电力拖动控制系统rev.pptx

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1、主要特征：任何时刻都不让VF、VR两组桥同时工作， 若VF工作，则VR封锁；若VR工作，则VF封锁；或VF、VR同时封锁。 以此使产生环流的必要条件不再存在。第1页/共20页2有环流系统l 基本工作方式：VF、VR同时加触发脉冲信号，但控制角满足 ，目的是使两组整流桥输出同一个数值、同一个方向的Ud 。称为配合控制。 电动机电动机M工作状态工作状态正向电动正向电动正向制动正向制动反向电动反向电动反向制动反向制动工作象限工作象限转速转速n、反电势、反电势Ea、电压、电压Ud转矩转矩T，电枢电流，电枢电流Ia+无环流系统无环流系统正组正组VF状态状态整流整流封锁封锁封锁封锁逆变逆变反组反组VR状态

2、状态封锁封锁逆变逆变整流整流封锁封锁有环流系统有环流系统正组正组VF状态状态整流整流待整流待整流待逆变待逆变逆变逆变反组反组VR状态状态待逆变待逆变逆变逆变整流整流待整流待整流180RFl 哪组真正工作由电流决定;不工作的处于”待逆变或待整流状况。VFVR0dFU0dRUaIMcI反并联可逆电路的工作状态1无环流系统优点：优点： 安全可靠，无环流，体积小。安全可靠，无环流，体积小。缺点： 存在换流死区，动态响应慢。第2页/共20页3.2 可逆电路中的环流及其抑制办法 环流及其种类 环流，是指不流过电动机或其它负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。环流的存在会显著地加重晶闸管和变压器的负担

3、，消耗无用的功率，环流太大时甚至会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制。对环流的分析必须一分为二。 环流分类： 反并联可逆线路中反并联可逆线路中的的环流环流IcIa负载电流负载电流 静态环流：系统稳定工作时所出现的环流。动态环流：系统处于过渡过程中出现的环流。直流平均环流瞬时脉动环流静态环流动态环流第3页/共20页直流平均环流产生的原因及消除办法1产生的原因 正组VF输出：FdomdoFcosUU两端的电势差即两个电源的直流平均电压差为：222RFRFdomdoRdoFdocoscosU)U(UU180FR 电压差如能产生直流平均环流则其流向与图中的Ic反向，与晶闸管装置所允许的电流流动方向相反而

4、实际不能流通。这时不会产生直流平均环流。180RF产生直流平均环流Ic。由于两边电源的内阻都较小，很小的 也会引起较大的直流平均环流，且 是一个直流平均量，它无法依靠电抗器来抑制Ic的大小，只能靠改变 来减弱或消除它。dUdURF)(RF)(RF2消除办法（1）使）使 略大于略大于1801800 0 FR（2）使）使minminVFVR0d FU0d RUaIMcI反组输出：RdomdoRcosUU第4页/共20页1产生的原因2抑制办法晶闸管装置输出的电压是脉动晶闸管装置输出的电压是脉动的，正组的，正组VF的的udoF和反组和反组VF的的udoR的的瞬时值并不相同瞬时值并不相同，当当VR的瞬时

5、值的瞬时值大于大于VF的瞬时值时的瞬时值时，便产生正向瞬，便产生正向瞬时电压差，从而产生瞬时环流。时电压差，从而产生瞬时环流。 在环流回路中串入电抗器，叫做在环流回路中串入电抗器，叫做限环流电抗器限环流电抗器或称或称均衡电抗器均衡电抗器。一般要求把瞬时脉动环流中的直一般要求把瞬时脉动环流中的直流分量流分量Icp限制在负载额定电流的限制在负载额定电流的5%10%之间之间。 图3-7 三相半波反并联可逆电路及其 时的环流电压和电流30RF瞬时脉动环流产生原因及抑制办法第5页/共20页3环流电抗器的配置位置及数量连接方式连接方式反并联连接反并联连接交叉连接交叉连接整流电路形式整流电路形式三相半波三相

6、半波三相桥式三相桥式三相半波三相半波三相桥式三相桥式环流通路环流通路1211限环流电抗器个数限环流电抗器个数2422VFVR2CL1CL1A1B1C2A2B2CdLM)a)b2A2B2C1A1B1C2CL1CLdLMVFVR2N1NVFVRA- -dU1CL2CL4CL3CLABBCCdLaIaEM第6页/共20页3.3 有环流V-M可逆调速系统 配合控制的反并联连接的有环流可逆调速系统1系统原理图 三相桥式供电，三相桥式供电，2条环流通道，配备四个环流电抗器。条环流通道，配备四个环流电抗器。 可正反转，四象限运行。可正反转，四象限运行。4调节器输出双向限幅调节器输出双向限幅 2配合控制的实现

7、配合控制的实现3信号双极性信号双极性TGARM- - -1ctUGTRVRVFTALdLC3LC4LC1LC2GTFTM+ +*nUnUctUASR*iUiUACR通过放大倍数为通过放大倍数为1的反向放大器得到的反向放大器得到Uct，来实现，来实现的配合控制。的配合控制。ASR设置限幅，限制最大动态电流，设置限幅，限制最大动态电流，ACR设置限幅，限制最小控制角设置限幅，限制最小控制角min和和 最小逆变角最小逆变角 min系统原理图信号都是双极性的，相应的实际量都是可反相或可反向的，这是四象限运行系统的一个特征。 第7页/共20页1 1正向稳态运行阶段（t =0t =0t1t1）2 2本组逆

8、变阶段（t=t1t=t1t2t2）5 5他组逆变阶段他组逆变阶段(t = t4(t = t4t5)t5)6 6转速超调阶段（转速超调阶段（t = t5t = t5t6t6）3 3他组建流阶段他组建流阶段(t = t2(t = t2t3)t3)4 4电流超调阶段（电流超调阶段（t = t3t = t3t4t4）正向回馈制动过程分析+ +*nUnUctUASR*iUiUACR 在可四象限运行的调速系统中，正向回馈制动过程的分析具有普遍的典型意义。 第8页/共20页*nUnUTGARASR*iU- -1GTFVRTAFTMLdLC1LC2iU-+1ACRCVD12ACRCVD2iU*cU-VF*iU

9、TARGTRRR1.系统原理图系统原理图正向运行时，正向运行时， 为负。为负。 *iU环流给定电压环流给定电压 *cU可控环流可逆调速系统2.工作原理工作原理3.优点优点 当主回路电流可能断续时，采用 的控制方式时有意提供一个附加的直流平均环流，使电流连续。180RF一旦负载电流连续了，则设法形成 的控制方式，遏制环流至零。 180RF充分利用了环流的有利一面，避开了电流断续区，使系统在正反向过渡过程中没有死区，提高了快速性。同时又克服了环流不利的一面，减少了环流的损耗。所以在各种对快速性要求较高的可逆调速系统和随动系统中得到了广泛的应用。第9页/共20页AiBiCi1TA2TA1VD2VD0

10、iUaI-+a)b)0R0R+-1RVDoutu2Rinu00.6Vinuoutu-+a)b)0iU0R+-1RVDZU-+refU2R0ZU0iUrefUU0.6V零电流检测电路零电流检测电路 极性鉴别器极性鉴别器 电平转换电路电平转换电路 几个单元电路（后续章节中要用到）几个单元电路（后续章节中要用到）例：在图例：在图8-1、图、图8-9，图，图9-17中中例：在图例：在图9-33中中第10页/共20页第4章 直流电动机直流斩波调速系统1. 主电路结构简单，功率元件少。主电路结构简单，功率元件少。2. 开关频率高，电流容易连续，谐波分量少，电机损耗和发热小。开关频率高，电流容易连续，谐波分

11、量少，电机损耗和发热小。3. 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽。低速性能好，稳速精度高，调速范围宽。4. 动态响应好，抗扰能力强。动态响应好，抗扰能力强。5. 功率元件开关状态，导通损耗小，装置效率高。功率元件开关状态，导通损耗小，装置效率高。6. 直流电源采取不控整流时，电网功率因素高。直流电源采取不控整流时，电网功率因素高。 直流斩波器依靠的是脉冲宽度调制（PWM）的工作方式， 因此 直流斩波调速系统也称直流脉宽调速系统。 V-M的固有问题：的固有问题： 与与V-M相比，直流斩波调速系统的优越性：相比，直流斩波调速系统的优越性：1. 存在电流的谐波分量，深调速时转矩脉动大。存在电流的谐波

12、分量，深调速时转矩脉动大。2. 深调速时功率因素低，限制了调速范围。深调速时功率因素低，限制了调速范围。3. 平波电抗器限制了系统的快速性。平波电抗器限制了系统的快速性。斩波器dU控制器斩波器控制器b)a)a)电源是直流电源电源是直流电源 b)电源是交流电源电源是交流电源 直流电动机直流斩直流电动机直流斩波调速系统框图波调速系统框图第11页/共20页1单象限工作电路aEGDa)dUoiGDoudUVDVD0IoUaEdUb)c)d)VToiVTaEnTtt000ouoioua)集电极输出电路集电极输出电路 b)发射极输出电路发射极输出电路 c)波形图波形图 d)工作象限工作象限4.1 直流斩波

13、调速系统主电路直流斩波调速系统主电路图4-2 单象限工作的直流斩波调速系统主电路及工作波形onOodTUuUTOaUEOaOaUEIR第12页/共20页2电流可反向的二象限工作电路1).主电路的结构形式主电路的结构形式2).工作原理工作原理 正向电动工况。当UoEa时，Io0，电动机正向电动。电路的电压平衡方程为ooaaoadii RLuEdt电动工作时，VT2、VD1并没有参与工作，去掉这两个元件后，电路与单象限工作电路完全一致，是一个典型的降压斩波电路。 lVT1、VT2互补工作，互补工作，VD2是是I0为正时的续为正时的续流二极管，流二极管，VD1是为是为I0为负时的续流二极管。为负时的

14、续流二极管。l为了防止直流电源经为了防止直流电源经VT1、VT2直通短路，直通短路，GD2、GD1中应设延时电路以形成中应设延时电路以形成“死区死区”。 输出电压平均值输出电压平均值电动机最高空载转速是电动机最高空载转速是0max/denUC1odtdTUUUT图4-3 电流可反向两象限斩波调速系统 第13页/共20页 正向制动工况。当UoEa 时，Io 反向 ，电动机工作在第象限的回馈制动状态。dioudU2VTaE1VDaLoi两象工作电路在发电状态时的等效电路两象工作电路在发电状态时的等效电路 制动时，VT2或VD1有电流，VT1和VD2无电流。把不参与工作的VT1、VD2去掉，可把电路

15、重画于右图，图中按习惯画法把能量输入方即电机画在了左边。这就是典型的升压斩波器电路。电流的参考方向同前，实际为负值电流的参考方向同前，实际为负值 从上面的分析可知，图4-3所示的电路可以实现正向回馈制动，制动时电流(转矩)反向，其运行象限为、象限。该电路称电流可反向的两象限工作电路。第14页/共20页3) 波形分析及能量传递波形分析及能量传递图图4-5 两象限工作斩波调速系统从电动到制止转换过程的两象限工作斩波调速系统从电动到制止转换过程的电压电流波形及能量传递简图电压电流波形及能量传递简图第15页/共20页dUa)1VD1VT0i2VD2VTou0 0Tnb)图图4-6 电压可反向的两象限工

16、作电路电压可反向的两象限工作电路a) 电路图电路图 b) 工作象限工作象限电压可反向的两象限工作电路第16页/共20页3可四象限运行的电路t000T0ub)c)d)e)f)t00u0i0i0u0itt0u0u0u0i0i0iTT0u0i0u0idU3VDa)2VD1VD4VD1VT4VT3VT2VTou0i0 0Tn图图4-7可四象限运行的斩波调速电路可四象限运行的斩波调速电路 a） 电路图电路图 b)e）、象限波形图象限波形图 f） 工作象限工作象限1.工作原理H型桥式斩波电路的工作模式非常灵活，以最常用的可逆运行模式说明之。VT1、VT2为一组，VT3、VT4为另一组，两组在一个PWM斩波

17、周期内互补工作。2.输出电压的平均值3.优点:调节连续平滑 ，四象限工作。 21odtdTTUUUT第17页/共20页4.2 直流斩波调速系统*nUTGnUASRnUACR*iUiUcUPWMGTDCDCGMiU1系统原理图t问题：数学模型（动问题：数学模型（动静结构图）？时间静结构图）？时间常数？常数？第18页/共20页2交流电源供电时的制动l 泵升电压的产生原因 l 泵升电压的抑制与能耗制动 DCDC0VD0R0VTC图图4-9限制泵升电压的能耗制动电路限制泵升电压的能耗制动电路 回馈制动状态时，机械能变成电能送回直流侧。这部分能量输入直流环节的滤波电容，对电容充电的结果是使电容器两端的电压不断地升高。 设正常工作时Ud=500V, C=2200uF,回馈电功率是 P=2.2kW,1秒钟后电容的电压值为Ux 221122xdCUCUPt VUx1500抑制办法：2）能耗制动。 见右图1）回馈制动。 改不控整流桥为能量能改不控整流桥为能量能双向流通的双向流通的PWM整流桥。整流桥。第19页/共20页感谢您的观看！第20页/共20页