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1、电力拖动教程第1页，此课件共58页哦4.1 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第2页，此课件共58页哦问题的提出问题的提出 有有许许多多生生产产机机械械要要求求电电动动机机既既能能正正转转，又又能能反反转转，而而且且常常常常还还需需要要快快速速地地起起动动和和制制动动，这这就就需需要要电电力力拖拖动动系系统统具具有有四四象象限限运运
2、行行的的特特性性，也也就就是是说说，需需要要可可逆逆的调速系统。的调速系统。第3页，此课件共58页哦问题的提出（续）问题的提出（续）只有改变电磁转矩的方向，才能改变转速的方向。只有改变电磁转矩的方向，才能改变转速的方向。1.改变电枢电流的方向改变电枢电流的方向2.改变励磁电流的方向改变励磁电流的方向第4页，此课件共58页哦一。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 第5页，此课件共58页哦主电路：主电路：Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4第6页，此课件共58页哦正反
3、转的实现正反转的实现 调速时，调速时，PWM信号占空比信号占空比 的可调范围为的可调范围为0 1，使，使UPEM的输出平均电压系数的变化范围为的输出平均电压系数的变化范围为 1 0.5时，时，为正，电机正转为正，电机正转当当|Ud0r|，n 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。PId第28页，此课件共58页哦（3）机械特性范围）机械特性范围图4-4c 机械特性运行范围 整流状态整流状态 V-M系统工作在第系统工作在第一象限。一象限。逆变状态逆变状态 V-M系统工作在第二系统工作在第二象限象限。Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动O第29页，此课件共58页哦4.V-M系
4、统的四象限运行系统的四象限运行 在在可可逆逆调调速速系系统统中中，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同同样样可可以以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，采采用用两两组组晶晶闸闸管管装装置置的的反反并并联联，就可实现电动机的四象限运行。就可实现电动机的四象限运行。归归纳纳起起来来，可可将将可可逆逆线线路路正正反反转转时时晶晶闸闸管管装装置置和和电电机的工作状态列于表机的工作状态列于表4-1中。中。第30页，此课件共58页哦MVRVFId-Id+-+-第31页，此课件共58页哦表表4-1 V-M系统反并联可
5、逆线路的工作状态系统反并联可逆线路的工作状态 V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行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一一二二三三四四第32页，此课件共58页哦 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 即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提正组提供电动运行
6、所需的整流供电，反组只提供逆变制动供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组这时，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提供制动电流，并不提供稳态只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。运行的电流，实际采用的容量可以小一些。第33页，此课件共58页哦三三.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，如系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生果两组装置的整流电压同
7、时出现，便会产生不不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流称作环流，如下图中所示。，如下图中所示。第34页，此课件共58页哦图图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-环流的形成环流的形成IdIcIc 环流Id 负载电流 第35页，此课件共58页哦 环流的危害和利用环流的危害和利用危害：危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时，环流太大时会导
8、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：利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负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装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性，以避免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。第36页，此课件共58页哦 环流的分类环流的分类 在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：（
9、1）静静态态环环流流 两两组组可可逆逆线线路路在在一一定定控控制制角角下下稳稳定定工工作作时出现的环流，其中又有两类：时出现的环流，其中又有两类：直直流流平平均均环环流流由由晶晶闸闸管管装装置置输输出出的的直直流流平平均均电电压所产生的环流称作直流平均环流。压所产生的环流称作直流平均环流。瞬瞬时时脉脉动动环环流流两两组组晶晶闸闸管管输输出出的的直直流流平平均均电电压压差差为为零零，但但因因电电压压波波形形不不同同，瞬瞬时时电电压压差差仍仍会会产产生生脉动的环流，称作瞬时脉动环流脉动的环流，称作瞬时脉动环流。（2）动态环流动态环流 仅在可逆仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现系统处于过渡过程中出
10、现的环流。的环流。第37页，此课件共58页哦图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第38页，此课件共58页哦 在两组晶闸管反并联的可逆在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组系统中，如果让正组VF 和反组和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相都处于整流状态，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，需要采取必要的措施，比如：环流的产生，需要采取必要的措施，比如：采用封锁触发脉冲的方
11、法，在任何时候，只允许一组采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；晶闸管装置工作；无环流可逆调速系统无环流可逆调速系统采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流采用配合控制的策略，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。状态，另一组则工作在逆变状态。第39页，此课件共58页哦（1）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为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压之相等，用逆变电压把整流电压 顶住，则直
12、流平顶住，则直流平均环流为零。于是均环流为零。于是 Ud0r=Ud0f Ud0f=Ud0 max cos f Ud0f=Ud0 max cos r其中其中 f 和和 r 分别为分别为VF和和VR的控制角的控制角。第40页，此课件共58页哦 由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有应有 cos r=cos f或或 r+f=180 （4-3）如果反组的控制用逆变角如果反组的控制用逆变角 r 表示，则表示，则 f=r （4-4）第41页，此课件共58页哦 由此可
13、见，按照式（由此可见，按照式（4-4）来控制就可以消除直流）来控制就可以消除直流平均环流，这称作平均环流，这称作 =配合控制。为了更可靠配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用地消除直流平均环流，可采用 f r第42页，此课件共58页哦（2）配合控制方法）配合控制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在零位都定在90，即，即当控制电压当控制电压 Uc=0 时，使时，使 f=r=90，此时此时 Ud0f=Ud0r=0，电机处于停止状态。，电机处于停止状态。增大控制电压增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的控移相时，
14、只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了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下图。这样的触发控制电路示于下图。第43页，此课件共58页哦图4-6 =配合控制电路GTF正组触发装置 GTR 反组触发装置 AR 反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）=配合控制电路第44页，此课件共58页哦 在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触发装置，正组触发装置GTF由 Uc 直接控制，而反组触发装置GTR由 控制，是经过反号器AR后获得的。第45页，此课件共58页哦图4-7=配合控制特性 -UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0
15、o 180o fmin fmin rmin r fGTRGTFUc1r f（4）=配合控制特性配合控制特性第46页，此课件共58页哦MVRVF-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系统系统第47页，此课件共58页哦最小逆变角限制最小逆变角限制 为了防止为了防止“逆变颠覆逆变颠覆”现象，必须在控现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角 minmin保护。与此同时，对保护。与此同时，对 角也实施角也实施 minmin 保护，以免
16、出现保护，以免出现 直流平均环流。直流平均环流。一般取一般取第48页，此课件共58页哦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瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做器，叫做环流电抗器环流电抗器，或称，或称均衡电抗器。均衡电抗器。环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的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直流分量限制在负载额定电流的510%510%来设来设计。计。第49页，此课件共58页哦制动过程分
17、析制动过程分析I IIttt000Id-Idm IdL n Uc-Ucm E III第50页，此课件共58页哦I.I.本组逆变阶段本组逆变阶段II.II.它组反接制动阶段它组反接制动阶段III.III.它组逆变回馈制动阶段它组逆变回馈制动阶段 有环流控制可逆系统的优点是反向快、有环流控制可逆系统的优点是反向快、过渡过程平滑，但须设置多个环流电抗器。过渡过程平滑，但须设置多个环流电抗器。第51页，此课件共58页哦五。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当无环流控制可逆系统的一组晶闸管工作时，另一组被封锁，完全处管工作时，另一组被封锁，完全处于阻
18、断状态，从根本上切断了环流于阻断状态，从根本上切断了环流通路，既没有直流平均环流，又没通路，既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流。有瞬时脉动环流。第52页，此课件共58页哦 按按照照实实现现无无环环流流控控制制原原理理的的不不同同，无无环环流流可可逆系统又有两大类：逆系统又有两大类：（1 1）逻辑控制无环流系统）逻辑控制无环流系统（2 2）错位控制无环流系统）错位控制无环流系统第53页，此课件共58页哦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工作时，用逻辑电路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（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发
19、脉冲，使它完全处于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阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断环流的通路，这就是作，从根本上切断环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统。第54页，此课件共58页哦错位控制的无环流可逆系统错位控制的无环流可逆系统 采用正反两组配合控制，但两组脉冲的关系是采用正反两组配合控制，但两组脉冲的关系是 r r+f f =300=300，甚至是，甚至是 r r+f f =360360 ，也就是说，初，也就是说，初始相位整定在始相位整定在 r r=f f =150=150 或或180180。这样，当待逆变组
20、的触发脉冲来到时，它的晶闸这样，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，不可能导通，当然就管已经完全处于反向阻断状态，不可能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。不会产生瞬时脉动环流了。第55页，此课件共58页哦4.2 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，当位置给定量任意变化时，要移或角位移，当位置给定量任意变化时，要求输出量快速而准确地复现给定量的变化。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，广义的随动系统输出量可以是其他物理量，只要是只要是“输出量快速而准确地复现给定量输出量快速而准确地复现给定量”，就叫做随动系统。，就叫做随动系统。随动系统又称随动系统又称“伺服系统伺服系统”。第56页，此课件共58页哦 位置随动系统的组成位置随动系统的组成 位置传感器位置传感器 稳态误差分析和参数计算稳态误差分析和参数计算 动态校正与控制动态校正与控制第57页，此课件共58页哦随动系统的控制方案随动系统的控制方案1.1.位置、转速、电流三环控制系统位置、转速、电流三环控制系统2.2.单位置环随动系统单位置环随动系统3.3.复合控制随动系统复合控制随动系统反馈控制反馈控制 加前馈控制加前馈控制第58页，此课件共58页哦