第三章可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第三章可逆直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要1、V-M調(diào)速系統(tǒng)的可逆運(yùn)行方案；2、有環(huán)流可逆系統(tǒng)；3、無環(huán)流可逆系統(tǒng)；4、直流脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)

在前面兩章討論的各種晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕挥靡唤M晶閘管變流器對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)只能獲得單方向的運(yùn)行，是不可逆調(diào)速系統(tǒng)。這類系統(tǒng)只適用于不要求經(jīng)常改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，同時(shí)對(duì)制動(dòng)的快速性無特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械。但是在生產(chǎn)實(shí)際中，有一定數(shù)量的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)要求是，既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，且在減速和停車時(shí)還要求產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以縮短制動(dòng)時(shí)間，這就出現(xiàn)了可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。

本章主要討論直流調(diào)速系統(tǒng)的可逆運(yùn)行問題：由于V-M系統(tǒng)中晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要設(shè)置可逆線路來使電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行或制動(dòng)，主要的可逆線路有：電樞反接可逆線路；勵(lì)磁反接可逆線路；兩組晶閘管反并聯(lián)是大功率傳動(dòng)系統(tǒng)的主要供電方式。在兩組晶閘管反并聯(lián)線路中，會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，為此，需要采取措施抑制環(huán)流,如：設(shè)置環(huán)流電抗器；采取

=

配合控制方式；采取封鎖觸發(fā)脈沖的方式，使兩組晶閘管不能同時(shí)工作等。根據(jù)控制環(huán)流方式，直流可逆調(diào)速系統(tǒng)分為：有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)；無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。本章重點(diǎn)討論邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作過程。對(duì)于中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用由電力電子功率開關(guān)器件組成的橋式可逆PWM變換器，對(duì)其原理也將進(jìn)行分析。第一節(jié)晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速

系統(tǒng)構(gòu)成及存在問題問題的提出工業(yè)中有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，這本來是很簡(jiǎn)單的事。然而當(dāng)電機(jī)采用電力電子裝置供電時(shí)，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦?，問題就變得復(fù)雜起來了，需要專用的可逆電力電子裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、可逆運(yùn)行運(yùn)行方案及回饋制動(dòng)(一)可逆運(yùn)行方案根據(jù)電機(jī)理論，改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，V-M系統(tǒng)的可逆線路有兩種方式：電樞反接可逆線路勵(lì)磁反接可逆線路1.電樞反接可逆線路在要求頻繁正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，經(jīng)常采用兩組晶閘管裝置供電的可逆線路，如圖3-1所示。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)器控制，當(dāng)正組晶閘管裝置VF向電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，提供正向電樞電流Id

，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反組晶閘管裝置VR向電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，提供反向電樞電流-Id，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。兩套晶閘管反并聯(lián)可逆線路圖3-1電樞反接可逆線路兩組晶閘管裝置供電的可逆線路在連接上又有兩種形式：反并聯(lián)和交叉連接，如圖3―2所示。兩者的差別在于反并聯(lián)線路中的兩組晶閘管由同一個(gè)交流電源供電，且要有四個(gè)限制環(huán)流的電抗器；（a）反并聯(lián)可逆線路（b）交叉連接可逆線路圖3-2兩組三相橋式變流器交叉聯(lián)接可逆線路而交叉連接線路由兩個(gè)獨(dú)立的交流電源供電。只要兩個(gè)限制環(huán)流的電抗器。這里所說的兩個(gè)獨(dú)立的交流電源可以是兩臺(tái)整流變壓器，也可以是一臺(tái)整流變壓器的兩個(gè)二次繞組。由兩組晶閘管組成的電樞可逆線路，具有切換速度快、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，在要求頻繁、快速正反轉(zhuǎn)的可逆系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，是可逆系統(tǒng)的主要型式。2．勵(lì)磁反接可逆線路改變勵(lì)磁電流的方向也能使直流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。因此又有勵(lì)磁反接可逆線路，如圖3―3所示。這時(shí)電動(dòng)機(jī)電樞只要用一組晶閘管裝置供電并調(diào)速，如圖３-3（a）所示，而勵(lì)磁繞組則由另外的兩組晶閘管裝置反并聯(lián)供電，象電樞反接可逆線路一樣，可以采用反并聯(lián)或交叉連接中的任意一種方案來改變其勵(lì)磁電流的方向。圖3―3（b）中只畫了兩組晶閘管裝置反并聯(lián)提供勵(lì)磁電流的方案，其工作原理讀者可以自行分析。（a）電樞電路（b）勵(lì)磁反接可逆線路圖3-3兩組晶閘管供電的勵(lì)磁反接可逆線路由于勵(lì)磁功率只占電動(dòng)機(jī)額定功率的1%～5%，顯然反接勵(lì)磁所需的晶閘管裝置容量要小得多，只要在電樞回路中用一組大容量的晶閘管裝置就夠了，這對(duì)于大容量的電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁反接的方案投資較少，在經(jīng)濟(jì)上是比較便宜的。但是由于勵(lì)磁繞組的電感較大，勵(lì)磁電流的反向過程要比電樞電流的反向過程慢得多，因此，勵(lì)磁反接的方案只適用于對(duì)快速性要求不高，正、反轉(zhuǎn)不太頻繁的大容量可逆系統(tǒng)，例如卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車等等。

(二)回饋制動(dòng)

1.電動(dòng)機(jī)的兩種工作狀態(tài)我們知道，直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)無論是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，都可以有兩種工作狀態(tài)，一種是電動(dòng)狀態(tài)，一種是制動(dòng)狀態(tài)（或稱發(fā)電狀態(tài)）。電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，就是指電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向相同，此時(shí)，電網(wǎng)給電動(dòng)機(jī)輸入能量，并轉(zhuǎn)換為負(fù)載的動(dòng)能。制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，就是電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能輸出，如果將此電能回送給電網(wǎng)，則這種制動(dòng)就叫做回饋制動(dòng)。2.晶閘管裝置的兩種工作狀態(tài)晶閘管裝置也有兩種工作狀態(tài)，一種是整流狀態(tài)，另一種是逆變狀態(tài)。下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)例說明如下：由一組晶閘管組成的全控整流電路中，電動(dòng)機(jī)帶的是位勢(shì)性負(fù)載，如圖3―4所示。當(dāng)控制角α<900時(shí)，晶閘管裝置直流側(cè)輸出的理想空載電壓Ud0為正，且Ud0>E，所以能輸出整流電流Id，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電動(dòng)轉(zhuǎn)矩而將重物提升，如圖3―4（a）所示。這時(shí)電能從交流電網(wǎng)經(jīng)晶閘管裝置輸送給電動(dòng)機(jī)，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)。（a）整流狀態(tài)（提升）（b）逆變狀態(tài)（下放）（c）機(jī)械特性圖3-4單組V-M系統(tǒng)帶位勢(shì)負(fù)載時(shí)的整流和逆變狀態(tài)當(dāng)重物下放時(shí)，必須將控制角α移到大于900，這時(shí)晶閘管裝置直流側(cè)輸出的理想空載電壓Ud0的極性反向，其值變?yōu)樨?fù)值。電動(dòng)機(jī)在重物的作用下被拉向反轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生反向的電動(dòng)勢(shì)―E，其極性示于圖3―4（b）。當(dāng)|E|>|Ud0|時(shí)，又將產(chǎn)生電流和轉(zhuǎn)矩，它們的方向仍和提升重物時(shí)一樣，但此時(shí)由于轉(zhuǎn)速已反向，故電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩，以阻止重物下降的太快，電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)電動(dòng)機(jī)將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)晶閘管裝置回饋到電網(wǎng)，晶閘管裝置則處于逆變狀態(tài)。由上面分析可知，同一套晶閘管裝置可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)。兩種狀態(tài)中電流方向不變，而輸出電壓的極性相反。因此在整流狀態(tài)中輸出電能（IdUdo乘積）為正，而在逆變狀態(tài)中回饋電能（IdUdo乘積）為負(fù)。產(chǎn)生逆變的兩個(gè)必要條件可歸納為：1）控制角α>900,使晶閘管裝置直流側(cè)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的平均電壓-Udo，這是裝置的內(nèi)部條件。2）外電路必須有一個(gè)直流電源E，其極性應(yīng)與-Udo的極性相同，其數(shù)值應(yīng)稍大于|Udo|，以產(chǎn)生和維持逆變電流，這是裝置的外部條件。這樣的逆變稱為“有源逆變”。3.電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有許多生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)行過程中要求快速減速或停車，最經(jīng)濟(jì)有效的方法就是采用回饋制動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第二象限的機(jī)械特性上，將制動(dòng)期間釋放的能量通過晶閘管裝置回送到電網(wǎng)。在上面的分析中已經(jīng)表明，要通過晶閘管裝置回饋能量，必須讓其工作在逆變狀態(tài)。所以電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)，晶閘管裝置必須工作在逆變狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，從電動(dòng)機(jī)方面看，要么改變轉(zhuǎn)速的方向，要么改變電磁轉(zhuǎn)矩（即電樞電流）的方向。由于負(fù)載在減速制動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速方向不變，所以要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，只有設(shè)法改變電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向，即改變電樞電流的方向。對(duì)于單組V-M系統(tǒng)，要想改變電樞電流方向是不可能的，也就是說利用一組晶閘管不能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。但是，我們可以利用兩組晶閘管裝置組成的可逆線路實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的快速回饋制動(dòng)，即電機(jī)制動(dòng)時(shí)，原工作于整流的一組晶閘管裝置逆變使電機(jī)電流迅速降到零，然后利用另外一組反并聯(lián)的晶閘管裝置整流使電機(jī)建立起反向電流后立刻逆變來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)，如圖3―5所示。（a）正組整流電動(dòng)運(yùn)行b）反組逆變回饋制動(dòng)（c）運(yùn)行范圍圖3-5V-M系統(tǒng)正組整流電動(dòng)運(yùn)行和反組逆變回饋制動(dòng)圖3-5（a）表示正組VF給電動(dòng)機(jī)供電，晶閘管裝置處于整流裝態(tài)，輸出整流電壓Ｕd0f(極性如圖)，電動(dòng)機(jī)吸收能量作電動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)需要回饋制動(dòng)時(shí)，通過控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，見圖3-5（b），并使其工作于逆變狀態(tài)，輸出逆變電壓Ｕd0r，（極性如圖），由于這時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)極性未改變，當(dāng)Ｅ略大于|Ｕd0r|時(shí)，產(chǎn)生反向電流-Id而實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)釋放能量經(jīng)晶閘管裝置VR回饋到電網(wǎng)。圖３－５（c）繪出了電動(dòng)運(yùn)行和回饋制動(dòng)運(yùn)行的運(yùn)行范圍。由此可見，即使是不可逆系統(tǒng)，只要是要求快速回饋制動(dòng)，也應(yīng)有兩組反并聯(lián)（或交叉聯(lián)）的晶閘管裝置，正組作為整流供電，反組提供逆變制動(dòng)。這時(shí)反組晶閘管只在短時(shí)間內(nèi)給電動(dòng)機(jī)提供反向制動(dòng)電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流，因而其容量可以小一些。對(duì)于兩組晶閘管供電的可逆系統(tǒng)，在正轉(zhuǎn)時(shí)可以利用反組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)可以利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的裝置合而為一，兩組晶閘管的容量自然就沒有區(qū)別了。把可逆線路正反轉(zhuǎn)及回饋制動(dòng)時(shí)的晶閘管和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)歸納起來，可列成表３-１。表3-1V-M系統(tǒng)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動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)晶閘管工作組別和狀態(tài)機(jī)械特性所在象限++--+--+++--電動(dòng)回饋制動(dòng)電動(dòng)回饋制動(dòng)正組整流反組逆變反組整流正組逆變ⅠⅡⅢⅣ

注：表中各量的極性均以正向電動(dòng)運(yùn)行時(shí)為“+”。

二、可逆調(diào)速系統(tǒng)存在問題

(一)可逆系統(tǒng)運(yùn)行中的環(huán)流分析1.環(huán)流及其種類采用兩組晶閘管反并聯(lián)或交叉連接是可逆系統(tǒng)中比較典型的線路，它解決了電動(dòng)機(jī)頻繁正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動(dòng)中電能的回饋通道，但接踵而來的是影響系統(tǒng)安全工作并決定可逆系統(tǒng)性質(zhì)的一個(gè)重要問題——環(huán)流問題。

環(huán)流是指不流過電動(dòng)機(jī)或其它負(fù)載，而直接在兩組晶閘管裝置之間單方向流通的短路電流，圖3-6中所示的是反并聯(lián)線路中的環(huán)流電流Ic

。

Id—負(fù)載電流Ic—環(huán)流Rrec—整流裝置內(nèi)阻圖3-6反并聯(lián)可逆線路中的環(huán)流環(huán)流的利弊環(huán)流的存在會(huì)顯著地加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗無用功率，環(huán)流太大時(shí)甚至?xí)?dǎo)致晶閘管損壞，因此必須予以抑制。但環(huán)流也并非一無是處，只要控制的好，保證晶閘管安全工作，可以利用環(huán)流作為保證電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)使晶閘管工作的最小電流連續(xù)，避免了電流斷續(xù)引起的非線性現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。而且在可逆系統(tǒng)中存在少量環(huán)流，可以保證電流的無間斷反向，加快反向的過渡過程。在實(shí)際系統(tǒng)中，要充分利用環(huán)流的有利方面，避免其不利方面。環(huán)流可以分為兩大類：(1)靜態(tài)環(huán)流當(dāng)晶閘管裝置在一定的控制角下穩(wěn)定工作時(shí)，可逆線路中出現(xiàn)的單方向流動(dòng)的環(huán)流叫靜態(tài)環(huán)流。靜態(tài)環(huán)流又可分為直流環(huán)流和脈動(dòng)環(huán)流。(2)動(dòng)態(tài)環(huán)流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)并不存在，只在系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流，叫作動(dòng)態(tài)環(huán)流。因篇幅有限，這里只對(duì)系統(tǒng)影響較大的靜態(tài)環(huán)流作定性分析。下面以反并聯(lián)線路為例來分析靜態(tài)環(huán)流。(二)直流環(huán)流與配合控制1.直流環(huán)流由圖3-6的反并聯(lián)可逆線路可以看出，如果讓正組晶閘管VF和反組晶閘管VR都處于整流狀態(tài)，正組整流電壓Udof和反組整流電壓Udor正負(fù)相連，將造成直流電源短路，此短路電流即為直流平均環(huán)流。為防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，最好的解決辦法是當(dāng)正組晶閘管VF處于整流狀態(tài)時(shí)，其整流輸出電壓Udof，這時(shí)應(yīng)該讓反組晶閘管VR處于逆變狀態(tài)，輸出一個(gè)逆變電壓Udor把它頂住，即Udof=Udor?，F(xiàn)在設(shè)VF組處于整流狀態(tài)，即αf<900,則對(duì)應(yīng)的VR組處于逆變狀態(tài)，即βr<900,則Udof=Udomaxcosαf

（3-1)Udor=Udomaxcosβr

（3-2）Udof和Udor

極性相反，但其數(shù)值又有如下三種情況：

第一種情況，若兩組觸發(fā)脈沖相位之間滿足αf<βr,則Udof>Udor，由于兩組晶閘管裝置的內(nèi)電阻很小，即使不大的直流電壓差也會(huì)導(dǎo)致很大的直流環(huán)流。由于直流環(huán)流不能用電抗器進(jìn)行限制，所以一般不允許系統(tǒng)中出現(xiàn)直流環(huán)流，除非系統(tǒng)中對(duì)環(huán)流有一定的限制措施。第二種情況，若兩組觸發(fā)脈沖相位之間滿足αf=βr,則Udof=Udor。由于主回路無直流電壓差，所以無直流環(huán)流。第三種情況，若兩組觸發(fā)脈沖相位之間滿足αf>βr,則Udof<Udor。兩組晶閘管之間存在反向直流電壓差，由于正組晶閘管的單向?qū)щ娦裕膊划a(chǎn)生直流環(huán)流。同理，若VF組處于逆變狀態(tài)。VR處于整流狀態(tài)，同樣可以分析出，αf<βr時(shí)有直流環(huán)流；當(dāng)αf≥βr時(shí)無直流環(huán)流。綜上所述，可以得出：當(dāng)α<β時(shí)，將有直流環(huán)流；當(dāng)α≥β時(shí)，無直流環(huán)流。所以，在兩組晶閘管組成的可逆線路中，消除直流環(huán)流的條件是α≥β，即整流組的整流觸發(fā)角大于或等于逆變組的逆變角。2.配合控制在兩組晶閘管組成的可逆線路中，按照α=β的條件來控制兩組晶閘管，即可消除直流環(huán)流，這叫做α=β配合控制工作制。

實(shí)現(xiàn)α=β配合控制工作制也是比較容易的，只要將兩組晶閘管觸發(fā)脈沖的零位都整定在900，并且使兩組觸發(fā)裝置的移相控制電壓大小相等極性相反即可。所謂觸發(fā)脈沖的零位，就是指移相控制電壓為零時(shí)，調(diào)節(jié)偏置電壓Ub使觸發(fā)脈沖的初始相位確定在αfo=αro=90o。這樣的觸發(fā)控制電路示于圖3-7，它用同一個(gè)控制電壓去控制兩組觸發(fā)裝置，即正組觸發(fā)裝置GTF由直接控制，而反組觸發(fā)裝置GTR由控制，=-,是經(jīng)過反號(hào)器AR后得到的。

GTF—正組觸發(fā)裝置GTR—反組觸發(fā)裝置AR—反相器圖3-7α=β工作制配合控制的可逆線路當(dāng)觸發(fā)裝置的同步信號(hào)為鋸齒波時(shí)，兩組觸發(fā)裝置的移相控制特性示于圖3-8。其中當(dāng)控制電壓=0時(shí)，兩組觸發(fā)裝置的控制角αf和αr都整定在900；當(dāng)>0時(shí)，正組控制角αf

<900,正組晶閘管處于整流狀態(tài)，而反組控制角αr

>900或βr

<900，反組晶閘管處于逆變狀態(tài)。由于=-,所以在移相過程中，始終保持了αf=βr。為了防止晶閘管在逆變工作時(shí)因逆變角β太小，而發(fā)生逆變顛覆事故，必須在控制電路中設(shè)有限制最小逆變角βmin的保護(hù)環(huán)節(jié)。為了嚴(yán)格保持α=β配合控制，對(duì)αmin也要加以限制，使αmin=βmin。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)βmin和αmin的限制，一般應(yīng)使前級(jí)放大器具有輸出限幅。限幅值Uctm按需要選取，通常取αmin=βmin=300,可視晶閘管元件的阻斷時(shí)間等因素決定。

（a）每組特性（b）兩組特性圖3-8觸發(fā)裝置的移相控制特性(三)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制

1.脈動(dòng)環(huán)流的產(chǎn)生在α=β配合控制工作制的條件下，整流電壓與逆變電壓始終是相等的，因而沒有直流環(huán)流。然而晶閘管裝置輸出的瞬時(shí)電壓是脈動(dòng)的，正組瞬時(shí)整流電壓udof值和反組瞬時(shí)逆變電壓udor值并不相等，當(dāng)整流電壓瞬時(shí)值udof大于逆變電壓瞬時(shí)值udor時(shí)，便產(chǎn)生瞬時(shí)電壓差Δudo，從而產(chǎn)生瞬時(shí)環(huán)流。

控制角不同時(shí)，瞬時(shí)電壓差和瞬時(shí)環(huán)流也不同。圖3-9畫出三相零式反并聯(lián)可逆線路當(dāng)αf=βr=600時(shí)的情況：圖3-9（b）是正組瞬時(shí)整流電壓udof的波形；圖3-9（c）是反組瞬時(shí)逆變電壓udor的波形。圖中打陰影線的部分是u相整流和v相逆變時(shí)的電壓，顯然其瞬時(shí)值并不相等，而其平均值卻相等。瞬時(shí)電壓差Δudo=udof

–udor，其波形繪于圖3--9（d）。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。（a）三相零式可逆線路中脈動(dòng)環(huán)流回路（b）αf=600時(shí)整流電壓Udof的波形（c）αr=1200時(shí)逆變電壓Udor的波形（d）Δudo和icp波形圖3-9配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路中的脈動(dòng)環(huán)流圖3-9（a）繪出u相整流和v相逆變時(shí)的瞬時(shí)環(huán)流回路，由于晶閘管裝置的內(nèi)阻Rrec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Δudo；又由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，icp只能在一個(gè)方向脈動(dòng)，所以稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。但這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流存在直流分量Icp，顯然Icp和平均電壓差所產(chǎn)生的直流環(huán)流是有根本區(qū)別的。2.脈動(dòng)環(huán)流的抑制直流環(huán)流可以用α≥β配合控制消除，而瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流卻始終存在，必須設(shè)法加以限制，不能讓它太大。抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的辦法是在環(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3-9（a）中的Lc1和Lc2，一般要求把瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流中的直流分量Icp限制在負(fù)載額定電流的5%~10%之間。環(huán)流電抗器的電感量及其接法因整流電路而異，一般可按下式計(jì)算：Lc=KjU2/Idmin環(huán)流電抗器并不是在任何時(shí)刻都能起作用的，所以在三相零式可逆線路中正、反兩個(gè)回路各設(shè)一個(gè)環(huán)流電抗器，它們?cè)诃h(huán)流回路中是串聯(lián)的，但是其中總有一個(gè)電抗器因流過直流負(fù)載電流而飽和。例如圖3-9（a）中正組整流時(shí)，Lc1因流過較大的負(fù)載電流Id而飽和，使電感值大為降低，失去了限制環(huán)流的作用。而反組逆變回路中的電抗器Lc2由于沒有負(fù)載電流通過，才能真正起限制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的作用。同理，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)的通道，總共要設(shè)置四個(gè)環(huán)流電抗器，見圖3-2（a）。若采用交叉連接的可逆線路，環(huán)流電抗器的數(shù)量可以減少一半，見圖3-2（b）第二節(jié)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)一、配合控制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)在α=β工作制配合下，電樞可逆系統(tǒng)中雖然可以消除直流平均環(huán)流，但是有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流存在，所以這樣的系統(tǒng)稱作有（脈動(dòng)）環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。如果在這種系統(tǒng)中不施加其它控制，則這個(gè)瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流是自然存在的，因此又稱作自然環(huán)流系統(tǒng)。(一)系統(tǒng)的組成α=β配合控制工作制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖示于圖3-10，圖中主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的線路，因?yàn)橛袃蓷l并聯(lián)的環(huán)流通路，所以要用四個(gè)環(huán)流電抗器。LC1，LC2，LC3，LC4。由于環(huán)流電抗器流過較大的負(fù)載電流會(huì)飽和，因此在電樞回路中還要另外設(shè)置了一個(gè)體積較大的平波電抗器Ld?？刂凭€路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都設(shè)置了雙向輸出限幅，以限制最大動(dòng)態(tài)電流和最小控制角αmin與最小逆變角值βmin。

為了在任何控制角時(shí)都保持αf

-αr

=1800的配合關(guān)系，應(yīng)始終保持，在GTR之前加放大倍數(shù)為1的反相器AR，可以滿足這一要求。根據(jù)可逆系統(tǒng)正反運(yùn)行的需要，給定電壓Un*應(yīng)有正負(fù)極性，可由繼電器KF和KR來切換，調(diào)節(jié)器輸出電壓對(duì)此能作出相應(yīng)的極性變化。為了保證轉(zhuǎn)速和電流的負(fù)反饋，必須使反饋信號(hào)也能反映出相應(yīng)的極性。測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋電壓極性隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向改變而改變。圖3-10中電流反饋極性采用霍爾電流變換器反映。圖3-10α=β配合控制工作制的有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖(二)．系統(tǒng)的工作原理

正向運(yùn)行時(shí)，正向繼電器KF接通，轉(zhuǎn)速給定值Un*為正值，經(jīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器輸出移相控制信號(hào)為正，正組觸發(fā)器GTF輸出的觸發(fā)脈沖控制角af<900,正組變流裝置VF處于整流狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行。經(jīng)反相器AR使反組觸發(fā)器GTR的移相控制信號(hào)為負(fù)，反組輸出的觸發(fā)脈沖控制角αr>900或βr<900,且αf=βr，反組變流裝置VR處于待逆變狀態(tài)。所謂待逆變，就是逆變組除環(huán)流外并不流過負(fù)載電流，也沒有電能回饋電網(wǎng)，這種工作狀態(tài)稱為待逆變。同理，反相繼電器KR接通，轉(zhuǎn)速給定值Un*為負(fù)值，反組變流裝置VR處于整流狀態(tài)，正組變流裝置VF處于待逆變狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行。α=β工作制配合控制系統(tǒng)的觸發(fā)移相特性如圖3-8所示。在進(jìn)行觸發(fā)移相時(shí)，當(dāng)一組晶閘管裝置處于整流狀態(tài)時(shí)，另一組便處于待逆變狀態(tài)，這是指控制角的工作狀態(tài)而言的。當(dāng)需要逆變組工作時(shí)，只要改變控制角，降低Udof和Udor,一旦電動(dòng)機(jī)的E>|Udor|=|Udof|時(shí)，整流組電流將被截止，逆變組就立即投入真正的逆變狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)，將能量回饋電網(wǎng)。同樣，當(dāng)逆變組回饋電能時(shí)，另一組也是處在待整流，但不進(jìn)行電能整流，故稱作“待整流狀態(tài)”。所以，在這種α=β配合控制下，負(fù)載電流可以很方便地按正反兩個(gè)方向平滑過渡，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)。盡管α=β配合控制有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際系統(tǒng)中，由于參數(shù)的變化，元件的老化或其它干擾作用，控制角可能會(huì)偏離α=β的關(guān)系。一旦變成α<β，整流電壓將大于逆變電壓，即使這個(gè)電壓差很小，但由于均衡電抗器對(duì)直流不起作用，仍將產(chǎn)生較大的直流平均環(huán)流，如果沒有有效的控制措施將是危險(xiǎn)的。為了避免這種危險(xiǎn)，在整定零位時(shí)應(yīng)留出一定的裕度，使α略大于β，例如α=β+φ,零位應(yīng)整定在：αfo=αro=900+則βfo=βro=90o-這樣，可使任何時(shí)候的整流電壓均小于逆變電壓，保證不產(chǎn)生直流平均環(huán)流，當(dāng)然瞬時(shí)電壓差產(chǎn)生的瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流也降低了。Φ只是不應(yīng)過大，否則會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問題。

一是顯著地縮小了移相范圍，因?yàn)棣耺in是整定好的，而現(xiàn)在αmin必須大于βmin

，所以αmin

比原來更大了,使晶閘管容量得不到充分的利用；

二是造成明顯的控制死區(qū),例如在啟動(dòng)時(shí)α從零位α0=90o+移到α=90o這一段時(shí)間內(nèi)，整流電壓一直為零。二、制動(dòng)過程的分析可逆系統(tǒng)的啟動(dòng)過程與不可逆系統(tǒng)相同。制動(dòng)過程有它的特點(diǎn)，反轉(zhuǎn)過程則是正向制動(dòng)過程與反向啟動(dòng)過程的銜接，整個(gè)正向制動(dòng)過程可按電流方向的不同分成兩個(gè)主要階段:

第一階段，電流Id由正向負(fù)載電流+IdL下降到零，這時(shí)正組VF裝置處于逆變狀態(tài)，所以稱為“本組逆變階段”。

第二階段，電流由零變到負(fù)的最大電流-Idm，轉(zhuǎn)速降落,這時(shí)電流流過反組VR裝置，所以稱為“它組制動(dòng)階段”。在本組逆變階段中主要是電流降落，而在它組制動(dòng)階段中主要是轉(zhuǎn)速降落。(一)本組逆變階段系統(tǒng)正向運(yùn)行時(shí)各主要部位的電位極性示于圖3-11（a）。圖3-11（a）正向運(yùn)行，正組整流系統(tǒng)正向運(yùn)行轉(zhuǎn)速給定電壓Un*為正，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un為負(fù)，ASR的輸入偏差電壓ΔUn=Un*-Un為正。由于ASR的倒相作用，其輸出Ui*為負(fù)，電流反饋Ui為正，ACR輸入偏差電壓ΔUi=U*i-Ui為負(fù)。經(jīng)ACR倒相輸出的控制電壓為正，為負(fù)。根據(jù)圖3-8的觸發(fā)移相特性可知，此時(shí)αf<900,正組整流，而αr>900,所以反組待逆變。主電路在忽略環(huán)流電抗器對(duì)負(fù)載電流變化的影響下，用粗箭頭表示能量的流向，其中雙線箭頭表示電能主要由正組晶閘管VF輸送給電動(dòng)機(jī)。發(fā)出停車（或反向）指令后，轉(zhuǎn)速給定電壓Un*突變?yōu)榱悖ɑ蜇?fù)）。由于轉(zhuǎn)速反饋電壓Un極性仍為負(fù)，所以ΔUn為負(fù)，則ASR飽和，輸出Ui*躍變到正限幅值Uim

*。這時(shí)電樞電流方向還沒有來得及改變，電流反饋電壓Ui

的極性仍為正，ACR在Uim*+Ui合成信號(hào)的輸入下，輸出電壓躍變成負(fù)的限幅值-，使正組VF由整流狀態(tài)很快變成βf=βmin的逆變狀態(tài)，同時(shí)反組VR由待逆變狀態(tài)變成待整流狀態(tài)。圖3-11（b）中表示了這時(shí)調(diào)速系統(tǒng)各處電位的極性和主電路中能量的流向。圖3-11（b）本組逆變階段I：正組逆變，反組待整流MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++----在負(fù)載電流回路中，由于正組由整流變成逆變，Udof的極性反過來了，而電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的極性未變，迫使Id迅速下降，在主電路總電感L兩端感應(yīng)出很大的電壓L, 其極性見圖3-11（b）中所示。這時(shí)L-E>Udof=Udor由電感L釋放的磁場(chǎng)能量維持正向電流，大部分能量通過VF回饋電網(wǎng)，而反組VR并不能真正輸出整流電流。由于這一階段中投入逆變工作的仍是原來處于整流狀態(tài)工作的VF裝置，所以稱作本組逆變階段。本組逆變階段I波形如圖3-12所示:

(二)它組制動(dòng)階段

當(dāng)主回路電流Id下降過零時(shí)，本組逆變終止，轉(zhuǎn)到反組VR工作,直到制動(dòng)結(jié)束，稱為它組制動(dòng)階段。它組制動(dòng)過程中能量流向的變化可分成三個(gè)子階段，在圖3-12波形圖中分別標(biāo)以Ⅱ1,Ⅱ2和Ⅱ3,分別稱為:

它組建流子階段（Ⅱ1）它組逆變子階段（Ⅱ2）反向減流子階段（Ⅱ3）

1.它組建流子階段（Ⅱ1）當(dāng)Id過零并反向，直到達(dá)到-Idm

以前，Ui為負(fù)，但其數(shù)值小于U*im,ΔUi

>0，因此ACR仍處于飽和狀態(tài)，其輸出電壓仍為負(fù)，Udof

和Udor

都和本組逆變階段一樣。但由于L的數(shù)值略有減小，使L

-E<Udof=Udor

反組VR由待整流進(jìn)入整流，在整流電壓Udor和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的共同的作用下，反向電流很快增長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)處于反接制動(dòng)狀態(tài)，n開始減速，而正組VF則處于待逆變狀態(tài)。在這個(gè)子階段中，VR將交流電能轉(zhuǎn)換變?yōu)橹绷麟娔?，同時(shí)電動(dòng)機(jī)也將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，除去電阻上消耗的電能以外，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榇拍軆?chǔ)存在電感L中。圖3-11（c）繪出了這一階段各處電位極性和能量流向。圖3-11（c）它組建流子階段Ⅱ1：反組整流，正組待逆變，電機(jī)反接制動(dòng)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id----2.它組逆變子階段（Ⅱ2）

當(dāng)反向電流達(dá)到-Idm并略有超調(diào)時(shí)，ACR輸入偏差信號(hào)ΔUi變負(fù)，輸出電壓從飽和限幅值-退出，其數(shù)值很快減小，又由負(fù)變正，然后再增大，使VR回到逆變狀態(tài)，而VF同時(shí)也變成待整流狀態(tài)。

此后，在電流調(diào)節(jié)器的作用下，力圖維持接近最大反向電流-Idm，使電動(dòng)機(jī)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)。由于電流恒定，電感中磁能基本不變。這一階段各處電位極性和能量流向繪于圖3-11（d）中。從圖3-12不難看出，它組逆變階段，回饋制動(dòng)是制動(dòng)過程的主要階段，所占時(shí)間最長(zhǎng)。圖3-11（d）它組逆變子階段Ⅱ2反組逆變，正組待整流，電機(jī)回饋制動(dòng)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++

Id+-+-----它組逆變階段Ⅱ2波形如圖3-12所示3.反向減流子階段（Ⅱ3）

在它組逆變階段中，電壓、Udor、反電動(dòng)勢(shì)E和轉(zhuǎn)速n這幾個(gè)量是同步線性衰減的（見圖3-12），由于要克服Rrec和Ra上的壓降，總是E>Udor，才能維持-Idm基本恒定。當(dāng)Udor=0時(shí)，E仍繼續(xù)下降，這時(shí)就無法維持-Idm不變了，于是電流立即衰減，開始了反向減流子階段。在電流衰減過程中，電感L上的感應(yīng)電壓L支持著反向電流，并釋放出儲(chǔ)存的磁能，和電動(dòng)機(jī)釋放出來的動(dòng)能一起通過VR逆變回饋電網(wǎng)，如圖3-11（e）中粗實(shí)線箭頭代表能量流向。圖３－１１（e）反向減流子階段Ⅱ3：反組逆變（或有一段整流），電機(jī)停車。+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA

LdUc+++----+0+--++Id+-+-0000000----如果電動(dòng)機(jī)很快停止，整個(gè)制動(dòng)過程到此結(jié)束。

如果由于各種可能的因素，電機(jī)并未立即停止，可能在最后一小段時(shí)間里出現(xiàn)一些變化。其一是：=0后可能反向，則Udor

也反向，反組又變成整流；其二是，n=0后可能反向，Un也反向，才使ASR退出飽和。圖3-11（e）中用虛線箭頭來表示這些變化時(shí)所伴隨的能量流向，在圖3-12的波形圖中也用虛線表示了這些變化。從上述分析和波形圖可以看出，正向制動(dòng)過程主要是通過反組逆變回饋制動(dòng)，這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在最大減速度下衰減到零，只在制動(dòng)的開始和末尾經(jīng)歷一些不同的狀態(tài)。

如果制動(dòng)后緊接著反向起動(dòng)，只要將Id=-Idm的時(shí)間再延長(zhǎng)下去，直到反向轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為止。制動(dòng)和起動(dòng)過程完全銜接起來，沒有任何間斷或死區(qū)，這是有環(huán)流可逆系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于要求快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)特別合適。其缺點(diǎn)是需要添置環(huán)流電抗器，而且晶閘管等元件都要負(fù)擔(dān)負(fù)載電流加上環(huán)流，因此只適用于中、小容量的系統(tǒng)。三、可控環(huán)流的可逆系統(tǒng)

為了更充分利用有環(huán)流可逆系統(tǒng)制動(dòng)和反向過程的平滑性和連續(xù)性，最好能有電流波形連續(xù)的環(huán)流。當(dāng)主回路電流可能斷續(xù)時(shí)，采用α<β的控制方式，有意提供一個(gè)附加的直流平均環(huán)流，使電流連續(xù)；一旦主回路負(fù)載電流連續(xù)了，則設(shè)法變成α>β的控制方式，遏制環(huán)流至零。這樣根據(jù)實(shí)際情況來控制環(huán)流的大小和有無，揚(yáng)環(huán)流之長(zhǎng)而避其短，稱為可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)。

1．系統(tǒng)的組成

圖3-13是可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。主電路采用兩組晶閘管交叉連接線路。控制線路仍為典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，但電流互感器和電流調(diào)節(jié)器都用了兩套，分別組成正反向各自獨(dú)立的電流閉環(huán)，并在正、反組電流調(diào)節(jié)器1ACR、2ACR輸入端分別加上了控制環(huán)流的環(huán)節(jié)。控制環(huán)流的環(huán)節(jié)包括環(huán)流給定電壓-Uc*和由二極管VD、電容C、電阻R組成的環(huán)流抑制電路。為了使1ACR和2ACR的給定信號(hào)極性相反，U*i經(jīng)過放大系數(shù)為1的反相器AR輸出，作為2ACR的電流給定。這樣，當(dāng)一組整流時(shí)，另一組就可作為控制環(huán)流來用。圖3-13可控環(huán)流可逆系統(tǒng)原理圖2．環(huán)流的控制原理

當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓時(shí)，ASR輸出電壓Ui*=0，則1ACR和2ACR僅依靠環(huán)流給定電壓-Uc*（其值可根據(jù)實(shí)際情況整定），使兩組晶閘管同時(shí)處于微微導(dǎo)通的整流狀態(tài)，輸出相等的電流If=Ir=Ic*（給定環(huán)流）在原有的瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流之外，又加上恒定的直流平均環(huán)流，其大小可控制在(5%~10%)Ｉnom，而這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流為Id=If–Ir=0，電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。正向運(yùn)行時(shí)，Ui*

為負(fù)，二極管VD1導(dǎo)通，-Ui*加在正組電流調(diào)節(jié)器1ACR輸入端，使正組控制角αf

更小，輸出電壓Udof升高，正組流過的電流If也增大；與此同時(shí)，反組的電流給定為+，二極管VD2截止，只能通過與VD2并聯(lián)的電阻R加到反組電流調(diào)節(jié)器2ACR輸入端，抵消了環(huán)流給定電壓-Uc*的作用，抵消的程度取決于電流給定信號(hào)Ui*的大小。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，電流給定信號(hào)基本上和負(fù)載電流成正比，因此，當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)，＋不足以抵消-Uc*，所以反組有很小的環(huán)流流過，電樞電流Id=If–Ir；當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，＋增大，抵消-Uc*的程度增大，當(dāng)負(fù)載電流大到一定程度時(shí)，=|Uc*

|，環(huán)流就完全被遏制住了。這時(shí)正組流過負(fù)載電流，反組則無電流通過。與R、VD2并聯(lián)的電容C則是對(duì)遏制環(huán)流的過渡過程起加快作用的。反向運(yùn)行時(shí)，反組提供負(fù)載電流，正組控制環(huán)流。

可控環(huán)流系統(tǒng)的主電路一般都采用交叉連接線路，將變壓器的二次繞組一組接成星形，另一組接成三角形，使兩組裝置電源的相位差30o。這樣可使系統(tǒng)處于零位時(shí)（Un*=0）避開瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流的峰值，從而可使均衡電抗器大為減小，甚至可以不用。由以上分析可知,可控環(huán)流系統(tǒng)充分利用了環(huán)流的有利一面，避開了電流斷續(xù)區(qū)，使系統(tǒng)在正反向過渡過程中沒有死區(qū)，提高了快速性；同時(shí)又克服了環(huán)流不利的一面，減小了環(huán)流的損耗。所以在各種對(duì)快速性要求較高的可逆調(diào)速系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。第三節(jié)無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點(diǎn)，但需要設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器，增加了系統(tǒng)的體積、成本和損耗。因此，當(dāng)生產(chǎn)工藝過程對(duì)系統(tǒng)過渡特性的平滑性要求不高時(shí)，特別是對(duì)于大容量的系統(tǒng)，從生產(chǎn)可靠性要求出發(fā)，常采用既沒有直流環(huán)流又沒有脈動(dòng)環(huán)流的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。按實(shí)現(xiàn)無環(huán)流的原理不同，可將無環(huán)流系統(tǒng)分為兩類：邏輯無環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng)。邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)是用邏輯控制電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使另一組完全處于阻斷狀態(tài)，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。錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng)是采用觸發(fā)脈沖相位配合控制的原理，當(dāng)一組晶閘管整流時(shí)，另一組晶閘管處于待逆變狀態(tài)，但兩組觸發(fā)脈沖的相位錯(cuò)開較遠(yuǎn)（>1500），使待逆變組觸發(fā)脈沖到來時(shí)，它的晶閘管元件卻處于反向阻斷狀態(tài)，不能導(dǎo)通，從而也不能產(chǎn)生環(huán)流。,鑒于目前已使用不多,本節(jié)不再介紹

一、.系統(tǒng)的組成和工作原理

邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖3-14所示。主電路采用兩組晶閘管反并聯(lián)線路，由于無環(huán)流，不用再設(shè)置環(huán)流電抗器，但仍然保留平波電抗器，以抑制電樞電流的脈動(dòng)和保證電流連續(xù)?？刂苹芈啡圆捎玫湫偷霓D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，并分設(shè)了兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器(并非必須如此)，lACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR用來控制反組觸發(fā)裝置GTR。圖中1ACR的給定信號(hào)經(jīng)反相器反相后作為2ACR的給定信號(hào)，這樣可使電流反饋信號(hào)的極性在正、反轉(zhuǎn)時(shí)都不必改變，從而可以采用不反映極性的電流檢測(cè)器。為了對(duì)正、反兩組觸發(fā)脈沖實(shí)施封鎖和開放控制，達(dá)到無環(huán)流的目的，在系統(tǒng)中設(shè)置了無環(huán)流邏輯控制器DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。它必須根據(jù)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。保證在任何時(shí)候，決不允許兩組晶閘管同時(shí)開放，確保主電路沒有環(huán)流產(chǎn)生。

工作原理

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR正向運(yùn)行+-++--+-++----反向運(yùn)行

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----++++++----正、反組觸發(fā)脈沖的零位仍整定在900，工作時(shí)移相方法仍和自然環(huán)流系統(tǒng)一樣，只是用DLC來控制兩組觸發(fā)脈沖的封鎖和開放。除此之外，系統(tǒng)其它的工作原理和自然環(huán)流系統(tǒng)沒有多大區(qū)別。下面著重分析無環(huán)流邏輯控制器。

二、可逆系統(tǒng)對(duì)無環(huán)流邏輯控制器的要求無環(huán)流邏輯控制器的任務(wù)是：根據(jù)可逆系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)，正確地控制兩組晶閘管裝置觸發(fā)脈沖的封鎖與開放，使得在正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組脈沖；在反組晶閘管VR工作時(shí)，封鎖正組脈沖。兩組觸發(fā)脈沖決不允許同時(shí)開放。

圖3-14邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理邏輯控制器的輸入應(yīng)該根據(jù)什么信息來發(fā)出切換信號(hào)呢?我們可以分析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?，即電流為正；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)。

由于ASR的輸出信號(hào)U*i正好代表了轉(zhuǎn)矩（電流Id）的方向，即：*電機(jī)正向運(yùn)行和反向制動(dòng)時(shí)(Ⅰ、Ⅳ)，U*i為負(fù)，Ucf為正,應(yīng)開放VF，封鎖VR，(VF提供+Id)；*反向運(yùn)行和正向制動(dòng)時(shí)(Ⅲ、Ⅱ)，U*i為正，Ucr為正,應(yīng)開放VR，封鎖VF，(VR提供-Id)。但是，U*I

極性的變化只表明了系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩反向的意圖，轉(zhuǎn)矩極性的真正改變還必須要滯后一段時(shí)間，以防止開放組發(fā)生逆變顛覆事故，只有在實(shí)際電流真正過零時(shí)，才能夠安全切換。因此，需要檢測(cè)零電流信號(hào)Ui0作為DLC的另一個(gè)輸入信號(hào)。對(duì)DLC的輸出要求正向運(yùn)行：要求VF整流，開放VF，封鎖VR；正向制動(dòng)：要求VR逆變，開放VR，封鎖VF；反向運(yùn)行：要求VR整流，開放VR，封鎖VF；反向制動(dòng)：要求VF逆變，開放VF，封鎖VR；因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：Ublf

=1，開放VF，Ublr

=0，封鎖VRUblr

=1，開放VR，Ublf

=0，封鎖VF。對(duì)DLC的內(nèi)部邏輯要求對(duì)輸入信號(hào)U*i、Ui0模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量。根據(jù)輸入信號(hào)，做出正確的邏輯判斷。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封鎖延時(shí)時(shí)間，約2～3ms；從U*i變極性發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原工作組脈沖的等待時(shí)間，以確認(rèn)原工作組本組逆變電流已經(jīng)真正為零，而非因電流脈動(dòng)過零引起的誤信號(hào),造成逆變顛覆；(2)t2開放延時(shí)時(shí)間，約5～7ms;從封鎖原工作組脈沖到開放另一組脈沖之間的等待時(shí)間，以確保原工作組關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止兩組同時(shí)導(dǎo)通短路。零電流檢測(cè)和封鎖延時(shí)的作用圖3—15零電流檢測(cè)封鎖延時(shí)的作用具有邏輯連鎖保護(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觸發(fā)器同時(shí)開放脈沖，確保主電路沒有環(huán)流出現(xiàn)。

綜上所述，對(duì)無環(huán)流邏輯控制器的要求可歸納如下：

1.兩組晶閘管進(jìn)行切換的充分必要條件是，電流給定信號(hào)Ui*改變極性和零電流檢測(cè)器發(fā)出零電流信號(hào)Uio，這時(shí)才能發(fā)出邏輯切換指令。

2.發(fā)出切換指令后，必須先經(jīng)過封鎖延時(shí)t1才能封鎖原導(dǎo)通組脈沖；再經(jīng)過開放延時(shí)t2后，才能開放另一組脈沖。

3.在任何情況下，兩組晶閘管的觸發(fā)脈沖決不允許同時(shí)開放，當(dāng)一組工作時(shí)，另一組的脈沖必須被封鎖住。這樣，根據(jù)上述分析DLC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三、無環(huán)流邏輯控制器的組成原理1．電平檢測(cè)器

電平檢測(cè)器的功能是將輸入的連續(xù)變化模擬量Ui*、Uio轉(zhuǎn)換成“1”或“0”兩種狀態(tài)的數(shù)字量。它實(shí)際上是一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。一般可用帶正反饋的運(yùn)算放大器構(gòu)成，并且具有一定要求的回環(huán)繼電特性.電平檢測(cè)器包含轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT和零電流檢測(cè)器DPZ轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT及輸入輸出特性圖圖3-18轉(zhuǎn)矩極性鑒別器DPT零電流檢測(cè)器DPZ及輸入輸出特性圖圖3-19零電流檢測(cè)器DPZ2．邏輯判斷電路

邏輯判斷電路的功能是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器輸出信號(hào)UT和零電流檢測(cè)器輸出信號(hào)UZ

的狀態(tài)，正確地發(fā)出切換信號(hào)UF和UR

，封鎖原來工作組的脈沖，開放另一組脈沖。切換信號(hào)UF和UR

公式如下：電平檢測(cè)與邏輯判斷電路

3．延時(shí)電路

延時(shí)電路的功能是：產(chǎn)生合適的封鎖延時(shí)時(shí)間t1，確保原工作的晶閘管裝置在本組逆變階段不發(fā)生逆變顛覆；再經(jīng)過適當(dāng)?shù)拈_放延時(shí)時(shí)間t2，確保兩組晶閘管裝置之間不會(huì)造成環(huán)流短路。圖3-21帶與非門的延時(shí)電路

延時(shí)時(shí)間與延時(shí)電容的計(jì)算t=RCln根據(jù)對(duì)無環(huán)流邏輯控制器的要求，應(yīng)在邏輯電路中加入圖3-21延時(shí)電路，以實(shí)現(xiàn)封鎖延時(shí)和開放延時(shí)，如圖3-20所示。圖中，VD1、C1組成封鎖延時(shí)電路；VD2、C2組成開放延時(shí)電路。例如，系統(tǒng)從正組切換到反組工作，UT

由“1”變到“0”，再等到UZ=“1”時(shí)，UR立即從：“0”變“1”，經(jīng)過VD1、C1延時(shí)電路延時(shí)td1時(shí)間后，與非門3的輸出UF

從“1”變到“0”，UFˊ也立即變?yōu)椤?”，這樣使正組的脈沖封所得到了延時(shí)。在UR

變?yōu)椤?”，封所延時(shí)td1開始的同時(shí)，VD2、C2延時(shí)電路也開始延時(shí)，它將產(chǎn)生反組的開放延時(shí)td2

。顯然，電容C2的總延時(shí)時(shí)間為td1+td2

，這樣才能在封所正組后，再經(jīng)歷td2時(shí)間延時(shí)去開放反組，使URˊ為“1”。當(dāng)系統(tǒng)從反組切換到正組時(shí)，另一組延時(shí)電路將產(chǎn)生封鎖反組的延時(shí)和開放正組的延時(shí)，其原理同上。無環(huán)流邏輯控制器DLC原理圖

圖3-20無環(huán)流邏輯控制器DLC原理圖4聯(lián)鎖保護(hù)電路聯(lián)鎖保護(hù)電路的功能是：保證任何情況下，兩組晶閘管的觸發(fā)脈沖決不允許同時(shí)開放，當(dāng)一組工作時(shí)，另一組的脈沖必須被封鎖。DLC的最后部分設(shè)置了多“1”聯(lián)鎖保護(hù)電路，其工作原理如下：正常工作時(shí)，UFˊ和URˊ一個(gè)是“1”，另一個(gè)是“0”。這時(shí)保護(hù)電路中與非門9輸出的A點(diǎn)電位始終為“l(fā)”態(tài)，則實(shí)際的脈沖封鎖信號(hào)Ublf、Ublr與UFˊ、URˊ的狀態(tài)完全相同，使一組開放，另一組封鎖。

當(dāng)發(fā)生UFˊ和URˊ同時(shí)為“1”故障時(shí)，A點(diǎn)電位立即變?yōu)椤?”態(tài)，將Ublf和Ublr都拉到“0”，使兩組脈沖同時(shí)封鎖。四、邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)方案

邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可省去環(huán)流電抗器，沒有附加的環(huán)流損耗，從而可以節(jié)省變壓器和晶閘管裝置的設(shè)備容量。和有環(huán)流系統(tǒng)相比，因換流失敗而造成的事故率大為降低。其缺點(diǎn)是正反轉(zhuǎn)切換中有電流沖擊;由于延時(shí)造成了電流換向死區(qū)，影響了系統(tǒng)過渡過程的快速性(如圖3-22所示)。例如:普通邏輯無環(huán)流系統(tǒng)（圖3—14所示），在電流換向，待工作組剛開放時(shí)，進(jìn)入它組建流子階段Ⅱ1,由于整流電壓和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)相加會(huì)造成很大的電流沖擊.例如，系統(tǒng)的正向制動(dòng)過程，在本組(正組)逆變結(jié)束后，其反組(待工作組)脈沖在αmin位置，因此反組是在整流狀態(tài)下投入工作的。此時(shí)反組的整流電壓和電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)同極性相加，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)，迫使主電路的反向電流迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)生電流沖擊和超調(diào)。控制系統(tǒng)正是利用電流超調(diào)將反組推入逆變狀態(tài)的。改進(jìn)方案采用圖3-23的推β環(huán)節(jié),可在切換中使它組不進(jìn)入Ⅱ1子階段，直接進(jìn)入Ⅱ２子階段，可減小電流沖擊,但會(huì)進(jìn)一步加大電流死區(qū).