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1、 Shanghai university 可逆直流调速系统和位置随动系统 电力拖动自动控制系统第第 4 章章 Shanghai university4.1 可逆直流调速系统可逆直流调速系统内容提要内容提要问题的提出问题的提出晶闸管晶闸管-电动机系统的可逆线路电动机系统的可逆线路晶闸管晶闸管-电动机系统的回馈制动电动机系统的回馈制动两组晶闸管可逆线路中的环流两组晶闸管可逆线路中的环流有环流可逆调速系统有环流可逆调速系统无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统 Shanghai university问题的提出问题的提出 有许多消费机械要求电动机既能正转，又能反转，而且经常还需求快速地起动和制动，这就需
2、求电力拖动系统具有四象限运转的特性，也就是说，需求可逆的调速系统。 Shanghai university问题的提出续问题的提出续只需改动电磁转矩的方向，才干改动转速的方向。只需改动电磁转矩的方向，才干改动转速的方向。 1.改动电枢电流的方向改动电枢电流的方向2.改动励磁电流的方向改动励磁电流的方向 Shanghai university一。一。 单片微机控制的单片微机控制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统 Shanghai university主电路：主电路：Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4U
3、g4 Shanghai university正反转的实现正反转的实现 调速时， PWM信号占空比 的可调范围为0 1 ，使UPEM的输出平均电压系数的变化范围为 1 0.5时， 为正，电机正转当 |Ud0r|， n 0 电机机输出出电能能实现回回馈制制动。PId Shanghai university3机械特性范围机械特性范围图4-4c 机械特性运转范围 整流形状 V-M系统任务在第一象限。 逆变形状 V-M系统任务在第二象限。Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动O Shanghai university4. V-M系统的四象限运转系统的四象限运转 在可逆调速系统中，正转运转时可利用反
4、组晶闸管实现回馈制动，反转运转时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管安装的反并联，就可实现电动机的四象限运转。 归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管安装和电机的任务形状列于表4-1中。 Shanghai universityMVRVFId-Id+-+- - Shanghai university表表4-1 V-M系统反并联可逆线路的任务形状系统反并联可逆线路的任务形状 V-M系统的任务形状正向运转正向制动反向运转反向制动电枢端电压极性+电枢电流极性+电机旋转方向+电机运转形状电动回馈发电电动回馈发电晶闸管任务的组别和形状正组整流反组逆变反组整流正组逆变机械特性所在象限一二三
5、四 Shanghai university 反并联的晶闸管安装的其他运用反并联的晶闸管安装的其他运用 即使是不可逆的调速系统，只需是需求快速的回馈制动，经常也采用两组反并联的晶闸管安装，由正组提供电动运转所需的整流供电，反组只提供逆变制动。 这时，两组晶闸管安装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，并不提供稳态运转的电流，实践采用的容量可以小一些。 Shanghai university三三. 可逆可逆V-M系统中的环流问题系统中的环流问题 1. 环流及其种类环流及其种类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-M系统，系统，假设两组安装
6、的整流电压同时出现，便会产假设两组安装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流通生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如以下图中所示。的短路电流，称作环流，如以下图中所示。 Shanghai university图图4-5 反并联可逆反并联可逆V-M系统中的环流系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- 环流的构成环流的构成IdIcIc 环流Id 负载电流 Shanghai university 环流的危害和利用环流的危害和利用危害：普通地说，这样的环流对负载无益，徒然加危害：普通地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管
7、和变压器的负担，耗费功率，环流太大时重晶闸管和变压器的负担，耗费功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。利用：只需合理的对环流进展控制，保证晶闸管的利用：只需合理的对环流进展控制，保证晶闸管的平安任务，可以利用环流作为流过晶闸管的根本负平安任务，可以利用环流作为流过晶闸管的根本负载电流，使电动机在空载或轻载时可任务在晶闸管载电流，使电动机在空载或轻载时可任务在晶闸管安装的电流延续区，以防止电流断续引起的非线性安装的电流延续区，以防止电流断续引起的非线性对系统性能的影响。对系统性能的影响。 Shanghai university 环流的
8、分类环流的分类 在不同情况下，会出现以下不同性质的环流： 1静态环流 两组可逆线路在一定控制角下稳定任务时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流由晶闸管安装输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。瞬时脉动环流两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。 2动态环流 仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。 Shanghai university图4-5 反并联可逆V-M系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-2. 直流平均环流与配合控制直流平均环流与配合控制 Shanghai universit
9、y 在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，假设让正组VF 和反组VR都处于整流形状，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需求采取必要的措施，比如：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管安装任务；无环流可逆调速系统采用配合控制的战略，使一组晶闸管安装任务在整流形状，另一组那么任务在逆变形状。 Shanghai university1配合控制原理配合控制原理 为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流形状时，强迫让反组处于逆变形状，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压 顶住，那么直流平均环流为零。于是 Ud0r = Ud0f U
10、d0f = Ud0 max cosf Ud0f = Ud0 max cosr其中 f 和r 分别为VF和VR的控制角。 Shanghai university 由于两组晶闸管安装一样，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 cos r = cos f或 r + f = 180 4-3假设反组的控制用逆变角 r 表示，那么 f = r 4-4 Shanghai university 由此可见，按照式4-4来控制就可以消除直流平均环流，这称作 = 配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 f r Shanghai university2配合控制方法配合控
11、制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管安装的触发脉冲零位都定在90，即当控制电压 Uc= 0 时，使 f = r = 90，此时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停顿形状。增大控制电压Uc 移相时，只需使两组触发安装的控制电压大小相等符号相反就可以了。这样的触发控制电路示于以下图。 Shanghai university图4-6 = 配合控制电路GTF正组触发安装 GTR 反组触发安装 AR 反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM3 = 配合控制电路 Shanghai university 在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触发安装，正组触发安装GT
12、F由 Uc 直接控制，而反组触发安装GTR由 控制， 是经过反号器AR后获得的。 Shanghai university图4-7 =配合控制特性 - UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fGTRGTFUc1r f4 = 配合控制特性配合控制特性 Shanghai universityMVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc- -四四. = 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 Shanghai university最小逆变角限制最小逆
13、变角限制 为了防止 “逆变颠覆景象，必需在控制电路中采用限幅作用，构成最小逆变角min维护。与此同时，对 角也实施 min 维护，以免出现 直流平均环流。普通取 Shanghai university瞬时脉动环流的抑制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，叫做环流电抗器，或称平衡电抗器。 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510%来设计。 Shanghai university制动过程分析制动过程分析I IIttt000Id -Idm IdL n Uc -Ucm E III
14、Shanghai universityI.I.本本组逆逆变阶段段II.II.它它组反接制反接制动阶段段III.III.它它组逆逆变回回馈制制动阶段段 有有环流控制可逆系流控制可逆系统的的优点是反向快、点是反向快、过渡渡过程平滑，但程平滑，但须设置多个置多个环流流电抗抗器。器。 Shanghai university五。无环流控制的可逆五。无环流控制的可逆V-MV-M系统系统 当无环流控制可逆系统的一组晶闸管任务时，另一组被封锁，完全处于阻断形状，从根本上切断了环流通路，既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流。 Shanghai university 按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统
15、又有两大类：1逻辑控制无环流系统2错位控制无环流系统 Shanghai university逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统当一组晶闸管任务时，用逻辑当一组晶闸管任务时，用逻辑电路硬件或逻辑算法软件电路硬件或逻辑算法软件去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断形状，以确保两使它完全处于阻断形状，以确保两组晶闸管不同时任务，从根本上切组晶闸管不同时任务，从根本上切断环流的通路，这就是逻辑控制的断环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。无环流可逆系统。 Shanghai university错位控制的无环流可逆系统错位控制的无环流可逆系统 采
16、用正反两组配合控制，但两组脉冲的关系是 r + f = 300 ，甚至是 r + f = 360 ，也就是说，初始相位整定在 r = f = 150 或180。 这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管曾经完全处于反向阻断形状，不能够导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。 Shanghai university4.2 位置随动系统位置随动系统 位置随动系统的被控制量是负载机械的线位移或角位移，当位置给定量恣意变化时，要求输出量快速而准确地复现给定量的变化。 广义的随动系统输出量可以是其他物理量，只需是“输出量快速而准确地复现给定量，就叫做随动系统。 随动系统又称“伺服系统。 Shanghai university 位置随动系统的组成 位置传感器 稳态误差分析和参数计算 动态校正与控制 Shanghai university随动系统的控制方案随动系统的控制方案1.1.位置、位置、转速、速、电流三流三环控制系控制系统2.2.单位置位置环随随动系系统3.3.复合控制随复合控制随动系系统反响控制反响控制 加前加前馈控制控制
