电力拖动自动控制系统第9-10课课件

电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统1主要内容主要内容1.1.直流直流 PWM PWM 可逆直流调速系统可逆直流调速系统 2.2.V-M V-M 可逆直流调速系统可逆直流调速系统 3.3.弱磁控制的直流调速系统弱磁控制的直流调速系统 第四章第四章 可逆控制和可逆控制和弱磁控制的直流调速系统弱磁控制的直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统2l学习要点：学习要点：（1 1）掌握可逆线路的基本结构；）掌握可逆线路的基本结构；（2 2）掌握）掌握V-MV-M系统反并联可逆线路系统反并联可逆线路4 4象限运行的各种象限运行的各种工作状态；工作状态；（3 3）掌握可逆系统的结构、工作原理、控制方式和）掌握可逆系统的结构、工作原理、控制方式和性能；性能；重点、难点：重点、难点：1.1.可可逆逆调调速速系系统统主主回回路路的的拓拓扑扑特特征征及及回回馈馈制制动动时时对电源的要求；对电源的要求；2.2.环流的产生、分类、对晶闸管可逆线路的影响环流的产生、分类、对晶闸管可逆线路的影响 3.3.有环流可逆调速系统的正反运转过程中，主电有环流可逆调速系统的正反运转过程中，主电路的能量变换、控制系统的调节等动态过程分析。路的能量变换、控制系统的调节等动态过程分析。2电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统3问题的提出l电动机不仅要能提供带动生产机械运动的电动转矩，还能产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。l改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。l直流电动机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了。3电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统4n电动机除电动转矩外还须电动机除电动转矩外还须产生制动转矩，实现生产产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。正反向运行等功能。n在转速和电磁转矩的坐标在转速和电磁转矩的坐标系上，就是系上，就是四象限运行四象限运行的的功能，功能，n这样的调速系统需要这样的调速系统需要正反正反转转，故称，故称可逆调速系统可逆调速系统。图 4-1 调速系统的四象限运行nPWM 变换器电路有多种形式，可分为不可逆与可逆两大类，n还有一种带制动电流通路的不可逆 PWM-直流电动机系统，其电流能够反向。之所以不可逆是因为平均电压始终大于零，因而转速不能反向。n如果要求转速反向，需要改变 PWM 变换器输出电压的正负极性，使得直流电动机可以在四象限中运行，由此构成了可逆的 PWM 变换器-直流电动机系统。问题的提出电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统5桥式桥式可逆可逆 PWM 变换器变换器电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统6桥式桥式可逆可逆 PWM 变换器变换器在一个开关周期内，n 当 0 t ton时，UAB=US，电枢电流 id 沿回路1流通；n当 tont1/2 时，时，为正，电动机正转；当为正，电动机正转；当|U Ud0rd0r|，n n 0 0 电机输出电能实现回馈制动。电机输出电能实现回馈制动。PIdb)反组晶闸管装置VR逆变当电动机需要回馈制动时，当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产未变，要回馈电能必须产生反向电流生反向电流34电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统35c）机械特性范围Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动c)机械特性运行范围 整流状态整流状态：V-M系统工作在第一象限。逆变状态逆变状态：V-M系统工作在第二象限。35电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统364.V-M系统的四象限运行在可逆调速系统中在可逆调速系统中1.1.正正转转运运行行时时可可利利用用反反组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动，动，2.2.反反转转运运行行时时可可利利用用正正组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动。动。这这样样，采采用用两两组组晶晶闸闸管管装装置置的反并联，就可实现电动机的四象限运行。的反并联，就可实现电动机的四象限运行。36电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统37表4-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态 V-M系统的工作状态系统的工作状态正向运行正向运行正向制动正向制动反向运行反向运行反向制动反向制动电枢端电压极性电枢端电压极性+电枢电流极性电枢电流极性+电机旋转方向电机旋转方向+电机运行状态电机运行状态电动电动回馈发电回馈发电电动电动回馈发电回馈发电晶闸管工作的组别和晶闸管工作的组别和状态状态正组整流正组整流反组逆变反组逆变反组整流反组整流正组逆变正组逆变机械特性所在象限机械特性所在象限一一二二三三四四37电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统38反并联的晶闸管装置的其他应用 即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。38电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统39三.可逆V-M系统中的环流问题 1.环流及其种类环流及其种类l环流的定义：环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆采用两组晶闸管反并联的可逆V-MV-M系统，系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作流通的短路电流，称作环流环流，如下图中所，如下图中所示。示。39电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统40图4-5 反并联可逆V-M系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-环流的形成IdIc40电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统41 环流的危害和利用l危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。l利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。41电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统42环流的分类 在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：（1 1）静静态态环环流流两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：l直直流流平平均均环环流流由由晶晶闸闸管管装装置置输输出出的的直直流流平平均均电压所产生的环流称作直流平均环流。电压所产生的环流称作直流平均环流。l瞬瞬时时脉脉动动环环流流两两组组晶晶闸闸管管输输出出的的直直流流平平均均电电压压差差为为零零，但但因因电电压压波波形形不不同同，瞬瞬时时电电压压差差仍仍会会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。（2 2）动态环流）动态环流仅在可逆仅在可逆V-MV-M系统处于过渡过系统处于过渡过程中出现的环流。程中出现的环流。42电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统432.直流平均环流与配合控制 在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组VF 和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生很大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：l采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；l采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。43电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统44（1）配合控制原理 为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态、Ud0f 为正时；强迫让反组处于逆变状态、Ud0r 为负，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是：Ud0r=Ud0f 由式（4-1），Ud0f=Ud0 max cosf Ud0r=Ud0 max cosr其中 f 和r 分别为VF和VR的控制角。44电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统45当直流平均环流为零时，应有当直流平均环流为零时，应有 coscos r r=cos cos f f或或 r r+f f=180=180 （4-34-3）如果反组的控制用逆变角如果反组的控制用逆变角 r r 表示，则表示，则 f=r （4-4）由此可见，由此可见，按照式（按照式（4-44-4）来控制就可以消除直流平均）来控制就可以消除直流平均环流，这称作环流，这称作 =配合控制。配合控制。为了更可靠地消除直流为了更可靠地消除直流平均环流，可采用平均环流，可采用 f f r r （4-54-5）45电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统46（2）配合控制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90，即l当控制电压 Uc=0 时，使 f=r=90，此时 Ud0f=Ud0r=0，电机处于停止状态。l增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。46电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统47图4-6 =配合控制电路GTF-正组触发装置 GTR-反组触发装置 AR-反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）=配合控制电路配合控制电路47电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统48（4）=配合控制特性 =配合控制系统的移相控制特性。移相时，如果配合控制系统的移相控制特性。移相时，如果一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态，一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的。这是指控制角的工作状态而言的。图图4-7配合控制特性配合控制特性48电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统49（5）最小逆变角限制 为了防止晶闸管装置在逆变状态工作为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆逆变颠覆”现象，必须在控制电路中采现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角用限幅作用，形成最小逆变角 minmin保护。保护。与此同时，对与此同时，对 角也实施角也实施 minmin保护，以免保护，以免出现出现 U Ud0fd0f U Ud0rd0r而产生直流平均环流。通而产生直流平均环流。通常取常取49电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统50（6）=控制的工作状态待逆变状态待逆变状态 实际上，这时逆变组除环流实际上，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于确切地说，它只是处于“待逆变状态待逆变状态”，表示该，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。逆变状态逆变状态 只有在制动时，当发出信号改变只有在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势值，一旦电机反电动势 E E|U Ud0rd0r|=|=|U Ud0fd0f|，整，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。网。50电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统51=控制的工作状态（续）l待整流状态待整流状态 同样，当逆变组工作时，同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于另一组也是在等待着整流，可称作处于“待待整流状态整流状态”。所以，在所以，在 =配合控制下，负载电流可配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。51电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统523.瞬时脉动环流及其抑制（1 1）瞬时的脉动环流产生的原因：瞬时的脉动环流产生的原因：采用配合控制已经消除了直流平均环采用配合控制已经消除了直流平均环流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压异，仍会出现瞬时电压 的的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作控制有环流可逆系统又称作自然环流系统自然环流系统。52电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统53（2）瞬时脉动环流产生情况举例）瞬时脉动环流产生情况举例 瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制角的不同而异。制角的不同而异。现以现以 f f =r r =60 60为例，分析三相零为例，分析三相零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况。式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况。53电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统54图4-9 配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流 a)三相零式可逆线路和瞬时脉动环流回路-Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVR 三相零式反并联可逆线路Idicp54电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统55(b)时整流电压波形(c)(时逆变电压波形)(d)瞬时电压差和瞬时脉动环流波形 ud0=ud0fud0r电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统56 瞬时脉动环流的直流分量 由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于 u ud0 d0；又由于晶闸管的单向导电性，只能；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直所以瞬时脉动环流也有直流分量流分量I Icpcp（见图见图4-9d4-9d），但与平均电压差），但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。的。56电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统57（3）瞬时脉动环流的抑制 直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环环流电抗器流电抗器，或称，或称均衡电抗器均衡电抗器，如图，如图4-9a4-9a中的中的 L Lc1c1和和 L Lc2c2 。环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的直流分量限制在负载额定电流的5%10%5%10%来设计。来设计。57电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统58 环流电抗器的设置 三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。l例如：例如：在图在图 4-9a 4-9a 中当正组中当正组VFVF整流时，流过负载电整流时，流过负载电流，使流，使 L Lc1 c1 铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的 L Lc2 c2 限制环流。限制环流。同理，当反组同理，当反组VRVR整流时，只能依靠整流时，只能依靠 L Lc1c1限制环流。限制环流。58电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统59l 在三相桥式在三相桥式反并联反并联可逆线路中，由于每一组桥又可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置有两条并联的环流通道，总共要设置4 4个环流电抗个环流电抗器。器。12MVFVRabcABC-环流电抗器的设置（续）59电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统60MVFVRabcABCabc-环流电抗器的设置（续）l在三相桥式在三相桥式交叉连接交叉连接可逆线路中，由于电源独立，可逆线路中，由于电源独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置2 2个个环流电抗器。环流电抗器。60电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统614.=配合控制的有环流可逆配合控制的有环流可逆V-M系统系统(1)系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-61电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统62 主电路主电路 主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：可逆线路，其中：正组晶闸管正组晶闸管VFVF，由，由GTFGTF控制触发，控制触发，正转时，正转时，VFVF整流；整流；反转时，反转时，VFVF逆变。逆变。反组晶闸管反组晶闸管VRVR，由，由GTRGTR控制触发，控制触发，反转时，反转时，VRVR整流；整流；正转时，正转时，VRVR逆变。逆变。62电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统63 由于电流反馈应能反映极性，因此图中由于电流反馈应能反映极性，因此图中的电流互感器的电流互感器TATA需采用需采用霍尔变换器霍尔变换器，以满足，以满足这一要求。这一要求。给定与检测电路 根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正负极性。负极性。63电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统64 控制电路 控制电路采用典型的转速、电流双控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：闭环系统，其中：转速调节器转速调节器ASRASR控制转速，设置双向输出限控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制幅电路，以限制最大起制动电流最大起制动电流；电流调节器电流调节器ACRACR控制电流，设置双向输出限控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制幅电路，以限制最小控制角最小控制角 minmin 与与最小逆最小逆变角变角 minmin 。64电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统65(2)控制方式 采用同步信号为锯齿波的触发电路时，移相控制特性采用同步信号为锯齿波的触发电路时，移相控制特性是线性的，两组触发装置的控制特性如图所示。是线性的，两组触发装置的控制特性如图所示。rmin180o 0o-UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc65电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统66反转时：反转时：Uc0，r90，VR整流：整流：Ud0r=“+”；f 0，f 90，VF整流整流：Ud0f=“+”；r90，VR逆变：逆变：Ud0r=“-”。l停转时：停转时：Uc=0，r=f =90，Ud0f=Ud0r=0。66电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统67AR=“-”VR逆变逆变(3)工作过程l正向运行过程：正向运行过程：KFKF闭合，闭合，U U*n n=“+”=“+”U U*i i=“-”=“-”U Uc c=“+”电动机电动机正向运行正向运行VFVF整流整流67电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统68正向运行过程系统状态+-+Id有环流系统正向运行过程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*iTGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-Pn68电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统69(4)制动过程 整个制动过程可以分为两个主要阶段，其整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.I.本组逆变阶段；本组逆变阶段；II.II.它组制动阶段。它组制动阶段。现以正向制动为例，说明有环流可逆现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。调速系统的制动过程。69电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统70制动过程系统响应曲线tttOOOId n Uc I IIIII-Idm IdL-Ucm E 图4-10 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形I:本组逆变II：它组整流III：它组逆变70电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统71I.本组逆变阶段 在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组其方向未变，因此只能仍通过正组VFVF流通，具体流通，具体过程如下：过程如下：l发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；变为零（或负值）；lASRASR输出跃变到正限幅值输出跃变到正限幅值 +U U*imim ；lACRACR输出跃变成负限幅值输出跃变成负限幅值 -U Ucmcm ；lVFVF由整流状态很快变成由整流状态很快变成 的逆的逆变状态变状态，同时反组同时反组VRVR由待逆变状态转变成待整由待逆变状态转变成待整流状态。流状态。71电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统72l在在VF-MVF-M回回路路中中，由由于于VFVF变变成成逆逆变变状状态态，极极性性变变负负，而而电电机机反反电电动动势势 E E 极极性性未未变变，迫迫使使电电流流迅迅速速下下降降，主主电电路路电电感感迅迅速速释释放放储储能能，企企图图维维持持正正向向电电流流，这时这时大部分能量通过大部分能量通过 VF VF 回馈电网，所以称作回馈电网，所以称作“本本组逆变阶段组逆变阶段”。由于电流的迅速下降，这个阶。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化，段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化，其波形图见图其波形图见图4-104-10中的阶段中的阶段 I I。72电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统73本组逆变过程系统状态本组逆变过程系统状态MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+-+Id0+-+-电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统74.它组制动阶段它组制动阶段 当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第 I 阶段结束，转到反组 VR 工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。它组制动阶段又可分成三个子阶段：l它组反接制动子阶段；l它组回馈制动子阶段；l反向减流子阶段电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统75l它组反接制动子阶段它组反接制动子阶段 （1）Id 过零并反向，直至到达-Idm 以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为-Ucm。这时，VF和 VR 输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，的数值略减，使电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统76（2）反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供 Id。由于反组整流电压 Ud0r 和反电动势 E 的极性相同，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统77反接制动过程系统状态反接制动过程系统状态+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id-电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统78l它组回馈制动子阶段它组回馈制动子阶段 当反向电流达到 Idm 并略有超调时，ACR输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而 VF 变成待整流状态。此后，在ACR的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流 Idm，因而电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统79 电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过 VR 逆变回馈电网，过渡过程波形为图4-10中的第 II2 阶段，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过程中的主要阶段。电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统80它组回馈制动过程系统状态它组回馈制动过程系统状态+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id+-+-电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统81l反向减流子阶段 在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持 -I Idmdm，于是电流立即衰减。，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感在电流衰减过程中，电感 L L上的感应电压上的感应电压 L Ld dI Id d/d/dt t 支持着反向电流，并释放出存储的磁支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机释放出的动能一起通过能，与电动机释放出的动能一起通过VRVR逆变回馈逆变回馈电网。电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。81电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统82+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id+-+-反向减流过程系统状态0000000-82电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统83n反向起动 如果需要在制动后紧接着反转，如果需要在制动后紧接着反转，I Id d=-=-I Idmdm的过程就会延续下去，直到的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程完由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统快速正反转的系统。83电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统84l学习要点：学习要点：1.逻辑控制无环流可逆调速系统结构；逻辑控制无环流可逆调速系统结构；2.2.逻辑控制实现单元工作原理；逻辑控制实现单元工作原理；3.3.无无环环流流逻逻辑辑控控制制器器DLCDLC的的实实现现电电路路单单元元工作原理。工作原理。重点、难点重点、难点:DLC DLC的工作原理。的工作原理。4.1.3 无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统 84电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统85l概述概述有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，累赘。因此，当工艺过程对系统正反转的平当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时滑过渡特性要求不很高时，特别是对于大容，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。85电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统86系统分类系统分类按按照照实实现现无无环环流流控控制制原原理理的的不不同同，无无环流可逆系统又有大类：环流可逆系统又有大类：l 逻辑控制无环流系统；逻辑控制无环流系统；l 错位控制无环流系统。错位控制无环流系统。86电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统87控制原理l逻辑控制的无环流可逆系统 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。可逆系统。87电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统88l错位控制的无环流可逆系统 在错位控制的无环流可逆系统中，同样采在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是关系是 r r +f f=300=300，甚至是，甚至是 r r+f f=360360，也就是说，初始相位整定在，也就是说，初始相位整定在 r r =f f =150 150 或或180180。这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管已经完全处于反向阻断状态，不它的晶闸管已经完全处于反向阻断状态，不可能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。可能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。88电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统89一.逻辑控制的无环流可逆系统 本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。系统的系统结构、控制原理和电路设计。1.1.系统的组成系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称简称“逻辑无环流系统逻辑无环流系统”）的原理框图示于）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：下图该系统结构的特点为：89电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统90 逻辑控制无环流系统结构逻辑控制无环流系统结构图4-9 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+90电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统91系统结构的特点l主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；l由于没有环流，不用设置环流电抗器；由于没有环流，不用设置环流电抗器；l仍保留平波电抗器仍保留平波电抗器 L Ld d ，以保证稳定运行时电流，以保证稳定运行时电流波形连续；波形连续；l控制系统采用转速、电流双闭环方案；控制系统采用转速、电流双闭环方案；l电流环分设两个电流调节器，电流环分设两个电流调节器，1ACR1ACR用来控制正用来控制正组触发装置组触发装置GTFGTF，2ACR2ACR控制反组触发装置控制反组触发装置GTRGTR；91电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统92系统结构的特点（续）l1ACR1ACR的给定信号经反号器的给定信号经反号器ARAR作为作为2ACR2ACR的给定信号，的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。不反映极性的电流检测方法。l为了保证不出现环流，设置了为了保证不出现环流，设置了无环流逻辑控制环无环流逻辑控制环节节DLCDLC，这是系统中的关键环节。它按照系统的工，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号输出信号 U Ublfblf 用来控制正组触发脉冲的封锁或开用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，放，U Ublrblr 用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。92电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统93 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR2.工作原理l正向运行：+-+-+-+-93电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统94 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdARn 反向运行-+-94电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统95二无环流逻辑控制环节1.1.逻辑控制环节的设计要求逻辑控制环节的设计要求lDLCDLC的输入要求：的输入要求：分析分析V-MV-M系统四象限运行的特性，有如下共同系统四象限运行的特性，有如下共同特征：特征：l正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；即电流为正；l反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。即电流为负。因此，应选择转矩信号作为因此，应选择转矩信号作为DLCDLC的输入信号。的输入信号。95电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统96 由于由于ASRASR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：的输出信号正好代表了转矩方向，即有：l正向运行和反向制动时，转矩为正，正向运行和反向制动时，转矩为正，U U*i i为负；为负；l反向运行和正向制动时，转矩为负，反向运行和正向制动时，转矩为负，U U*i i为正。为正。U U*i i为转矩极性鉴别信号为转矩极性鉴别信号 又因为又因为U U*i i极性的变化只表明系统转矩方向的意图，极性的变化只表明系统转矩方向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在只有在实际电流过零时，才开始反向实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测，因此，需要检测零电流信号零电流信号U Ui0i0作为作为DLCDLC的另一个输入信号。的另一个输入信号。96电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统97n DLC的输出要求l正向运行：正向运行：VFVF整流，开放整流，开放VFVF，封锁，封锁VRVR；l反向制动：反向制动：VFVF逆变，开放逆变，开放VFVF，封锁，封锁VRVR；l反向运行：反向运行：VRVR整流，开放整流，开放VRVR，封锁，封锁VFVF；l正向制动：正向制动：VRVR逆变，开放逆变，开放VRVR，封锁，封锁VFVF；因此，因此，DLCDLC的输出有两种状态：的输出有两种状态：lVFVF开放开放 U Ublfblf =1=1，VFVF封锁封锁 U Ublf blf =0=0；lVRVR开放开放 U Ublr blr=1=1，VRVR封锁封锁 U Ublr blr=0=0。97电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统98 DLC的内部逻辑要求l对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；l根据输入信号，做出正确的逻辑判断；根据输入信号，做出正确的逻辑判断；l为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时间：间：(1)(1)t tdbldbl延时延时 封锁延时（关断等待时间），以确封锁延时（关断等待时间），以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；(2)(2)t tdtdt延时延时 开放延时（触发等待时间），以确开放延时（触发等待时间），以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。98电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统99lDLC必须具有逻辑连锁保护功能，以保证在任必须具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况下，何情况下，U Ublfblf 和和 U Ublr blr 两个信号必须是相反的，两个信号必须是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。路没有出现环流的可能。99电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统1002.电路总体结构 这样，根据上述分析这样，根据上述分析DLCDLC电路应具有如下结电路应具有如下结构：构：电平电平检测检测逻辑逻辑判断判断延时延时电路电路连锁连锁保护保护Ui0U*iUblfUblr100电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统101软件逻辑控制图4-12 逻辑控制切换程序流程图 开始Ui*极性变化？极性变化？电流过零？发出逻辑切换指令封锁延时tdbl封锁本组脉冲开放延时tdt开放它组脉冲继续开放本组脉冲互锁保护NNYY101电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统102三.逻辑无环流系统的其他方案 在图在图4-114-11的逻辑控制无环流可逆调速系统的逻辑控制无环流可逆调速系统中，采用了两个电流调节器和两套触发装置中，采用了两个电流调节器和两套触发装置分别控制正、反组晶闸管。分别控制正、反组晶闸管。实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关选采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关选择一套电流调节器和触发装置工作，另一套择一套电流调节器和触发装置工作，另一套装置就可以节省下来了。装置就可以节省下来了。102电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统103逻辑选触无环流可逆系统 图4-11 逻辑选触无环流可逆系统的原理框图103电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统104 图中：图中：SAFSAF，SARSAR分别是正、反组电子模拟分别是正、反组电子模拟开关。开关。采用数字控制时，电子开关的任务可以采用数字控制时，电子开关的任务可以用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑选触系统。此外，触发装置可采用由定时器选触系统。此外，触发装置可采用由定时器进行移相控制的数字触发器，或采用集成触进行移相控制的数字触发器，或采用集成触发电路发电路。104电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统105四.逻辑无环流系统的评价l优点：优点：l省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；l节省变压器和晶闸管装置等设备的容量；节省变压器和晶闸管装置等设备的容量；l降低因换流失败而造成的事故。降低因换流失败而造成的事故。l缺点：缺点：由于延时造成了电流换向死区，影响由于延时造成了电流换向死区，影响过渡过程的快速性。过渡过程的快速性。105电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统106106五.无环流系统可逆运行曲线IdL Id n n*Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt-n*IVVVIt5 t6-Idm-IdL 电流换向死区电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统107 本节小结 本节主要讨论直流调速系统的可逆运行问题：本节主要讨论直流调速系统的可逆运行问题：l由于由于V-MV-M系统中晶闸管的单向导电性，需要设系统中晶闸管的单向导电性，需要设置可逆线路来使电动机反向运行或制动，主置可逆线路来使电动机反向运行或制动，主要的可逆线路有：要的可逆线路有：l电枢反接可逆线路；电枢反接可逆线路；l励磁反接可逆线路；励磁反接可逆线路；两组晶闸管反并联是大功率传动系统的两组晶闸管反并联是大功率传动系统的主要供电方式。主要供电方式。107电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统108l在两组晶闸管反并联线路中，会出现环流，为此，在两组晶闸管反并联线路中，会出现环流，为此，需要采取措施抑制环流需要采取措施抑制环流l设置环流电抗器；设置环流电抗器；l采取采取 =配合控制方式；配合控制方式；l采取封锁触发脉冲的方式，使两组晶闸管不能同采取封锁触发脉冲的方式，使两组晶闸管不能同时工作。时工作。l根据控制环流方式，直流可逆调速系统分为根据控制环流方式，直流可逆调速系统分为l有环流可逆调速系统；有环流可逆调速系统；l无环流可逆调速系统。无环流可逆调速系统。108