi)變化，使UPEM的輸出平均電壓系數(shù)為

=–1~0~+1實(shí)現(xiàn)雙極式可逆控制。系統(tǒng)控制（續(xù)）當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)在-n*max~0100在變流中，為了避免同一橋臂上、下兩個(gè)電力電子器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流電源短路，在由VT1、VT4導(dǎo)通切換到VT2、VT3導(dǎo)通或反向切換時(shí)，必須留有死區(qū)時(shí)間。對(duì)于功率晶體管，死區(qū)時(shí)間約需30μs；對(duì)于IGBT，死區(qū)時(shí)間約需5μs或更小些。在變流中，為了避免同一橋臂上、下兩個(gè)電力電子器1013.2弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)本節(jié)提要調(diào)壓與弱磁的配合控制非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)弱磁過程的直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和弱磁控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.2弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)本節(jié)提要1023.2.1調(diào)壓與弱磁的配合控制概述

在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速nN）向下調(diào)速。如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速的方法，通過降低勵(lì)磁電流，以減弱磁通來提高轉(zhuǎn)速。3.2.1調(diào)壓與弱磁的配合控制概述103兩種調(diào)速方式1.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式按照電力拖動(dòng)原理，在不同轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩Te

=Km

Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因?yàn)閯?lì)磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。兩種調(diào)速方式1.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式1042.恒功率調(diào)速方式而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。2.恒功率調(diào)速方式105由此可見，所謂“恒轉(zhuǎn)矩”和“恒功率”調(diào)速方式，是指在不同運(yùn)行條件下，當(dāng)電樞電流達(dá)到其額定值IN時(shí)，所容許的轉(zhuǎn)矩或功率不變，是電機(jī)能長(zhǎng)期承受的限度。實(shí)際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟有多少，還要由其具體的負(fù)載來決定。由此可見，所謂“恒轉(zhuǎn)矩”和“恒功率”調(diào)速方式106恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而恒功率類型的負(fù)載更適合于恒功率的調(diào)速方式。但是，直流電機(jī)允許的弱磁調(diào)速范圍有限，一般電機(jī)不超過1:2，專用的“調(diào)速電機(jī)”也不過是1:3或1:4。恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而恒107調(diào)壓和弱磁配合控制當(dāng)負(fù)載要求的調(diào)速范圍更大時(shí)，就不得不采用調(diào)壓和弱磁配合控制的辦法，即在基速以下保持磁通為額定值不變，只調(diào)節(jié)電樞電壓，而在基速以上則把電壓保持為額定值，減弱磁通升速，這樣的配合控制特性示于下圖。調(diào)壓和弱磁配合控制108電樞電壓與勵(lì)磁配合控制特性Te

N

nNnmax變電壓調(diào)速弱磁調(diào)速UNUP

PTeUnO圖3-17變壓與弱磁配合控制特性電樞電壓與勵(lì)磁配合控制特性TeNnNnmax變電壓調(diào)速109

從圖中可知：調(diào)壓與弱磁配合控制只能在基速以上滿足恒功率調(diào)速的要求，在基速以下，輸出功率不得不有所降低。從圖中可知：調(diào)壓與弱磁配合控制只能在基速以上1103.2.2非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：在基速以下調(diào)壓調(diào)速時(shí)，保持磁通為額定值不變；在基速以上弱磁升速時(shí)，保持電壓為額定值不變；弱磁升速時(shí)，由于轉(zhuǎn)速升高，使轉(zhuǎn)速反饋電壓也隨著升高Un，因此必須同時(shí)提高轉(zhuǎn)速給定電壓Un*，否則轉(zhuǎn)速不能上升。3.2.2非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1112.獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-AFR+GTFCUif-VFCU*ifRP2MTGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE+TGM2.獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-112系統(tǒng)部件說明圖中RP2——給定電位器；AFR——?jiǎng)?lì)磁電流調(diào)節(jié)器；VFC——?jiǎng)?lì)磁電流可控整流裝置。系統(tǒng)部件說明圖中113工作原理在基速以下調(diào)壓調(diào)速時(shí)，RP2不變保持磁通為額定值，用RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時(shí)，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用；在基速以上弱磁升速時(shí)，通過RP2減少勵(lì)磁電流給定電壓，從而減少勵(lì)磁磁通，以提高轉(zhuǎn)速；為保持電樞電壓為額定值不變，同時(shí)需要調(diào)節(jié)RP1，以提高電壓。

工作原理在基速以下調(diào)壓調(diào)速時(shí)，RP2不變保持磁通為額定值114由于需要分別調(diào)節(jié)RP1和RP2，因此稱為獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)。由于需要分別調(diào)節(jié)RP1和RP2，因此稱為1153.非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)

在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行弱磁控制，調(diào)壓與調(diào)磁的給定裝置不應(yīng)該完全獨(dú)立，而是要互相關(guān)聯(lián)的。從上圖可以看出，在基速以下，應(yīng)該在滿磁的條件下調(diào)節(jié)電壓，在基速以上，應(yīng)該在額定電壓下調(diào)節(jié)勵(lì)磁，因此存在恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)壓調(diào)速和恒功率的弱磁調(diào)速兩個(gè)不同的區(qū)段。

3.非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)壓調(diào)116實(shí)際運(yùn)行中，需要選擇一種合適的控制方法，可以在這兩個(gè)區(qū)段中交替工作，也應(yīng)該能從一個(gè)區(qū)段平滑地過渡到另一個(gè)區(qū)段中去，下圖便是一種已在實(shí)踐中證明很方便有效的控制系統(tǒng)，稱作非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行中，需要選擇一種合適的控制方法，可以117系統(tǒng)組成TVDAE圖3-18非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)TGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i-UcTAVM-UdIdUPE-AFR+GTFCUif+VFCU*if+RP2AERUi-U*eUeTAFCUvTGM系統(tǒng)組成TVDAE圖3-18非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)T118系統(tǒng)部件說明圖中TVD——電壓隔離器；AE——電動(dòng)勢(shì)運(yùn)算器；AER——電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)器；系統(tǒng)部件說明圖中119工作原理控制的基本思想根據(jù)E=Ke

n原理，若能保持電動(dòng)勢(shì)E不變，則減少電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通，可以達(dá)到提高轉(zhuǎn)速的目的。

為此，在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中引入電動(dòng)勢(shì)調(diào)節(jié)器AER，利用電動(dòng)勢(shì)反饋，使勵(lì)磁系統(tǒng)在弱磁