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1、1 可逆调速系统可逆调速系统第第 3 3 章章2学习要点：学习要点：（1 1）驾驭可逆线路的基本结构；）驾驭可逆线路的基本结构；（2 2）驾驭）驾驭V-MV-M系统反并联可逆线路系统反并联可逆线路4 4象限运行的各象限运行的各种工作状态；种工作状态；（3 3）驾驭可逆系统的结构、工作原理、限制方式和）驾驭可逆系统的结构、工作原理、限制方式和性能；性能；重点、难点：重点、难点：1.1.可可逆逆调调速速系系统统主主回回路路的的拓拓扑扑特特征征及及回回馈馈制制动动时时对对电源的要求；电源的要求；2.2.环流的产生、分类、对晶闸管可逆线路的影响。环流的产生、分类、对晶闸管可逆线路的影响。3.3.有有环
2、环流流可可逆逆调调速速系系统统的的正正反反运运转转过过程程中中，主主电电路路的能量变换、限制系统的调整等动态过程分析。的能量变换、限制系统的调整等动态过程分析。33.1.0 问题的提出问题的提出电动机不仅要能供应带动生产机械运动的电动转矩，还能产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。变更电枢电压的极性，或者变更励磁磁通的方向，都能够变更直流电机的旋转方向，这原来是很简洁的事。直流电动机接受电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得困难起来了。以转速和电磁转矩的坐标系表征之，就是要求运动限制系统具有在该坐标系上作四象限运行的功能，由于这样的调速系统转速可以
3、反向，故称作可逆调速系统。3.1.0 问题的提出（续）问题的提出（续）53.1.1 单片微机限制的单片微机限制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统 中、小功率的可逆直流调速系统多接受由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器。图1-22 绘出了PWM可逆调速系统的主电路，其中功率开关器件接受IGBT；在小容量系统中则可用将IGBT、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压爱护等封装在一起的智能功率模块IPM。6 系统组成系统组成图3-1 PWM可逆直流调速系统原理图整流器整流器桥式可逆电力电桥式可逆电力电子变换器子变换器驱动电路驱动电路PWM波生波生成环节成环节测速发电机测速发电机给定量给
4、定量 n*，I*d 和和反馈量反馈量 n，Id 都都是数字量是数字量电流传感器电流传感器7 系统限制 该原理图的硬件结构如图3-4所示 限制系统一般接受转速、电流双闭环限制 电流和转速采样值都有沟通重量，接受硬件滤波与软件滤波相结合的方法 ASR和ACR一般接受PI调整P101电流环为内环，转电流环为内环，转速环为外环，内环速环为外环，内环的采样周期小于外的采样周期小于外环的采样周期。环的采样周期。假如只接受阻容假如只接受阻容电路滤波，阻容电路滤波，阻容值太大时会延缓值太大时会延缓动态响应，动态响应，8系统限制（续）系统限制（续）当转速给定信号在-n*max0+n*max 之间变更并达到稳态后
5、，由微机输出的PWM信号占空比在 01 的范围内变更，使UPEM的输出平均电压系数为 =10+1 参看式（1-20），实现双极式可逆限制。9+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4n H形主电路结构为了避开同一桥臂上、下两为了避开同一桥臂上、下两个电力电子器件同时导通而个电力电子器件同时导通而引起直流电源短路，在由引起直流电源短路，在由 VT1、VT4 导通切换到导通切换到 VT2、VT3 导通或反向切换时，必导通或反向切换时，必需留有死区时间。需留有死区时间。103.1.2 有环流限制的可逆
6、晶闸管有环流限制的可逆晶闸管-电动机系统电动机系统一一.V-M系统的可逆线路系统的可逆线路 依据电机理论，变更电枢电压的极性，依据电机理论，变更电枢电压的极性，或者变更励磁磁通的方向，都能够变更或者变更励磁磁通的方向，都能够变更直流电机的旋转方向。因此，直流电机的旋转方向。因此，V-M系统的系统的可逆线路有两种方式：可逆线路有两种方式：电枢反接可逆线路；电枢反接可逆线路；励磁反接可逆线路。励磁反接可逆线路。111.电枢反接可逆线路电枢反接可逆线路 电枢反接可逆线路的形式有多种，这里介绍如下3种方式：（1）接触器开关切换的可逆线路（2）晶闸管开关切换的可逆线路（3）两组晶闸管装置反并联可逆线路1
7、2（1）接触器开关切换的可逆线路接触器开关切换的可逆线路 KMF闭合，电动机正转；KMR闭合，电动机反转。正转接触器线圈KMF,反转接触器线圈KMR13接触器切换可逆线路的特点接触器切换可逆线路的特点优点：优点：仅需一组晶闸管装置，简洁、经济。仅需一组晶闸管装置，简洁、经济。缺点：有触点切换，开关寿命短；缺点：有触点切换，开关寿命短；需自由停车后才能反向，时间长。需自由停车后才能反向，时间长。应用：不常常正反转的生产机械。应用：不常常正反转的生产机械。14（2）晶闸管开关切换的可逆线路）晶闸管开关切换的可逆线路 VT1、VT4导通，电动机正转；VT2、VT3导通，电动机反转。晶闸管开关切换的可
8、逆线路15（3）两组晶闸管装置反并联可逆线路）两组晶闸管装置反并联可逆线路Idb)运行范围图3-2 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路-n-IdnO正向反向反向a)电路结构MVRVFId-Id+-+-16 两组晶闸管装置可逆运行模式两组晶闸管装置可逆运行模式 电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。两组晶闸管分别由两套触发装置限制，都能敏捷地限制电动机的起、制动和升、降速。但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对限制电路提出了严格的要求。172.励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路 变更励磁电流的方向也能使电动机变更转向。与电枢反接可
9、逆线路一样，可以接受接触器开关或晶闸管开关切换方式，也可接受两组晶闸管反并联供电方式来变更励磁方向。励磁反接可逆线路见下图，电动机电枢用一组晶闸管装置供电，励磁绕组由另外的两组晶闸管装置供电。18励磁反接可逆供电方式励磁反接可逆供电方式图3-3 晶闸管反并联励磁反接可逆线路MVId+-VR VFIf-If+-+-19 励磁反接的特点励磁反接的特点优点：供电装置功率小。由于励磁功率仅占电动机额定功率的15%，因此，接受励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。缺点：变更转向时间长。由于励磁绕组的电感大，励磁反向的过程较慢；又因电动机不允许在失磁的状况下运行，因此系统限制相对困难一些。
10、20小小 结结（1）V-M系统的可逆线路可分为两大类：系统的可逆线路可分为两大类：电枢反接可逆线路电枢反接可逆线路电枢反接反向过程快，电枢反接反向过程快，但须要较大容量的晶闸管装置；但须要较大容量的晶闸管装置；励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路励磁反接反向过程慢，励磁反接反向过程慢，限制相对困难，但所需晶闸管装置容量小。限制相对困难，但所需晶闸管装置容量小。（2）每一类线路又可用不同的换向方式：）每一类线路又可用不同的换向方式：接触器切换线路接触器切换线路适用于不常常正反转的生产机械；适用于不常常正反转的生产机械；晶闸管开关切换线路晶闸管开关切换线路适用于中、小功率的可逆系适用于中、小功率的可逆
11、系统；统；两组晶闸管反并联线路两组晶闸管反并联线路适用于各种可逆系统。适用于各种可逆系统。21二二.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1.晶闸管装置的整流和逆变状态晶闸管装置的整流和逆变状态 在两组晶闸管反并联线路的在两组晶闸管反并联线路的V-M系统系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均志向空载输出电压为均志向空载输出电压为（3-1）22当限制角为 90，Ud0 为正值，晶闸管装置处于整流状态；当限制角为 90，Ud0 为负值，晶闸管装置处于逆变状态。
12、为了便利起见，定义逆变角 =180 ，则逆变电压公式可改写为 Ud0=Ud0 max cos（3-2）逆变电压公式逆变电压公式对卷扬机械这一类位能性负载，其特点是对卷扬机械这一类位能性负载，其特点是在运动过程中负载转矩恒定（不计空载损在运动过程中负载转矩恒定（不计空载损耗的影响），它贯穿于耗的影响），它贯穿于、象限。象限。当调速系统带有这一类负载时，不论作正当调速系统带有这一类负载时，不论作正向运行还是反向运行，电机的电磁转矩大向运行还是反向运行，电机的电磁转矩大小与方向都不变，与小与方向都不变，与TL相等；相等；其运行状态有正转其运行状态有正转电动状态、与反转电动状态、与反转制动状态两种。制
13、动状态两种。2.单组晶闸管装置的有源逆变单组晶闸管装置的有源逆变24-+Ud0RM+-nEV-2.单组晶闸管装置的有源逆变单组晶闸管装置的有源逆变 单组单组晶闸管装置供电的晶闸管装置供电的V-MV-M系统在拖动起重机系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态。类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态。a a）整流状态：提升重物，）整流状态：提升重物，90 90，Ud0 Ud0 E E，n n 0,0,由电网向电动机供应能量。由电网向电动机供应能量。PId25+-+-Ud0RMnEV-b）逆变状态：放下重物 9090，U Ud0d0 E E，n n 0 0 由电动机向电网回馈能量。
14、由电动机向电网回馈能量。PId26n-nIdTe提升放下c）机械特性）机械特性整流状态：整流状态：电动机工作于电动机工作于第第1 1象限；象限；逆变状态：逆变状态：电动机工作于电动机工作于第第4 4象限。象限。TL图3-3 单组V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态 273.两组晶闸管装置反并联的整流和逆变 两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样。现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。28图3-4 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流状态R-+Ud0 fM+-nEVF-a)正组整
15、流电动运行 a)正组晶闸管装置正组晶闸管装置VF整流整流VFVF处于整流状态：处于整流状态：此时，此时，f f 90 90，U Ud0fd0f E E，n n 0 0 电机从电路输入能量作电动运行电机从电路输入能量作电动运行。PId29b)两组晶闸管反并联可逆V-M系统的反组逆变状态+-+-Ud0rRMnEVR-VR处于逆变状态：此时，此时，r r 90 90，当，当E E|U Ud0rd0r|，n n 0 0 电机输出电能实现回馈制动。电机输出电能实现回馈制动。PIdb)反组晶闸管装置VR逆变当电动机须要回馈制动时，当电动机须要回馈制动时，由于电机反电动势的极性由于电机反电动势的极性未变，要
16、回馈电能必需产未变，要回馈电能必需产生反向电流生反向电流30c）机械特性范围）机械特性范围Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动c)机械特性运行范围 整流状态：V-M系统工作在第一象限。逆变状态：V-M系统工作在其次象限。313.V-M系统的四象限运行系统的四象限运行在可逆调速系统中在可逆调速系统中正正转转运运行行时时可可利利用用反反组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动，动，反反转转运运行行时时可可利利用用正正组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动。动。这这样样，接接受受两两组组晶晶闸闸管管装装置置的的反反并联，就可实现电动机的四象限运行。并联，就可实现电动机的四象限运行。32表表3-
17、1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态系统反并联可逆线路的工作状态 V-M系统的工作状态系统的工作状态正向运行正向运行正向制动正向制动反向运行反向运行反向制动反向制动电枢端电压极性电枢端电压极性+电枢电流极性电枢电流极性+电机旋转方向电机旋转方向+电机运行状态电机运行状态电动电动回馈发电回馈发电电动电动回馈发电回馈发电晶闸管工作的组别和晶闸管工作的组别和状态状态正组整流正组整流反组逆变反组逆变反组整流反组整流正组逆变正组逆变机械特性所在象限机械特性所在象限一一二二三三四四33 反并联的晶闸管装置的其他应用反并联的晶闸管装置的其他应用 即使是不行逆的调速系统，只要是须要快速的回馈制动，常常也接受
18、两组反并联的晶闸管装置，由正组供应电动运行所需的整流供电，反组只供应逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机供应制动电流，并不供应稳态运行的电流，实际接受的容量可以小一些。34三三.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：接受两组晶闸管反并联的可逆接受两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，系统，假如两组装置的整流电压同时出现，便假如两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而干脆在两组晶闸管会产生不流过负载而干脆在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如下之间流通的短路电流，称作环流，如下图中所示。
19、图中所示。35图3-5 反并联可逆V-M系统中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-环流的形成环流的形成IdIc36 环流的危害和利用环流的危害和利用危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应当予以抑制或消退。利用：只要合理的对环流进行限制，保证晶闸管的平安工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避开电流断续引起的非线性对系统性能的影响。37 环流的分类环流的分类 在不同状况下，会出现下列不同性质的环流：（1）静态环流两组可逆线路在确定
20、限制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：直流平均环流由晶闸管装置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 2）动态环流）动态环流仅在可逆仅在可逆V-MV-M系统处于过渡过系统处于过渡过程中出现的环流。程中出现的环流。382.直流平均环流与协作限制直流平均环流与协作限制 在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，假如让正组VF 和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必定产生很大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，须要实行必要的措施，比如：接受封锁触
21、发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；接受协作限制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。39（1）协作限制原理）协作限制原理 为了防止产生直流平均环流，应当当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且限制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是 Ud0r=Ud0f 由式（3-1），Ud0f=Ud0 max cosf Ud0r=Ud0 max cosr其中 f 和r 分别为VF和VR的限制角。40当直流平均环流为零时，应有当直流平均环流为零时，应有 cos cos r=r=cos cos f f或或 r+r+f=180 f=1
22、80 （3-33-3）假如反组的限制用逆变角假如反组的限制用逆变角 r r 表示，则表示，则 f=f=r r （3-43-4）由此可见，依据式（3-4）来限制就可以消退直流平均环流，这称作 =协作限制。为了更牢靠地消退直流平均环流，可接受 f r （3-5）41（2）协作限制方法）协作限制方法 为了实现协作限制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90，即当限制电压 Uc=0 时，使 f=r=90，此时 Ud0f=Ud0r=0，电机处于停止状态。增大限制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的限制电压大小相等符号相反就可以了。42图3-6 =配合控制电路GTF-正组触发装置 GTR-反组触发装
23、置 AR-反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）=协作限制电路协作限制电路43（4）=协作限制特性协作限制特性 =协作限制系统的移相限制特性。移相时，假如一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态，这是指限制角的工作状态而言的。图图3-7 协作限制特性协作限制特性44（5）最小逆变角限制）最小逆变角限制 为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，必需在限制电路中接受限幅作用，形成最小逆变角min爱护。与此同时，对 角也实施min爱护，以免出现 Ud0f Ud0r而产生直流平均环流。通常取45（6）=限制的工作状态限制
24、的工作状态待逆变状态 事实上，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，准确地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角限制下等待工作。逆变状态 只有在制动时，当发出信号变更限制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势 E|Ud0r|=|Ud0f|，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。46 =限制的工作状态（续）限制的工作状态（续）待整流状态待整流状态 同样，当逆变组工作时，同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态待整流状态”。
25、所以，在所以，在 =协作限制下，负载电协作限制下，负载电流可以快速地从正向到反向（或从反向到流可以快速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，事实上只正向）平滑过渡，在任何时候，事实上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。等待工作的状态。473.瞬时脉动环流及其抑制瞬时脉动环流及其抑制（1 1）瞬时的脉动环流产生的缘由：瞬时的脉动环流产生的缘由：接受协作限制已经消退了直流平均环流，接受协作限制已经消退了直流平均环流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差异，的，造
26、成整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压仍会出现瞬时电压 的状况，从而的状况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动仍能产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此协作限制有环流环流是自然存在的，因此协作限制有环流可逆系统又称作自然环流系统。可逆系统又称作自然环流系统。48（2）瞬时脉动环流产生状况举例）瞬时脉动环流产生状况举例 瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因限制角的不同而异。限制角的不同而异。现以现以 f =r=60为例，分析三相零式为例，分析三相零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的状反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的状况。况。49图3-9
27、配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流 a)三相零式可逆线路和瞬时脉动环流回路-Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVR 三相零式反并联可逆线路三相零式反并联可逆线路Idicp(b)时整流电压波形(c)(时逆变电压波形)(d)瞬时电压差和瞬时脉动环流波形 ud0=ud0fud0r51 瞬时脉动环流的直流重量 由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于ud0；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流重量Icp（见图3-9d），但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。52（3）瞬时脉动环流的抑制）瞬时脉动环流
28、的抑制 直流平均环流可以用协作限制消退，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，或称均衡电抗器，如图3-9a中的 Lc1和 Lc2。环流电抗的大小可以依据把瞬时环流的直流重量限制在负载额定电流的5%10%来设计。53 环流电抗器的设置环流电抗器的设置 三相零式反并联可逆线路必需在正、反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。例如：在图 3-9a 中当正组VF整流时，流过负载电流，使 Lc1 铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的 Lc2 限制环流。同理，当反组VR整流时，只能依靠 Lc1限制环
29、流。54l 在三相桥式在三相桥式反并联反并联可逆线路中，由于每一组桥可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置又有两条并联的环流通道，总共要设置4 4个环流电个环流电抗器。抗器。12MVFVRabcABC-环流电抗器的设置（续）环流电抗器的设置（续）55MVFVRabcABCabc-环流电抗器的设置（续）环流电抗器的设置（续）在三相桥式在三相桥式交叉连接交叉连接可逆线路中，由于电源可逆线路中，由于电源独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置要设置2 2个环流电抗器。个环流电抗器。564.=协作限制的有环流可逆协作限制的有环流可逆V-M系
30、统系统(1)系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-57 主电路主电路 主电路接受两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：正组晶闸管VF，由GTF限制触发，正转时，VF整流；反转时，VF逆变。反组晶闸管VR，由GTR限制触发，反转时，VR整流；正转时，VR逆变。58 由于电流反馈应能反映极性，因此图中由于电流反馈应能反映极性，因此图中的电流互感器的电流互感器TATA需接受霍尔变换器，以需接受霍尔变换器，以满足这一要求。满足这一要求。给定与检测电路 依据可逆系统正反向运行的须要，给定电压、转速
31、反馈电压、电流反馈电压都应当能够反映正负极性。59 限制电路 限制电路接受典型的转速、电流双闭环系统，其中：转速调整器ASR限制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；电流调整器ACR限制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小限制角 min 与最小逆变角 min。60(2)限制方式限制方式 接受同步信号为锯齿波的触发电路时，移相限制特性是线性的，两组触发装置的限制特性如图所示。rmin180o 0o-UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc61反转时：反转时：Uc 0，r 90，VR整流：整流：Ud0r=“+”；f 0，f 90
32、，VF整流整流：Ud0f=“+”；r 90，VR逆变：逆变：Ud0r=“-”。停转时：停转时：Uc=0，r=f =90，Ud0f=Ud0r=0。62 AR =“-”VR逆变逆变(3)工作过程工作过程正向运行过程：正向运行过程：KFKF闭合，闭合，U U*n n=“+”=“+”U U*i i=“-”=“-”U Uc c=“+”电动机电动机正向运行正向运行VFVF整流整流63正向运行过程系统状态正向运行过程系统状态+-+Id有环流系统正向运行过程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*iTGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-Pn64(4)制动过程制动过程 整个制
33、动过程可以分为两个主要阶段，整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.I.本组逆变阶段；本组逆变阶段；II.II.它组制动阶段。它组制动阶段。现以正向制动为例，说明有环流可逆调现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。速系统的制动过程。65 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线tttOOOId n Uc I II1II2II3-Idm IdL-Ucm E 图3-10 协作限制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形66I.本组逆变阶段本组逆变阶段 在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过正
34、组VF流通，具体过程如下：发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；ASR输出跃变到正限幅值+U*im；ACR输出跃变成负限幅值-Ucm；VF由整流状态很快变成 的逆变状态，同时反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。67在在VF-MVF-M回回路路中中，由由于于VFVF变变成成逆逆变变状状态态，极极性性变变负负，而而电电机机反反电电动动势势 E E 极极性性未未变变，迫迫使使电电流流快快速速下下降降，主主电电路路电电感感快快速速释释放放储储能能，企企图图维维持正向电流，这时持正向电流，这时大部分能量通过大部分能量通过 VF VF 回馈电网，所以称作回馈电网，所以称作“本本组逆变
35、阶段组逆变阶段”。由于电流的快速下降，这个阶。由于电流的快速下降，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变更，段所占时间很短，转速来不及产生明显的变更，其波形图见图其波形图见图3-103-10中的阶段中的阶段 I I。3.4.2 系统的制动过程分析整个正向制动过程按电枢电流Id方向不同可以分为本组逆变和它组制动两个阶段。具体分析如下：(1)本组逆变阶段因电路中存在电感，Id不能突变，这时图3.12中主要信号的极性变更如下：事实上是电感L释放的磁场能量来维持正组VF的逆变状态，把大部分电能回馈给 电网。(2)它组制动阶段1)它组建流子阶段(1)当Id过零反向直至-Idm以前，图3.12中主要
36、信号数值不变，极性如下：2)它组逆变子阶段()当反向电流达到-Idm后，图3.12中主要信号的极性如下：3)反向减流子阶段3总之，=的协作限制有环流可逆系统实现了在电压和电流受限制条件下的最快速制动，而且电流和转速的反向都是连续图3.14 =协作限制系统正向制动过程波形 过渡的，没有间断和死区，特殊适合快速正反转的系统，这是其优点。74l反向减流子阶段反向减流子阶段 在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持-Idm，于是电流马上衰减。在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压 LdId/dt 支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。假如电机随即停止，整个制动
37、过程到此结束。75+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id+-+-反向减流过程系统状态反向减流过程系统状态0000000-76n 反向起动反向起动 假如须要在制动后紧接着反转，Id=-Idm的过程就会持续下去，直到反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程完全连接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统。77学习要点：学习要点：1.逻辑限制无环流可逆调速系统结构；2.逻辑限制实现单元工作原理；3.无环流逻辑限制器DLC的实现电路单元工作原理。重点、难
38、点:DLC的工作原理。3.1.3 无环流限制的可逆晶闸管无环流限制的可逆晶闸管-电动电动机系统机系统 78概述概述 有环流可逆系统虽然具有反向快、过有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统正究是个累赘。因此，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，特殊反转的平滑过渡特性要求不很高时，特殊是对于大容量的系统，常接受既没有直流是对于大容量的系统，常接受既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流限平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流限制可逆系统。制可逆系统。79系统分类系统分类 依依据据实实现
39、现无无环环流流限限制制原原理理的的不不同同，无环流可逆系统又有大类：无环流可逆系统又有大类：逻辑限制无环流系统；逻辑限制无环流系统；错位限制无环流系统。错位限制无环流系统。80 限制原理逻辑限制的无环流可逆系统 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑限制的无环流可逆系统。81l 错位限制的无环流可逆系统 在错位限制的无环流可逆系统中，同样接受协作限制的触发移相方法，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
40、或180。这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管已经完全处于反向阻断状态，不行能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。1 错位限制的无环流可逆系统(1)静态环流的错位消退原理推广有b，c和c,b产生相间环流情形与a,b一样，b,a和c,b产生相间环流与a,c一样，即实行协作限制时，只要满足下列任何一种条件就确定会产生静态环流，在这两种条件之外就消退静态环流。图3.25 三相零式反并联可逆线路各相脉冲位置(a)环流回路 (b)各相脉冲位置 图3.26 正、反组限制角的协作特性和无环流区 图3.27 错位限制的无环流可逆调速系统原理框图图3.28 错位无环流系统f0=r0=180时的移相限制特
41、性 图3.29 系统框图87一一.逻辑限制的无环流可逆系统逻辑限制的无环流可逆系统 本节将着重探讨逻辑限制的无环流可逆系统的系统结构、限制原理和电路设计。本节将着重探讨逻辑限制的无环流可逆系统的系统结构、限制原理和电路设计。1.系统的组成系统的组成 逻辑限制的无环流可逆调速系统（以下简称逻辑限制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻辑无环流系统逻辑无环流系统”）的原理框图示于下图该系统结构）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：的特点为：88 逻辑限制无环流系统结构图3-9 逻辑限制无环流可逆调速系统原理框图 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iU
42、cfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+89系统结构的特点系统结构的特点主电路接受两组晶闸管装置反并联线路；主电路接受两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器仍保留平波电抗器 Ld Ld，以保证稳定运行时，以保证稳定运行时电流波形连续；电流波形连续；限制系统接受转速、电流双闭环方案；限制系统接受转速、电流双闭环方案；电流环分设两个电流调整器，电流环分设两个电流调整器，1ACR1ACR用来限制用来限制正组触发装置正组触发装置GTFGTF，2ACR2ACR限制反组触发装置限制反组触发装置GTRGTR；90系
43、统结构的特点（续）系统结构的特点（续）1ACR1ACR的给定信号经反号器的给定信号经反号器ARAR作为作为2ACR2ACR的给定的给定信号，因此电流反馈信号的极性不须要变更，信号，因此电流反馈信号的极性不须要变更，可以接受不反映极性的电流检测方法。可以接受不反映极性的电流检测方法。为了保证不出现环流，设置了无环流逻辑限制为了保证不出现环流，设置了无环流逻辑限制环节环节DLCDLC，这是系统中的关键环节。它依据系，这是系统中的关键环节。它依据系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号切换，其输出信号 Ublf Ublf 用来限制正组触发脉用
44、来限制正组触发脉冲的封锁或开放，冲的封锁或开放，Ublr Ublr 用来限制反组触发脉冲用来限制反组触发脉冲的封锁或开放。的封锁或开放。91 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR2.2.工作原理工作原理正向运行：+-+-+-+-92 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdARn 反向运行反向运行-+-93二无环流逻辑限制环节二无环流逻辑限制环节1.1.逻辑限制环节的设计要求逻辑限制环
45、节的设计要求DLCDLC的输入要求：的输入要求：分析分析V-MV-M系统四象限运行的特性，有如系统四象限运行的特性，有如下共同特征：下共同特征：正向运行和反向制动时，电动机转矩方向正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；为正，即电流为正；反向运行和正向制动时，电动机转矩方向反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。为负，即电流为负。因此，应选择转矩信号作为因此，应选择转矩信号作为DLCDLC的输入信的输入信号。号。94 由于ASR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：正向运行和反向制动时，U*i为正；反向运行和正向制动时，U*i为负。又因为U*i极性的变更只表明系统转矩
46、方向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才起先反向，因此，须要检测零电流信号Ui0作为DLC的另一个输入信号。95n DLCDLC的输出要求的输出要求正向运行：正向运行：VFVF整流，开放整流，开放VFVF，封锁，封锁VRVR；反向制动：反向制动：VFVF逆变，开放逆变，开放VFVF，封锁，封锁VRVR；反向运行：反向运行：VRVR整流，开放整流，开放VRVR，封锁，封锁VFVF；正向制动：正向制动：VRVR逆变，开放逆变，开放VRVR，封锁，封锁VFVF；因此，因此，DLCDLC的输出有两种状态：的输出有两种状态：VFVF开放开放 U Ublfblf =1=1，
47、VFVF封锁封锁 U Ublf blf =0=0；VRVR开放开放 U Ublr blr=1=1，VRVR封锁封锁 U Ublr blr=0=0。96 DLCDLC的内部逻辑要求的内部逻辑要求对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；依据输入信号，做出正确的逻辑推断；依据输入信号，做出正确的逻辑推断；为保证两组晶闸管装置牢靠切换，须要有两个延为保证两组晶闸管装置牢靠切换，须要有两个延时时间：时时间：(1)tdbl(1)tdbl延时延时 封锁延时（关断等待时间），封锁延时（关断等待时间），以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误以确认电流已经过零，而非
48、因电流脉动引起的误信号；信号；(2)tdt(2)tdt延时延时 开放延时（触发等待时间），开放延时（触发等待时间），以确保被关断的晶闸管已复原阻断实力，防止其以确保被关断的晶闸管已复原阻断实力，防止其重新导通。重新导通。97DLC必需具有逻辑连锁爱护功能，以保证在必需具有逻辑连锁爱护功能，以保证在任何状况下，任何状况下，Ublf 和和 Ublr 两个信号必需是两个信号必需是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。确保主电路没有出现环流的可能。98 2.电路总体结构电路总体结构 这样，依据上述分析DLC电路应具有如下结构：电平
49、电平检测检测逻辑逻辑判断判断延时延时电路电路连锁连锁保护保护Ui0U*iUblfUblr99 软件逻辑限制图3-12 逻辑限制切换程序流程图 开始 Ui*极性变化？极性变化？电流过零？发出逻辑切换指令封锁延时tdbl封锁本组脉冲开放延时tdt开放它组脉冲继续开放本组脉冲互锁保护NNYY100三三.逻辑无环流系统的其他方案逻辑无环流系统的其他方案 在图3-11的逻辑限制无环流可逆调速系统中，接受了两个电流调整器和两套触发装置分别限制正、反组晶闸管。事实上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它的电流调整器和触发装置都是等待状态。接受模拟限制时，可以利用电子模拟开
50、关选择一套电流调整器和触发装置工作，另一套装置就可以节约下来了。101 逻辑选触无环流可逆系统逻辑选触无环流可逆系统 图3-11 逻辑选触无环流可逆系统的原理框图102 图中：SAF，SAR分别是正、反组电子模拟开关。接受数字限制时，电子开关的任务可以用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑选触系统。此外，触发装置可接受由定时器进行移相限制的数字触发器，或接受集成触发电路。103四四.逻辑无环流系统的评价逻辑无环流系统的评价优点：优点：省去环流电抗器，没有附加的环流损省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；耗；节约变压器和晶闸管装置等设备的容节约变压器和晶闸管装置等设备的容量；量；降低因换流失败而造