電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三章

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第三章第1頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)本章提要

?問題的提出?晶閘管-電動(dòng)機(jī)(V-M)系統(tǒng)的可逆線路?晶閘管-電動(dòng)機(jī)(V-M)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)?位置隨動(dòng)系統(tǒng)簡介第2頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)問題的提出

在前兩章所討論的調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)都只朝著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。然而生產(chǎn)實(shí)際中，有許多生產(chǎn)機(jī)械都要求電動(dòng)機(jī)既能正、反轉(zhuǎn)，又能快速制動(dòng)。例如龍門刨工作臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)、礦井卷揚(yáng)機(jī)和電梯的提升和下降等。這類生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)，需要四象限運(yùn)行的特性，則必須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。第3頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)問題的提出（續(xù)）◎能夠改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向的系統(tǒng)叫做可逆調(diào)速系統(tǒng)。本章在晶閘管供電的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上解決以下問題：如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)?？赡嬲{(diào)速系統(tǒng)的特殊問題。針對(duì)這些特殊問題如何控制。第4頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路本節(jié)提要

□電樞反接可逆線路

□勵(lì)磁反接可逆線路

□反并聯(lián)連接與交叉連接□電樞可逆與磁場(chǎng)可逆兩種方案的比較第5頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向就應(yīng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩。由T＝CmΦId知，改變電機(jī)轉(zhuǎn)矩有兩種方法：

?改變電樞電流Id的方向Id→電樞可逆系統(tǒng)→改變Ud的方向?qū)崿F(xiàn)

?改變電機(jī)勵(lì)磁磁通Φ的方向Φ→磁場(chǎng)可逆系統(tǒng)→改變If的方向?qū)崿F(xiàn)G-M系統(tǒng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)很容易實(shí)現(xiàn)（改變U

f的極性）。V-M系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)就是一個(gè)比較復(fù)雜的專門問題（VT的單向?qū)щ娦裕?。?頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路一、電樞反接可逆線路1.接觸器開關(guān)切換的可逆線路Ud+Id–IdM?KMF吸合時(shí)，M端電壓A(+)、B(-)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；?KMR吸合時(shí)，M端電壓A(-)、B(+)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。由一套晶閘管給M的電樞供電，實(shí)現(xiàn)調(diào)速AB第7頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路?優(yōu)點(diǎn)：僅需一組晶閘管裝置，簡單、經(jīng)濟(jì)。?缺點(diǎn)：①有觸點(diǎn)切換，開關(guān)壽命短、噪音大；

②動(dòng)作時(shí)間長（0.2～0.5s）；

③不能經(jīng)常起制動(dòng)。需自由停車后才能反向，時(shí)間長。否則，如果馬上閉合反向接觸器，則M反接制動(dòng)，Id很大，一般不允許。?應(yīng)用：經(jīng)常單方向運(yùn)行，偶爾才需要反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械（地鐵列車的倒車）。第8頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路2.無觸點(diǎn)的晶閘管開關(guān)切換的可逆線路MM~V+-UdVT1VT4VT2VT3?VT1、VT4導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；?VT2、VT3導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)?！蚬ぷ骺煽啃愿撸?jīng)濟(jì)上無明顯優(yōu)點(diǎn)（10只VT），多用于幾十千瓦以下的中小功率可逆線路。VT1~VT4容量大第9頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路3.兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路在要求頻繁快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，特別是較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，如下圖所示。第10頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路：a)電路結(jié)構(gòu)MVRVFId-Id+--+--Idb)運(yùn)行范圍-n-IdnO正向反向第11頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路?電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；?反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)和升、降速。?優(yōu)點(diǎn)：VT壽命長，切換速度快?缺點(diǎn)：不允許兩組VT同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路（控制電路要求嚴(yán)格）?適用場(chǎng)合：要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)上得到廣泛應(yīng)用。第12頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路二、勵(lì)磁反接可逆線路

改變勵(lì)磁電流的方向也能使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向。與電樞可逆線路一樣，磁場(chǎng)可逆線路也有三種方式改變勵(lì)磁電流的方向，使磁通方向改變。勵(lì)磁反接可逆線路見下圖，電動(dòng)機(jī)電樞用一組晶閘管裝置供電，勵(lì)磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。第13頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路

晶閘管反并聯(lián)勵(lì)磁反接可逆線路MVId+-VRVFIf-If+--+--由一套晶閘管給M的電樞供電，實(shí)現(xiàn)調(diào)速由另外的兩組晶閘管裝置給勵(lì)磁繞組供電，從而改變勵(lì)磁方向第14頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路?勵(lì)磁反接的特點(diǎn)?優(yōu)點(diǎn)：供電裝置功率小。由于勵(lì)磁功率僅占電動(dòng)機(jī)額定功率的1~5%，因此，采用勵(lì)磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少、效益高。?缺點(diǎn)：改變轉(zhuǎn)向時(shí)間長。由于勵(lì)磁繞組的電感大，勵(lì)磁反向的過程較慢；又因電動(dòng)機(jī)不允許在失磁的情況下運(yùn)行，因此系統(tǒng)控制相對(duì)復(fù)雜一些。第15頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路三、反并聯(lián)連接與交叉連接（兩組VT整流裝置反極性并聯(lián)可逆線路的兩種接線方式）MVFVRabcABC--~兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)連接兩組整流裝置共用同一個(gè)電源第16頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路

MVFVRabcABCa'b'c'--~~兩組晶閘管裝置的交叉連接兩組整流裝置的供電電源是彼此獨(dú)立的兩個(gè)電源第17頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路?說明?如果把交叉連接的反組VR向左翻轉(zhuǎn)180o，M向右下旋轉(zhuǎn)90o，則在電路結(jié)構(gòu)上和反并聯(lián)連接沒有區(qū)別。?反并聯(lián)連接的兩組整流裝置共用同一個(gè)電源；交叉連接的兩組整流裝置的供電電源是彼此獨(dú)立的兩個(gè)電源。?反并聯(lián)連接的可逆線路中，需4個(gè)限制環(huán)流的電抗器（有兩條環(huán)流回路），交叉連接的可逆線路，只需2個(gè)限制環(huán)流的電抗器（有一條環(huán)流回路）第18頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路

四、電樞可逆與磁場(chǎng)可逆兩種方案的比較?電樞可逆

?優(yōu)點(diǎn)：電樞回路電感量小，時(shí)間常數(shù)?。s幾十ms），正反向切換快速性好。

?缺點(diǎn)：需要兩套容量較大的VT整流裝置，投資大。特別是容量大的可逆系統(tǒng)更為突出。適用于頻繁起制動(dòng)、要求過渡過程時(shí)間短、中小容量生產(chǎn)機(jī)械上。第19頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路?磁場(chǎng)可逆?優(yōu)點(diǎn)：供電裝置功率小，容量較電樞可逆方案小的多，投資費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)。?缺點(diǎn)：勵(lì)磁回路電感量大，時(shí)間常數(shù)大，系統(tǒng)反向過程緩慢；控制線路復(fù)雜，必須保證在換向過程中當(dāng)勵(lì)磁磁通接近于零時(shí)，電樞供點(diǎn)電壓為零（防止“飛車”）。適用于不要求快速正反轉(zhuǎn)的大容量可逆系統(tǒng)中（礦井提升機(jī)、電力機(jī)車）第20頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)本節(jié)提要

□晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)

□單組晶閘管裝置的有源逆

□兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變□

V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行第21頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)一、晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)

有些生產(chǎn)機(jī)械并不需要正、反轉(zhuǎn)，只需要快速制動(dòng)。其最簡單的方法當(dāng)然是采用能耗制動(dòng)，但回饋制動(dòng)更經(jīng)濟(jì)。

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)。當(dāng)晶閘管裝置進(jìn)入逆變狀態(tài)時(shí)，把直流電能逆變成交流電能。回饋到電網(wǎng)中去。這種逆變狀態(tài)顯然提供了回饋制動(dòng)的可能性。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

第22頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)?逆變電壓公式當(dāng)控制角為α

<90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當(dāng)控制角為α

>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β=180o–α

，則逆變電壓公式可改寫為

Ud0=－Ud0

max

cosβ

第23頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)?晶閘管裝置的兩種工作狀態(tài)

?整流：交流電能→直流電能，Ud0為正值，，電路的共陰極點(diǎn)為正極性，共陽極點(diǎn)為負(fù)極性，電流從負(fù)極性點(diǎn)流入，正極性流出。-+Ud0LM+-EVT--I第24頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)

?逆變：直流電能→交流電能，，Ud0為負(fù)值，,電路的共陰極點(diǎn)為負(fù)極性，共陽極點(diǎn)為正極性，電流從正極性點(diǎn)流入，負(fù)極性流出。電流由外加的電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)E（發(fā)電機(jī)）提供并維持。-+Ud0LM+-EVT--I第25頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)二、單組晶閘管裝置的有源逆變G-M系統(tǒng)在回饋制動(dòng)時(shí)（降速時(shí)），只需控制發(fā)動(dòng)機(jī)電壓EG使之低于電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)Em，電流自然就反向，從而把拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能通過發(fā)nGGM+-+-EGEm動(dòng)機(jī)及原動(dòng)機(jī)送回電網(wǎng)。VT裝置的電流不能反向，逆變時(shí)是讓電壓方向反向，電流方向不變，從電功率的傳遞方向看，與電流反向而電壓極性不變的情況一樣都是使電網(wǎng)吸收能量。問題是必須同時(shí)使E的極性也反過來，才能提供能量。這種情況只有下放位勢(shì)性負(fù)載時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。原動(dòng)機(jī)第26頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)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（位勢(shì)性負(fù)載）時(shí)也可能出現(xiàn)整流和有源逆變狀態(tài)。

提升機(jī)構(gòu)①提升正轉(zhuǎn)（提升重物）：M：電動(dòng)狀態(tài)VT：整流狀態(tài)

-+Ud0M+-nEVT--PIdLα<90°，Ud0>E，

n

>0由電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)提供能量。即VT輸出整流電流，使M產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將重物提升。第27頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)②下放重物（釋放重物）：+-+--Ud0MnEVT--PIdLM：n<0（在重物作用下轉(zhuǎn)向變反）

Φ

方向不變Id方向不變（整流橋電流不會(huì)變）VT：逆變狀態(tài)α>90°E<0第28頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)即，-Udo=-E+Id

E-Udo=IdR

電流方向不變

該電流方向與提升重物時(shí)一樣，這個(gè)方向的轉(zhuǎn)矩能阻止重物下降得太快而避免事故。M—處于發(fā)電狀態(tài)（由重物拖動(dòng)，將重物的位能轉(zhuǎn)化成電能通過V裝置輸送到交流電網(wǎng)）VT—工作在逆變狀態(tài)因此，這一階段是由電動(dòng)機(jī)向電網(wǎng)回饋能量。第29頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)用一組晶閘管，既要實(shí)現(xiàn)整流，又要實(shí)現(xiàn)逆變，只有上述負(fù)載（位勢(shì)性負(fù)載）才能實(shí)現(xiàn)。

V-M系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)逆變的必要條件:（1）控制角

α

>90°，使VT整流裝置輸出負(fù)的逆變電壓-Ud；（2）外電路必須有一個(gè)直流電勢(shì)源E，其極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致，但數(shù)值比稍大，提供逆變能量，維持回饋電流。第30頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)

③機(jī)械特性?整流狀態(tài)電動(dòng)機(jī)工作于第一象限?逆變狀態(tài)電動(dòng)機(jī)工作于第四象限n-nIdTe提升放下TLO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)第31頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)三、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?，說明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。第32頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)1.正組晶閘管裝置VF整流?VF處于整流狀態(tài)此時(shí)，αf<90°，Ud0f>E，

n>0

電機(jī)從電路輸入能量作電動(dòng)運(yùn)行。R-+Ud0fM+-nEVF--a)正組整流電動(dòng)運(yùn)行

PId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)第33頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)2.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)。?VR逆變處于狀態(tài)：此時(shí)，αr>90°，E>|Ud0r|，n<0

電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。+-+--Ud0rRMnEVR--PId兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)第34頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)3.機(jī)械特性范圍

?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。機(jī)械特性運(yùn)行范圍

Id-Idn反組逆變回饋制動(dòng)正組整流電動(dòng)運(yùn)動(dòng)O第35頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)四、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3-1中第36頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-2晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)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第37頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-1晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)◎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)（停車快）。

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。第38頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題本節(jié)提要

□環(huán)流及其種類

□直流平均環(huán)流與配合控制□瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制第39頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題兩組晶閘管的可逆線路既能保證正反運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)正方向的回饋制動(dòng)，但也帶來新問題—環(huán)流。一、環(huán)流及其種類1.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。第40頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?環(huán)流的形成

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~IdIcIc

—

環(huán)流Id

—負(fù)載電流

第41頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?環(huán)流的的兩重性①危害：一般地說，環(huán)流是不利的：徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，增加無功功率損耗；環(huán)流過大時(shí)會(huì)損壞晶閘管；增設(shè)環(huán)流電抗器,投資費(fèi)用增大，因此應(yīng)該予以抑制或消除。②利用：利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使VT工作在連續(xù)區(qū)，避免電流斷續(xù)引起的非線性現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能的影響；VT中存在少量的環(huán)流，使VT總處于微導(dǎo)通狀態(tài)，使換流較為容易，加快過渡過程。第42頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題2.環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流系統(tǒng)在某一控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，又可分為兩類：

?直流平均環(huán)流——環(huán)流電壓有正向直流分量的環(huán)流。也稱為直流環(huán)流。

?瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流——環(huán)流電壓沒有正向直流分量的環(huán)流。也稱為脈動(dòng)環(huán)流、交流環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流VT觸發(fā)相位改變，系統(tǒng)由一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的環(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。第43頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題二、直流平均環(huán)流與配合控制1.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。MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~①當(dāng)VF和VR都處于整流狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生直流平均環(huán)流。②VF整流、VR逆變：有直流平均環(huán)流；沒有直流平均環(huán)流(VT的單向?qū)щ娦?。第44頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題2.抑制辦法：讓正組晶閘管VF處于整流狀態(tài)，其整流電壓Ud0f=+讓反組晶閘管VR處于逆變狀態(tài)，其整流電壓Ud0r=-于是Ud0r=-Ud0f由式有Ud0f=Ud0maxcosαf

Ud0f=Ud0

max

cosαr其中

αf和αr分別為VF和VR的控制角。第45頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題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

cosα

r=–cosα

f或

α

r+α

f=180o如果反組的控制用逆變角β

r表示，則

α

f=β

r

由此可見，按照上式來控制就可以消除直流平均環(huán)流，這稱作α

=β

配合控制。為了更可靠地消除直流平均環(huán)流，可采用

αf≥β

r

第46頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題3.配合控制實(shí)現(xiàn)方法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Uct=0時(shí)，使

αf=αr=90°，此時(shí)

Ud0f=Ud0r=0，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。?增大控制電壓Uct移相時(shí)，即Uct↑→αf

↓，αr↑

→Uct=-Uct，正組整流，反組逆變。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?！サ?7頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題4.

α=β

配合控制電路MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUctRaMGTF--正組觸發(fā)裝置GTR--反組觸發(fā)裝置AR--反號(hào)器Uctˉ第48頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題5.α=β

配合控制特性

α=β

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。

配合控制移相特性

-

UctmUct90o

rmin180o0oUctm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUct1第49頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題6.α=β

控制的工作狀態(tài)

?待逆變狀態(tài)—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)。第50頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?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α=β

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)。第51頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題7.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，β

不能太小，必須在控制電路中采用限幅作用，形成最小逆變角β

min保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)α=β

工作制控制，對(duì)α角也實(shí)施α

min

保護(hù)，以免出現(xiàn)Ud0f>Ud0r

而產(chǎn)生直流平均環(huán)流。通常取α

min=β

min=30°

最小逆變角β

min保護(hù)：防止逆變失敗。

βmin設(shè)定→αmin=βmin→限制Uctmax→ACR輸出正負(fù)限幅第52頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題三、瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制1.瞬時(shí)的脈動(dòng)環(huán)流產(chǎn)生的原因在α

=β

工作配合控制的條件下，|Ud0r|=|U

d0f|，消除了直流平均環(huán)流，但這只是就電壓的平均值而言。

由于晶閘管裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，正反組電壓的瞬時(shí)值并不相等的，當(dāng)ud0f>ud0r，△ud0=ud0f-ud0r存在，將產(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)。第53頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題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?，F(xiàn)以α

f=

βr=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單。

βr=60°→αr=120°第54頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?三相零式反并聯(lián)可逆線路

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

~--Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVRIdIcp負(fù)載電流瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流第55頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?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△ud0=ud0f-ud0r

b)整流電壓波形

c)逆變電壓波形abcaud0r0wtp2pUd0rwtIcpicp

ud0af

ud0fwtabca0p2pUd0f0ar

ud0icp單向、脈動(dòng)、不是交流第56頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?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。?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icp不能突變，并且落后于△ud0

；又由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，只能在一個(gè)方向脈動(dòng)，所以瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流也有直流分量Icp

，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。第57頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題3.瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流不經(jīng)過負(fù)載，徒然增加晶閘管的負(fù)擔(dān)，因此必須設(shè)法限制它。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a)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)。第58頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題?均衡電抗器的設(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)均衡（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：在下圖中當(dāng)正組VF整流時(shí)，流過負(fù)載電流，使Lc1鐵心飽和，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。第59頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題

◎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--~第60頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-3兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題

◎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'--~~第61頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法本節(jié)提要

□

α=β配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

□制動(dòng)過程分析

第62頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法一、α=β

配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

α=β

配合控制可以清除直流平均環(huán)流，但一定有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流存在，所以是有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，并是自然環(huán)流，其系統(tǒng)原理框圖如下：第63頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法1.系統(tǒng)組成MVRVF-1ARGTRGTFUctASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUct----第64頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法①主電路

a)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。b)4個(gè)環(huán)流電抗器Lc1~Lc4。

Ld為平波電抗器。c)變壓器(TM)付端繞組一套，給正反組VT供電。第65頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法②控制電路直流電流互感器或霍爾變換器(TA),其輸出作為電流負(fù)反饋。（不用交流互感器是由于其不能反映極性）控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：

ASR設(shè)置了雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動(dòng)電流；

ACR設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角αmin

與最小逆變角

β

min。ASR、ACR設(shè)計(jì)方法與第二章一樣。第66頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法c)GTR前加反向器(AR)滿足α=β

要求。

當(dāng)Uct=+，VT—整流；VR—逆變。當(dāng)Uct=-，VR—整流；VT—逆變。d)給定接兩個(gè)電位器，分別控制正反向，由KF、KR接觸器觸點(diǎn)切換。?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=“-”。第67頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?轉(zhuǎn)速反饋：正轉(zhuǎn)時(shí)，Un=“-”，反轉(zhuǎn)時(shí)，Un=“+”。?電流反饋電壓：正轉(zhuǎn)時(shí)，Ui=“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，Ui=“-”。

rmin180o

0o-

UctmUctmUct90o90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUct13.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。第68頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?停車時(shí)：Uct=0，α

r=β

f=90°，

U

d0f=Ud0r=0。?正轉(zhuǎn)時(shí)：?Uct>0，

α

f<90°，VF整流：Ud0f=“+”；

?

Uct

<0，β

r<90°，VR逆變：Ud0r=“-”。?反轉(zhuǎn)時(shí)：

?

Uct

>0，

α

r<90°，VR整流：U

d0r=“+”；?Uct<0，β

f<90°，VF逆變：U

d0f=“-”?！ァサ?9頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法4.正反向運(yùn)行的周期性n=0→正向起動(dòng)→正向穩(wěn)定運(yùn)行→正向制動(dòng)→n=0→反向起動(dòng)→反向穩(wěn)定運(yùn)行→反向制動(dòng)正反向運(yùn)行過程中，VR、VF的工作狀態(tài)相反；GTR、GTF的工作狀態(tài)相反；各種給定和反饋信號(hào)只是在符號(hào)上相反。只需說明正向運(yùn)行過程中的正向制動(dòng)過程即可。第70頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法5.簡單工作原理+++----++Id有環(huán)流系統(tǒng)正向運(yùn)行過程MVRVF-1ARGTRGTFUctASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUct----Pn第71頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法①正向運(yùn)行過程KF↓(閉合)，U*n1=“+”→

U*i=“-”→Uct=“+”

AR

Uct

=“-”

VR待逆變————————

VF整流

M：n1正向運(yùn)行②減速：U*n↓(U*n2<U*n1)→U

ct↓ˉ|Ud0f|↓

|U

d0r|↓<EVF待整流VR逆變，Id反向(流過反組)→n↓，E↓<

|U

d0f|→VF整流|U

d0r|→VR待逆變M：制動(dòng)M:電動(dòng)n2<n1第72頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法6.α=β工作制的優(yōu)缺點(diǎn)?優(yōu)點(diǎn)：①正組整流時(shí)，反組待逆變②反組逆變時(shí)，正組待整流③有利于減少電流不連續(xù)對(duì)系統(tǒng)的影響?缺點(diǎn)：對(duì)元件要求高因一旦出現(xiàn)α

＜

β（略小于）則產(chǎn)生較大平均直流環(huán)流，且電抗器無能為力。（電抗器對(duì)直流不起作用，VT內(nèi)阻很?。┤菀灼交騼蓚€(gè)方向過渡第73頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?解決：采用α>β工作制能保證逆變電壓總大于整流電壓，保證沒有直流平均環(huán)流。設(shè)為最小逆變角，則

零位整定：

Uct=0時(shí)

，

缺點(diǎn)：移相范圍縮小，VT容量沒有得到充分利用；起動(dòng)時(shí)造成了控制死區(qū)。第74頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法二、制動(dòng)過程分析可逆調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程與不可逆系統(tǒng)沒有什么區(qū)別，只是制動(dòng)過程有它的特點(diǎn)，而反轉(zhuǎn)過程就是正向制動(dòng)過程和反向起動(dòng)過程銜接起來的，因此只著重討論一下制動(dòng)過程。整個(gè)正向制動(dòng)過程由于電流方向的不同分成兩個(gè)階段。第一個(gè)階段電流Id由+I

dl→0，其方向未變，只能通過正組晶閘管橋流通，處于逆變狀態(tài)?！斜緲蚰孀冸A段。第75頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法第二個(gè)階段Id變負(fù)，Id

由0→–Idm

→(再到)0，電流流過反向橋，在允許–I

dm(最大制動(dòng)電流)下轉(zhuǎn)速迅速降低。→反橋制動(dòng)階段。如果按兩個(gè)階段中物理量變化的的特點(diǎn)來分，則本橋逆變階段就是電流降落階段，而反橋制動(dòng)階段則為轉(zhuǎn)速降落階段。現(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。第76頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動(dòng)過渡過程波形I本橋逆變(電流降落)階段II反橋制動(dòng)(轉(zhuǎn)速降落)階段t1第77頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法（一）本橋逆變(電流降落)階段(I)1.正常運(yùn)行時(shí)(0—t1)：

U*n=+，Un=-，U*i=-，Ui=+，

Uct=+，/Uct=-。

則

α

f<90°VF正組整流，Udof=+；

αr>90°VR反組待逆變，U

dor=+VF正組Udof提供能量供R消耗、使

M工作在電動(dòng)狀態(tài)、使L

吸收能量第78頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎有環(huán)流系統(tǒng)正向運(yùn)行狀態(tài)+++----++IdMVRVF-1ARGTRGTFUctASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUct----Pn第79頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向運(yùn)行時(shí)波形tttOOOId

n

Uct

III1II2II3IdL

E

t1第80頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法2.發(fā)出停車指令后(KF↑):

U*n=0，∵Un=-，∴?Un=Un=-，ASR輸出

U*i=+U*im，∵Ui=+，在+U*im+Ui作用下，

ACR輸出→-UctmVF：β

f=β

min

逆變

VR：α

r=α

min待整流此時(shí)，Udof=-，n、E基本不變，??dof=????R+E+Ld????/dt∴Id迅速↓，是靠L釋放能量反對(duì)Id減少，且維持Id為正。變負(fù)Ld????/dt很大。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。第81頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUctASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUct+++----++Id0+--++----第82頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎本組逆變過程波形tttOOOId

n

Uc

III1II2II3IdL

-Ucm

E

?第83頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法（二）反橋制動(dòng)(轉(zhuǎn)速降落)階段(Ⅱ)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“反橋制動(dòng)階段”，這一階段較復(fù)雜，可分成三個(gè)子階段：

?反橋建流子階段；

?反橋逆變子階段；

?反橋減流子階段。第84頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法反橋建流子階段(Ⅱ1)①U*i=+U*im，id=0，ACR輸出:-Uctm②-Uctm:VF—逆變|U

dof|

VR—整流|U

dor|，E與|Udor|方向一致E+U

dor=????+Ld????/dt能量被R消耗，L吸收。-Id↑(迅速反向增加)→-I

dmM：反接制動(dòng)，n開始↓第85頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎反橋建流制動(dòng)子階段系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id----第86頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎反橋建流制動(dòng)子階段波形tttOOOId

n

Uct

III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

?第87頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法2.反橋逆變子階段(Ⅱ2)-Id↑→–I

dm

并略有超調(diào)時(shí)，U*i=U*im<β

I

d?U

i=-，ACR退出飽和，Uct由負(fù)變正(急劇)，

Uct=+：VF—待整流狀態(tài)VR—逆變狀態(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–I

dm

，因而第88頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法

E=U

dor+IdR+Ld????/dtM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)，R消耗一部分。M：發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。n↓，E↓要求U

dor↓（以維持Id不變），則U

ct↓（線性）ACR給定不變，維持恒值?Ui=U*im-βId>0

這個(gè)階段所占的時(shí)間最長，是制動(dòng)過程中的主要階段。第89頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎反橋逆變制動(dòng)子階段系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUctASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUct+++----+0+--++

Id+-+-----第90頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎反橋逆變制動(dòng)子階段波形tttOOOId

n

Uc

III1II2II3-Idm

IdL

-Ucm

E

第91頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法3.反橋減流子階段(Ⅱ3)由E=Udor+IdR+Ld????/dt

可知，當(dāng)U

dor↓→0，E繼續(xù)↓，這時(shí)Id從–Idm↓最后，n=0，E=0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，如果電機(jī)很快停止，整個(gè)制動(dòng)過程便結(jié)束了。如果考慮到其它因素，如L存儲(chǔ)的磁能較大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在最后一小段時(shí)間里有一些不同情況。第92頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎制動(dòng)過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線tttOOOId

n

Uc

III1II2-Idm

IdL

-Ucm

E

II3本橋逆變反橋建流反橋逆變反橋減流第93頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-4有環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎各階段的動(dòng)力源本本逆變：電感L釋放能量感應(yīng)出很大的電壓。反橋制動(dòng)反橋建流：反組整流電壓和電機(jī)電動(dòng)勢(shì)給回路提供了大的電壓。反橋逆變：ASR的輸出U

im*(ACR的輸入)迫使電路電流維持較大值不變反橋減流：L中儲(chǔ)存的能量和電機(jī)的動(dòng)能在電流的急劇下減過程中釋放出來。第94頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章可逆調(diào)速系統(tǒng)§3-5無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法本節(jié)提要

□概述

□邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)第95頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法一、概述1.有環(huán)流可逆系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)?優(yōu)點(diǎn)：反向快、無死區(qū)、過渡平滑。?缺點(diǎn)：

①設(shè)置多個(gè)環(huán)流電抗器以抑制環(huán)流；

②對(duì)控制系統(tǒng)要求精度高，抗干擾能力強(qiáng)，稍有不慎，易造成環(huán)流過大，導(dǎo)致電源短路；

③容量(變壓器、晶閘管)增加。

第96頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法為此，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)，常采用無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)：既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。2.無環(huán)流可逆系統(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)。第97頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法①邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)：在任何時(shí)刻只有一組橋在工作。

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，使該組完全處于阻斷狀態(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。

②錯(cuò)位控制無環(huán)流系統(tǒng)：配合控制的原理。一組晶閘管處于整流工作狀態(tài)，另一組處于待逆變。但是兩組觸發(fā)脈沖的相位錯(cuò)開較遠(yuǎn)。有環(huán)流：αf+αr=180°。是αr+

αf=300°或360°。因而當(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)然也就不會(huì)產(chǎn)生環(huán)流了。第98頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法

二、邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的可逆系統(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)。（一）系統(tǒng)組成和工作原理

1.系統(tǒng)的組成邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡稱“邏輯無環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖：第99頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblrUblfUctrU*i+UiLdAR----+第100頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法◎系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?主電路①采用VF、VR反并聯(lián)線路；②由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；③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)①采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；②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；第101頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法③

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。④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。第102頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法2.工作原理

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblfUblrUctrU*i+UiU*iUi0LdAR?正向運(yùn)行：+-++--+-++----第103頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?反向運(yùn)行

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblfUblrUctrU*i+UiU*iUi0LdAR----++++++----第104頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?觸發(fā)脈沖的零位整定：

Uctf

=Uctr=0時(shí)，αf=αr=90°總之此系統(tǒng)：

①靠邏輯環(huán)節(jié)保證只有一組橋的晶閘管被觸發(fā)，而另一組觸發(fā)脈動(dòng)被封鎖，從而不能產(chǎn)生環(huán)流；②靠邏輯動(dòng)態(tài)切換來實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行；③電流負(fù)反饋可以不反應(yīng)極性。下面著重分析邏輯切換裝置的作用。第105頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法（二）可逆系統(tǒng)對(duì)無環(huán)流邏輯控制器的要求

◎邏輯裝置的任務(wù)是：在正組可控硅VF工作時(shí)封鎖反組脈沖，在反組可控硅VF工作時(shí)封鎖正組脈沖。二者必居其一，決不允許兩組同時(shí)開放，從而保證主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的可能。第106頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法1.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措娏鳛檎?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)。①用U*i極性決定工作組別由于ACR的輸出信號(hào)正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：

第107頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)，U*i=-正組；

?反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)，U*i=+反組。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(以防止造成本橋逆變顛覆)，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)。②

Id=0決定動(dòng)作時(shí)刻→Uio檢測(cè)零電流信號(hào)第108頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?邏輯控制器DLC兩個(gè)輸入→U*iU*i

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUctfUblfUblrUctrU*i+UiLdAR----+第109頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法?邏輯控制器DLC兩個(gè)輸入U(xiǎn)*i、Uio

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----+第110頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法2.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—U

blr=1，VR封鎖—U

blr=0。第111頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法3.模/數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)輸入信號(hào)U*i、Uio進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，由電平檢測(cè)環(huán)節(jié)完成。4.邏輯判斷根據(jù)輸入信號(hào)，做出正確的邏輯判斷。5.延時(shí)電路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)封鎖—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開放延時(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。第112頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法邏輯保護(hù)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。（三）無環(huán)流邏輯控制器DLC的實(shí)現(xiàn)方法根據(jù)上述對(duì)DLC的要求，其電路應(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第113頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法無環(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?，F(xiàn)以數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)為例介紹無環(huán)流邏輯控制器各部分的組成和原理。第114頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法電平檢測(cè)器無論轉(zhuǎn)矩的極性還是電流的有無都只須用兩種狀態(tài)表示，即開關(guān)量，所以需要模數(shù)轉(zhuǎn)換。電平檢測(cè)器就是一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可用帶正反饋的運(yùn)算放大器組成，具有繼電特性，原理圖如下R0R0R1U

inUex-+UexUinUin1Uin2Uexm1Uexm2環(huán)寬調(diào)整為0.3V左右，以提高抗干擾能力第115頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法①轉(zhuǎn)矩極性鑒別器

功能：根據(jù)U*i信號(hào)：U*i<0→“1”，電機(jī)提供+TU*i>0→“0”，電機(jī)提供-TU

TU*i

“1”(10V)“0”(-0.6V)R2D3輸入信號(hào)是左右對(duì)稱的，而輸出信號(hào)上下并不對(duì)稱，為的是能夠給出“1”和“0”的數(shù)字信號(hào)，輸出10V表示“1”，－0.6V表示“0”。為了得到“0”信號(hào)，由R2、D3組成負(fù)限幅電路，其輸出限幅值約為－0.6V。第116頁，課件共140頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-5無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)及其控制方法②零電流檢測(cè)器它的輸入信