《电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 ppt 作者 陈渝光 主编 第七章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 ppt 作者 陈渝光 主编 第七章（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 可逆直流调速系统,第一节 实现可逆运行的电路 第二节 可逆系统中的环流 第三节 可控环流可逆调速系统的工作原理 第四节 逻辑无环流可逆调速系统 本章小结,主要内容,第七章 可逆直流调速系统,晶闸管装置供电的直流电动机调速系统，受晶闸管单向导电性的限制，电枢电流不能改变方向，电动机的电磁转矩不能改变方向，所以电动机的旋转只有一个方向，即是不可逆的直流调速系统。 它只适用于不要求经常改变电动机旋转方向和快速停车制动的生产机械。 可逆调速系统不仅能够实现电动机的正反向运行，在制动时除了缩短制动时间以外，还能将拖动系统的机械能转换成电能回馈电网，节约能量。,第一节 实现可逆运行的电路,由电动机
2、的电磁转矩Td=KTId可知，改变电动机电磁转矩的方向有两种方法： 一是改变电动机电枢电流Id的方向，亦即改变电动机电枢电压Ud的极性； 二是改变电动机励磁磁通的方向，亦即改变电动机磁场电流的方向，也就是改变励磁电压的极性。 实现直流电动机的可逆运行的电路，相应有两种方式，一种是电枢可逆线路，另一种是磁场可逆线路。,电枢可逆线路,接触器切换的电枢可逆线路 由一组晶闸管装置供电的直流电动机系统，要实现可逆运行，可以采用接触器来切换电动机电枢电流的方向 。,结构简单，造价低。 缺点：接触器切换速度低，约为0.10.2s。正反转换向时有一段死区。接触器噪声大，电流大时产生火花，触点寿命短。 只适用于
3、不经常切换的小容量生产机械。,晶闸管作为开关的电枢可逆线路,VTHF一对晶闸管导通时，电动机正转；VTHR一对晶闸管导通时，电动机反转。,线路简单，切换速度快，调节维护方便，工作可靠性高，多用于中小容量的可逆系统中。 缺点：作为开关的四只晶闸管，对其耐压和过流有较高的要求。,两组晶闸管装置组成的电枢可逆线路,采用正反两组晶闸管装置构成可逆线路。 正转时 正组晶闸管装置VF提供正向电枢电流。 反转时 反组晶闸管装置VR提供反向电枢电流。 图a)为反并联连接线路，正反两组晶闸管装置采用同一个交流电源；图b)为交叉连接线路,正反两组晶闸管装置的交流电源是相互独立的，它们分别来自两台整流变压器或是同一
4、台整流变压器的两组不同的二次侧。,磁场可逆线路,在磁场可逆线路中，电动机的电枢回路用一组晶闸管装置供电，而磁场绕组采用另一组晶闸管装置供电，利用接触器或晶闸管作为开关进行磁场电流的切换，也可在磁场绕组中采用正反两组晶闸装置供电，分别提供正反向的磁场电流，从而达到改变电动机转向的目的。 电枢可逆线路与磁场可逆线路比较，各有其优缺点。 电枢可逆线路中，由于电枢回路容量大，若采用正反两组晶闸管装置，所用晶闸管功率大，数量多，投资较大。但电枢回路电感小，切换速度快，适用于中小容量的，要求过渡过程时间短，且起制动频繁的生产机械，如轧钢机、龙门刨床等。,磁场可逆线路,磁场可逆线路中，磁场回路容量较小(一般
5、为电动机额定容量的1%5%)，采用正反两组晶闸管装置进行切换，投资减小。 但电动机的磁场回路电感较大，磁场的反向过程要慢得多。另外，在磁场反向过程中，当磁通变化时，应使电枢电压Ud为零，以防止电动机在反向过程中，因磁通减弱而出现弱磁升速，甚至“飞车”的现象。 这样不仅增加了反向过程的死区，也增加了控制系统逻辑关系的复杂性。因此，磁场可逆线路只适用于正反转不太频繁，大容量的生产机械。例如卷扬机、电力机车等。,可逆系统的四种工作状态,由一组晶闸管装置供电的直流电动机系统，控制角90时，晶闸管装置处于逆变状态，输出电压为负，因受晶闸管单向导电性的限制，电流不能反向，在电动机制动时，不能把能量回馈电网
6、。 采用两组晶闸管装置供电的可逆系统，正组VF处在整流状态时，电动机工作在正转电动状态，在电动机正向制动时，可让反组VR处于逆变状态，当其逆变电压Ud 小于电动机反电势E时，则可通过VR将电动机旋转的机械能回馈电网，这种制动方式称为回馈制动。 即使是不可逆运行，为了实现回馈制动，也需采用可逆电路。 可逆系统有四种工作状态。,可逆系统的四种工作状态,可逆系统的四种工作状态,正向运行 正组VF处于整流状态（F90)，且使逆变电压UdR小于电动机的反电势E，电流Id按E的方向流动，把制动过程的机械能回馈电网，如上图b)所示。,可逆系统的四种工作状态,反向运行 电动机的反向运行与正向运行类似，只是两组
7、晶闸管装置的工作状态互相交换，正组VF处于阻断状态，反组VR处于整流状态，如上图c)所示。 反向制动 如果电动机由反转电动状态进行制动，则让反组VR阻断，让正组VF处于逆变状态，制动过程的机械能通过正组VF回馈电网，如上图d)所示。 环流 环流不经过负载，而在两组晶闸管装置中流过。采用两组晶闸管装置供电的可逆系统，存在环流问题。对环流可以采取不同的控制方法，构成各种可逆调速系统。,第二节 可逆系统中的环流,1. 直流环流 如下图a)所示，如果正组VF和反组VR均处于整流状态，即F90，R90，这样输出电压UdF与UdR形成顺极性串联，这将在两组晶闸管装置中产生很大的短路电流，足以烧坏晶闸管元件
8、。 两组晶闸管装置组成的可逆系统，不能同时处于整流状态。,可逆系统中的环流,正组VF处于整流状态，即F90，则整流装置输出电压的极性如图b)所示。 这时如果UdF UdR,两组晶闸管装置之间存在直流电压差U=UdF -UdR，由于回路直流电阻很小，也将在两组晶闸管装置之间引起很大的环流。这种由两组晶闸管装置之间直流电压差引起的环流，称为直流环流。 如果UdF UdR，则直流电压差Ud= UdF-UdR0，受晶闸管单向导电性的限制，直流环流等于零。,可逆系统中的环流,对于三相全控桥， UdF=2.34u2cosF，UdR=2.34u2cosR,即 (7-1) 如果两组晶闸管装置的控制角满足式（7
9、-1），则两组晶闸管装置之间的直流电压差小于等于零。 直流环流为零。这种控制方式称为配合控制。典型的配合控制是使F=R，又称为=工作制。该工作制，可以限制可逆系统的直流环流。,可逆系统中的环流,2. 脉动环流 采用=工作制后，正反两组晶闸管装置的直流电压差等于零，但由于两组晶闸管装置的输出电压是脉动的，并不能保证瞬时正向电压差为零，因此由瞬时正向电压差也会引起不流经负载的环流。 瞬时电压差引起的环流称为脉动环流。 脉动环流不一定连续，环流的幅值也不一样，反并联电路在=60时，环流电压幅值最大。 交叉连接电路在=90时，环流电压幅值最大。,可逆系统中的环流,下图a)为三相桥式反并联电路在=60时
10、的环流波形。由于两组晶闸管整流装置输出电压的瞬时值不同，从而产生了平均值不为零的交流环流电压Ud。环流电压的频率为电源电压频率的3倍，在这个电压作用下，产生了环流电流Ic，但由于晶闸管元件的单向导电性，环流电流是脉动的，存在直流分量。 下图b)为三相桥式交叉连接电路在=90时的环流波形，环流电压频率为电源电压频率的6倍。 为限制脉动环流，可在环流经过的路径中串入平衡电抗器。,可逆系统中的环流,三相桥式反并联电路的环流路径,形成了两条环流路径，环流电流分别为Ic1和Ic2。 为限制脉动环流，串入四个平衡电抗器。 正组VF工作，Lc1和Lc3流过较大的负载电流，电抗器铁芯饱和，失去限制脉动环流作用
11、。这时，靠没有流过负载电流的Lc2和Lc4来限制脉动环流。 反组VR工作，靠Lc1和Lc3来限制脉动环流。,三相桥式交叉连接电路的环流路径,正组VF和反组VR的交流电源相互独立，有Ic一条环流路径。 限制脉动环流需两个平衡电抗器。 交叉连接电路两个独立交流电源，避免了两组晶闸管装置的相互干扰，提高了系统的可靠性。,控制环流的方法,适当大小的环流作为晶闸管装置基本负载，可使装置避开电流断续区，系统过渡过程平稳、迅速，工作状态转换几乎没有死区。 环流加重了晶闸管装置和变压器负担，消耗功率。 对环流处理方法不同，可以构成有环流可逆系统和无环流可逆系统 有环流系统分为自然环流可逆系统和可控环流可逆系统
12、。自然环流可逆系统是指采用=工作制，无直流环流，加平衡电抗器把脉动环流平均值限制在额定负载电流的5%10%以内。 可控环流可逆系统是当负载电流很小时，有适当直流环流存在，避开电流断续区；随负载电流增大，逐渐减小环流；当负载电流达到一定程度时，环流消失。这样既改善系统性能又不增加晶闸管和变压器容量，但控制装置复杂。 无环流可逆系统是采取一定的措施，从根本上切断环流的路径，使系统既无直流环流也无脉动环流。,第三节 可控环流可逆系统的工作原理,可控环流可逆系统的基本组成,1.主电路 主电路采用交叉连接形式，串有两个限制脉动环流的平衡电抗器。 2.控制电路 控制电路是典型的转速、电流双闭环系统。增设了
13、环流给定环节以提供环流给定电压Usc；增设了两个环流调节器ACCR1和ACCR2，实现不同转向下环流大小的自动调节。同时，电流调节器的输入端接有两个电流反馈信号UfiF和UfiR，它们分别由正反两组晶闸管装置的交流侧取得。,可控环流可逆系统的工作原理,1)当Uc=0时，环流给定电压+Usc1和-Usc2加在环流调节器ACCR1和ACCR2的输入端，正组和反组触发器移相信号UcF和UcR均为正值，因而使正反两组晶闸管装置的控制角都稍小于90度，正组VF和反组VR均处于微微导通的整流状态，输出相等的直流环流。此时，电动机电枢电压及电枢电流均为零。 调节环流给定电压，使直流环流和脉动环流的平均值为电
14、动机额定电流的5%10%。 2) 设电动机处在正转运行状态，正组VF工作在整流状态，反组VR处于待逆变状态。 这时，流过正组VF的电流I1，为电枢电流Id和环流Ic之和，即 I1=Id+Ic 而流过反组的电流 I1= Ic,可控环流可逆系统的工作原理,设 正反两组电流反馈系数均为i， 总电流反馈信号为 电流反馈信号反映了负载电流Id的大小和极性。 Usi与Ufi进行比较，加在ACR输入端，对主电路电流进行调节。加在ACCR1输入端的+Usc1和Ufi对这个调节过程影响极小。因此，正组VF工作在电动机负载电流调节状态。 反组VR工作在环流调节状态，ACCR2输入端除保持系统基本工作状态的Uc外，
15、还有-Usc2和+UfiF。 Uc的作用是使反组VR逆变角等于正组VF整流角（即=），保证系统无直流环流。 -Usc2和+UfiF的作用是，负载电流为零时，+UfiF =0，ACCR2只输入-Usc2，使反组VR处在微整流状态，有直流环流流过两组晶闸管装置。,可控环流可逆系统的工作原理,随着负载电流的不断增大，+UfiF增大，-Usc2的作用逐渐减小，直流环流逐渐减小。 当负载电流达到一定程度时，-Usc2的作用完全被+UfiF抵消，直流环流消失，实现了对直流环流的控制。 相对于自然环流可逆系统，环流在系统工作中可自动调节，因而限制环流的平衡电抗器体积和价格降低。 具有交叉反馈的可控环流可逆系
16、统是有环流系统中比较合理的结构形式。它的环流调节器和负载电流调节器是独立的，各自参数的选择与调整可按照各自控制对象规律进行。 可控环流可逆系统具有明显的优点。当对系统调节过程特性的平滑性要求十分严格时，均采用可控环流可逆系统，如冷轧机主传动装置等。,第四节 逻辑无环流可逆调速系统,逻辑无环流可逆调速系统是当一组晶闸管装置工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管装置的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，从根本上切断产生环流的通路。 系统组成 主电路采用反并联连接，没有平衡电抗器。为保证系统正常运行时不发生电流断续的现象，电枢回路串有平波电抗器Ls。控制电路是典型的转速、电流双闭环系统，设有转速调节器ASR和两个电流调节器ACR1和ACR2。,逻辑无环流可逆调速系统,逻辑无环流可逆调速系统,转速调节器ASR的输出-Usi，一路接在电流调节器ACR
