《现代调速控制系统 教学课件 ppt 作者 侯崇升 第3章 直流可逆调速系统及数字直流调速器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代调速控制系统 教学课件 ppt 作者 侯崇升 第3章 直流可逆调速系统及数字直流调速器（146页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 直流可逆调速系统及 数字直流调速器,本章讨论生产工艺要求电动机既能正、反转，又能快速起动、制动，实现四象限运行的直流可逆调速系统；直流脉宽调速系统的特点和相关问题；计算机数字控制技术在电力拖动系统中的应用；介绍数字直流调节器的性能和特点。,3.1 可逆调速系统的电路结构及回馈制动 3.2 有环流可逆调速系统 3.3 逻辑无环流可逆调速系统 3.4 逻辑无环流可逆调速系统的 MATLAB/Simulink仿真 3.5 直流脉宽调速系统 3.6 数字直流调速器 本章小结,第3章 直流可逆调速系统及 数字直流调速器,3.1.1 可逆调速系统的可逆电路 3.1.2 V-M系统的回馈制动 3.1
2、.3 可逆电路中的环流,3.1 可逆调速系统的线路结构及回馈制动,3.1.1 可逆调速系统的可逆电路,有许多生产机械要求电动机能正、反转运行，这就要求电力拖动系统具有四象限运行的特性，即需要可逆的调速系统。 要实现电动机旋转方向的改变，就必须改变电动机电磁转矩的方向。,由直流电动机的转矩公式： TeCMId 可知，改变电磁转矩Te的方向有两种方案： （1）电枢可逆，即在保持励磁磁通恒定的前提下，改变电动机电枢电流Id 的方向，实际上就是改变电动机电枢电压Ud的极性； （2）励磁可逆，即在保持电枢电压Ud极性恒定的前提下，改变励磁磁通方向，即改变励磁电流if的方向。 因此，可逆调速系统的可逆电路
3、有两种方式-电枢反接可逆电路和励磁反接可逆电路。,1电枢反接可逆电路 （1）接触器开关切换的可逆电路,图3-1 接触器触点切换的可逆电路,工作原理:晶闸管整流装置的输出电压Ud极性始终不变，通过接触器KMF 、 KMR 切换改变电枢电压极性,实现电动机正反转控制。 优点：仅需一组晶闸管装置，简单、经济。 缺点：有触点切换，动作噪声较大，开关寿命短；需 自由停车后才能反向，动作时间长。 应用：不经常正反转的生产机械。 （2）晶闸管开关切换的可逆线路 为了改进接触器开关切换可逆电路的缺点，采用无触点的晶闸管代替接触器触点，见教材图3-2所示。 该电路适用于频繁正反转的中、小功率的可逆系统。,（3）
4、两组晶闸管装置反并联可逆电路 两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆电路如图3-3所示。,图3-3 两组晶闸管装置供电的可逆电路 a）可逆电路 b）运行范围,该电路适用于频繁正反转的可逆系统。,2励磁反接可逆电路,图3-4 两组晶闸管反并联励磁反接可逆线路,优点：供电装置功率小。由于励磁功率仅占电动机额定功率的1% 5%，因此，采用励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。 缺点：改变转向时间长。励磁反向的速度较慢；为加快换向过程，常采用“强迫励磁”；另外，电动机在反向过程中，电动机可能出现“弱磁升速”现象，避免措施：在磁通减弱时保证电枢电流为零。 励磁反接的方案只适用于对快速性要求不
5、高，正、反转不太频繁的大容量可逆系统，如电力机车等。,引言 生产机械运行时机械惯性使制动过程延长，影响生产效率。 为了加快制动（或减速）过程，将存储在电动机轴上的机械能快速释放，最理想的结果是将机械能转化成电能回馈到电网。,3.1.2 V-M系统的回馈制动,1晶闸管装置的整流和逆变状态 在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为： 当触发延迟角90时，晶闸管装置处于整流状态； 当触发延迟角90时，晶闸管装置处于逆变状态。 因此在整流状态中，Ud0为正值；在逆变状态中，Ud0为负值。为方便起见，定义逆变角 ， = 180 则逆变电压公式可改写为 ： Ud0 = Ud0 max cos
6、,2单组晶闸管装置的有源逆变 单组晶闸管装置供电的V-M可逆系统只适用于拖动起重机类型的负载（位能性负载）。 （1）整流状态：当电动机提升重物时，90，Ud0E，电动机拖动重物提升，此时电网向电动机提供能量。如图3-5所示。,图3-5 单组晶闸管装置的整流工作状态,（2）逆变状态：当电动机放下重物时，90， Ud0E，重物拖动电动机反转，此时电动机向电网回馈能量，如图3-6所示。,图3-6 单组晶闸管装置的逆变工作状态,（3）机械特性 当该组晶闸管工作于整流状态时，电动机工作于第一象限；当该组晶闸管工作于逆变状态时，电动机工作于第四象限，如图3-7所示。,图3-7 单组V-M系统带起重机类型
7、负载时的整流和逆变状态,3两组晶闸管装置反并联的整流和逆变 （1） 正组晶闸管装置VF整流 VF处于整流状 态时，f 90， Ud0fE，电动机正 转，从电路输入能 量作电动运行，如 图3-8所示。,图3-8 正组整流电动运行,（2）反组晶闸管装置VR逆变 当电动机需要回馈制动时，要回馈电能必须产生反向电流。可以利用控制电路切换到VR，并使它工作在逆变状态，如图3-9所示。 VR处于逆变状态时， r90，E|Ud0r|， 电动机反转，电机输 出电能实现回馈制动。,图3-9 反组逆变回馈制动,（3）机械特性运行范围 整流状态：V-M系统工作在第一象限。 逆变状态：V-M系统工作在第二象限。如图3
8、-10所示。,图3-10 反组逆变回馈制动,4. V-M系统的四象限运行 在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动；反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，就可实现电动机的四象限运行。 需要快速回馈制动时，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。,引言 可逆系统两组晶闸管切换工作时要求严格控制，流经两组晶闸管的短路电流（环流）必须得到控制或消除，提高系统工作的可靠性，否则，会造成电源短路事故。,3.1.3 可逆电路中的环流,1. 环流的定义及其分类 （1）环流的定义 环流是指不流过电动机或其
9、他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。如图3-11中的电流I。,图3-11 两组晶闸管反并联可逆电路中的电流,（2）环流的分类 静态环流当可逆线路在一定的触发延迟角下稳定工作时，所出现的环流叫做静态环流。静态环流又可分为直流平均环流和瞬时脉动环流。 动态环流当晶闸管触发相位突然改变时，系统从原稳态过渡到新稳态过程中出现的环流。系统稳定运行时不存在，只要选择合适的均衡电抗器，就可将其影响降低到最小。,（3）环流存在的危害及益处 环流的存在是影响系统安全工作、决定系统性质的一个重要问题。 环流一般对系统是无益的，它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，应该予以
10、抑制或消除。 存在适量环流作为流过晶闸管的基本负载电流，能使电动机在空载或轻载时缩短晶闸管装置供电的电流断续区，提高系统的动态性能，因此可以加以利用。,2. 直流平均环流及其消除措施 由图3-11，如果让VF和VR都处于整流状态，势必造成电源短路，此短路电流就是直流平均环流。直流平均环流的存在必须进行控制或消除。 为防止直流平均环流的产生，至少保证VF整流输出电压Udof与VR待逆变输出电压Udor幅值相等，因此有 Udof Udor 由于 Udof U domax COS f 及Udor U domax COS r 所以 f r180 即 f r 这样的控制方式称为工作制配合控制。 消除直流
11、平均环流的条件是： f r,3. 瞬时脉动环流及其抑制措施 由于晶闸管装置输出电压的瞬时值总是脉动的，VF输出udof的波形与VR输出udor的波形并不相同，当udofudor时，产生一个正向瞬时电压差udo，形成瞬时脉动环流。 为了抑制瞬时脉动环流，在环流回路中串入均衡电抗器（叫做均衡电抗器或称环流电抗器）。 均衡电抗器会因流过直流负载电流饱和而失去限制环流作用。因此，均衡电抗器的电感量及其接法因可逆电路的不同而异。,3.2.1 自然环流可逆调速系统 3.2.2 可控环流的可逆调速系统,3.2 有环流可逆调速系统,3.2.1 自然环流可逆调速系统,图3-12 工作制配合控制自然环流可逆系统原
12、理图,采用工作制配合控制，可消除直流平均环流，但一定存在瞬时脉动环流，称作自然环流可逆调速系统。 1. 自然环流可逆系统的组成原理,主电路：两组三相桥式晶闸管装置反并联的电路，设置4个环流电抗器Lc1Lc4，1个平波电抗器Ld。 控制电路：采用典型的转速-电流双闭环系统。ASR设置双向输出限幅以限制正、反向最大动态电流；ACR设置双向输出限幅，以限制最小控制角min与最小逆变角min，而且minmin。在GTR之前加反相器AR是为了实现fr的工作制配合控制。 给定电压Un*由继电器KF和KR来切换，以实现正、反向系统的运行。电流检测采用了能反映电流极性的霍尔电流变换器TA。,图3-13 触发装
13、置的移相控制特性,2. 工作制配合控制系统的触发移相特性,3. =工作制配合控制的工作状态 待逆变状态指逆变组除环流外并未流过负载电流，即没有电能回馈电网，确切的说，它只是处于等待逆变的状态，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。 逆变状态只有在制动时，当电机反电动势 E |Ud0r| = |Ud0f|，逆变组就投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。 待整流状态当逆变组工作时，另一组也是在等待整流，可称作处于“待整流状态”。 结论：在=工作制配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于
14、等待工作的状态。,4. 有环流可逆调速系统的正向制动过程 以正向制动过程进行讨论。整个制动过程按电流方向的不同分成两个主要阶段，如图3-14所示。 （1）本组逆变阶段（） 主要表现为电流降落。电流Id由正向负载电流IdL下降到零，其方向未变，仍通过VF流通，这时正组处于逆变状态。 （2）它组制动阶段（） 主要表现为转速降落。电流Id方向变反，由零变到反向最大制动电流Idm，Idm维持一段时间后再衰减到零。在这个阶段里电流通过VR，在允许的最大制动电流Idm下转速迅速降低。,图3-14 正向制动过渡过程曲线,它组制动阶段又分为三个子阶段（1、2和3）。 （1）它组建流子阶段（1）； （2）它组逆
15、变回馈制动子阶段（2）； （3）反向减流子阶段（3）。 它组逆变回馈制动子阶段（2）是正向制动过程的主要阶段，此时电动机的转速在最大反向加速度下衰减到零。 如果制动后紧接着反向起动，系统在IdIdm条件下反向起动，就没有任何间断或死区，这是有环流可逆调速系统的突出优点，对要求快速正反转的系统特别合适。 系统存在的缺点：需要添置环流电抗器，晶闸管等元件都要负担负载电流加上环流，适用于中、小容量的系统。,基本思想：根据负载大小来控制环流的大小有无的系统称为可控环流可逆调速系统。即在轻载时存在适量的直流平均环流（一般为510IN），采用控制方式，以保证电流连续；当负载增大时和环流减小至零，形成控制方式。 可控环流的可逆调速系统原理图如图3-15所示。主电路通常采用交叉连接的可逆电路。,3.2.2 可控环流的可逆调速系统,图3-15 可控环流可逆调速系统原理图,3.3.1 逻辑控制无环流系统的组成 3.3.2 无环流逻辑控制器的实现 3.3.3 系统的性能特点和改进措施 3.3.4 利用PLC实现的逻辑无环流可逆调速系统 3.3.5 数字化逻辑无环流可逆调速系统,3
