双闭环可逆直流调速系统设计.doc

摘要本论文首先主要介绍晶闸管-电动机系统的机械特性，以及双环控制的晶闸管调速系统的工作原理。对可逆调速系统进行了简单叙述，而后又对变流装置组成的电枢可逆电路的主要原理进行了概述，详细描述了两组晶闸管可逆电路的环流问题（包括环流的形成及种类），又重点描述了可控环流可逆调速系统。此外，在设计过程中，通过查阅自动控制理论和电力拖动控制系统而得到了许多相关资料，并阐明了双闭环直流调速系统的工作原理，分析其物理特性，及涉及了相关的反馈控制理论。我们知道可控环流可逆调速系统具有很多优点。采用可控环流可逆调速系统，使我们可以按我们的要求来控制环流的存在与否和环流的大小。最后，我们对这个系统的工作过程进行了详细分析，并对这个系统进行了简单评估，可以让我们全面地理解可控环流调速系统。关键字：双闭环，可控环流，可逆电路，调速系统 AbstractIn this paper, firstly we mainly introduce the mechanical character of thyristor-motor system and the work principle of the thyristor DC adjustable speed drive system, which is controlled by double loops. It summarizes the adjustable speed drive system, then describes the main principle of the armature reversible circuit unit. It clearly describes the circumfluence question of the two groups of thyristor reversible circuit (including its formation and varieties).We also describe the system in which circumfluence can be controlled.In addition, in the process of designing we have refer to and ,and get much relative information .We also clarify the work principle of the auto adjustable speed drive system by introducing the double closed loop, analyze the physical character and narrate the feedback control theory. We know the adjustable speed drive system in manipulative circumfluence has many advantages. We desigh it like that, we can control its existence or not and its size according to our request.Finally, the work process of this system also is elaborately analyzed and simplely valued. We can prehensively understand the adjustable speed drive system in controllable circumfluence.Key words: the double closed loop, controllable circumfluence, reversible circuit ，the adjustable speed drive system绪论可控硅是五十年代末期出现的大功率可控整流器件，它具有很大的优点：功率大、体积小、成本低、寿命长和对环境无污染等。可控硅的出现，为电力拖动自动控制系统开辟了新纪元，受到人们的普遍重视。现代许多工业生产的特点是：设备容量越来越大，产量越来越高，质量要求越来越严，劳动生产率也迅速提高。只有将可控硅技术与近代电子技术等先进技术，应用于电力拖动自动控制系统，才能适应高速连续生产的需要。所以，可控硅电力拖动自动控制系统已成为生产过程自动化不可缺少的重要一环，而其中的可控环流双闭环直流电枢可逆系统更是不可缺少的，冶金企业中，有些生产机械叫位置控制系统，要求在零位附近快速频繁的改变工作方向、停车准确，像轧机的压下装置、飞剪剪刃控制等。它们的拖动方案选用无环流反并联可逆系统不能满足要求，因为无环流系统在进行电枢电流方向切换时，存在着切换时间死区，电枢电流方向的改变不能平滑连续的进行，也就是电动机转矩不能平滑连续的改变，系统的快速性和平滑性不好。其次由于切换过程中有时间死区，将引起电流环调节时间增大，速度环也会变得不稳定。对于经常在电流断续范围内工作的位置控制系统，必须用能平滑连续的改变转矩的大小和方向的快速拖动系统，这就可设计一个可控环流的电枢可逆系统。可控环流可逆系统的性能较不控环流和无环流系统有更多的优点，电枢电流反向时没有断流间歇，也没有电流断续现象，外特性的斜率不变化。而且转速、电流双闭环控制直流调速系统性能很好、应用最广。全书共分三篇：第一篇为双闭环直流电枢可逆调速系统设计相关原理和相应电路，主要介绍了此设计所需要的相关原理和相关电路结构；第二篇为双闭环直流电枢可逆调速系统设计和数学建模；第三篇为双闭环直流电枢可逆调速系统参数计算，对各种系统所需参数，结构设计所需参数进行了详细计算。设计本题目要贯彻理论联系实际的原则，培养分析问题和解决问题的能力，以创新的思想，全面的思考，把理论和实际技术全面完整的结合起来，达到一个比较满意的结果。第一篇 双闭环直流电枢可逆调速系统设计相关原理和相应电路第一章 可控硅整流元件第一节 可控硅工作原理可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，如图1所示；它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴极K，从P2层引出控制极G，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图2所示图1可控硅结构示意图和符号图图2可控硅等效图解图当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=1ib1=12ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了， 可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。由于可控硅只有导通和关断两种工作状态，所以它具有开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化，此条件见表1。表1可控硅导通和关断条件状态条件说明从关断到导通1 阳极电位高于阴极电位2 控制极有足够的正向电压和电流两者缺一不可维持导通1 阳极电位高于阴极电位2 阳极电流大于维持电流两者缺一不可从导通到关断1 阳极电位低于阴极电位2 阳极电流小于阴极电流任一条件都可第二节 可控硅的特性一、 基本伏安特性图3可控硅的基本伏安特性二、反向特性当控制极开路，阳极加上反向电压时（见图4），J2结正偏，但J1、J2结反偏。此时只能流过很小的反向饱和电流，当电压进一步提高到J1结的雪崩击穿电压后，接差J3结也击穿，电流迅速增加，图3的特性开始弯曲，如特性OR段所示，弯曲处的电压URO叫“反向转折电压”。此时，可控硅会发生永久性反向三、正向特性当控制极开路，阳极上加上正向电压时（见图5），J1、J3结正偏，但J2结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很小电流，这叫正向阻断状态，当电压增加，图3的特性发生了弯曲，如特性OA段所示，弯曲处的是UBO叫：正向转折电压 图4阳极加反向电压图5阳极加正向电压 由于电压升高到J2结的雪崩击穿电压后，J2结发生雪崩倍增效应，在结区产生大量的电子和空穴，电子时入N1区，空穴时入P2区。进入N1区的电子与由P1区通过J1结注入N1区的空穴复合，同样，进入P2区的空穴与由N2区通过J3结注入P2区的电子复合，雪崩击穿，进入N1区的电子与进入P2区的空穴各自不能全部复合掉，这样，在N1区就有电子积累，在P2区就有空穴积累，结果使P2区的电位升高，N1区的电位下降，J2结变成正偏，只要电流稍增加，电压便迅速下降，出现所谓负阻特性，见图3的虚线AB段。这时J1、J2、J3三个结均处于正偏，可控硅便进入正向导电状态-通态，此时，它的特性与普通的PN结正向特性相似，见图3中的BC段。第三节 触发导通在控制极G上加入正向电压时（见图5）因J3正偏，P2区的空穴时入N2区，N2区的电子进入P2区，形成触发电流IGT。在可控硅的内部正反馈作用（见图3）的基础上，加上IGT的作用，使可控硅提前导通，导致图3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。图6 阳极和控制极均加正向电压第二章 可控整流电路三相桥式整流电路第一节 整流电路和整流器件的选择一、整流电路 图1 三相桥式全控整流电路原理图整流电路是将交流变为直流电，电路形式多种多样，各具特色。为了减小直流脉动，选用三相桥式全控整流电路。其原理图如图1所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1 VT3 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4 VT6 VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1到6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与abc三相电源接的3个晶闸管分别为VT4 VT6 VT2。其特点为：（一）2个管子同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同一相器件。（二）对触发脉冲的要求：1.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。2.共阴极组VTIVT3VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4VT6VT2也依次差120。3.同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VY6，VT5与VT2，脉冲相差180。（三）整流电路输出电压U一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（四）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种是双脉冲触发（常用）（五）晶闸管承受的电压波形与三相半波相同，晶闸管承受最大正反向电压的关系也相同。表1 三相桥式全控整流电路负载=30时晶闸管工作情况时段共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压uu-u=uu-u=uu- u=uu- u=uu- u=uu- u=u二、 整流电路分析在此设计中需带动的负载为直流电机，下面主要分析阻感负载时的情况：（一）a60时的工作情况1.u波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压u波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。2.从wt开始把一周期分为6段，u波形由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等符合表1-1的规律。3.变压器二次侧电流I波形的特点：在VT处于通态的120期间，I为正，I波形的形状与同时段的u的波形相同，在VT处于通态的120期间，I波形的形状也与同时段的u波形相同，但为负值。图2 a=0时的波形图 图3 a=30时的波形图（二）a60时的工作情况：1.阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时u波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，u波形会出现负的部分。如电感L值足够大，u中正负面积基本相等，u平均值近似为零。2.带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90。 图4 a =90时的波形图三、整流器的选择（一） 选择原理电力电子器的选择（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路，实现电能的变换或控制的电子器件。由于电力电子器件直接用于处理电能的主电路，同处理信息的电子器件相比，它的一般特征：1.能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，大多都远大于处理信息的电子器件。2.电力电子器件一般都工作在开关状态：l 导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定。l 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定。l 电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件的动态特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。3.实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。4.为保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。导通时器件有一定的通态压降，形成通态损耗。（二）器件的选择绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar TransistorIGBT）综合了GTR和MOSFET的优点，GTR是双极型电流驱动器，由于具有电导调制效应，所以其同流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单。所以在此设计中选用IGBT作为整流器件。1.IGBT的工作原理：沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。导通压降：电导调制效应使电阻R减小，使导通压降减小。关 断：栅极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 图5 IGBT的结构简化等效电路和电器图形符号a)内部结构面示意图b)简化等效电路c)电器图形符号2.IGBT的基本特性 IGBT的静态特性 图6 IGBT的转移特性及输出特性 a) 转移特性 b)输出特性 转移特性：（1）开启电压UIGBT 能实现电导调制而导通的最低栅极电压。（2）U随温度升高而略有下降，在+25时，U的值一般为2-6V。 输出特性（伏安特性）以U为参考变量时，与I间的关系：（1）分为三个区域：正向阻断区、有源区、和饱和区。分别与GTR的截止区、放大区和饱和区相对应。（2）U0时，IGBT 为反向阻断工作状态。 IGBT的动态特性 图7 IGBT的开关过程（1） IGBT的开通过程开通延迟时间t从u上升至其幅值10%的时刻到i上升至10% I。电流上升时间ti从10% I上升至90% I所需时间。开通时间t开通延迟时间与电流上升时间之和。（2）IGBT的关断过程关断延迟时间t从u沿下降到其幅值90%的时刻起，到i降至90% 。电流下降时间ti从90%I下降至10% I所需的时间。关断时间t关断延迟时间与电流下降之和。第二节 变压器漏抗对整流电路的影响通常整流电路输入端都接有整流变压器，在前面讨论整流电压时，忽略了变压器绕组漏抗的影响，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。一、 换流期间整流电压瞬时值 考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，该漏感可用一个集中的电感LB表示。现以三相半波为例，然后将其结论推广。图8 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形VT1换相至VT2的过程：因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。换相重叠角的计算：由上述推导过程，可求得： 随其它参数变化的规律： （1） Id越大则 越大； （2） XB越大 越大； （3） 当a90时，a 越小 越大变压器漏抗对各种整流电路的影响如下：表2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用； 三相桥等效为相电压等于 的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按 代入。变压器漏感对整流电路影响的一些结论:1) 出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。2) 整流电路的工作状态增多。3) 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。4) 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。 二、整流电路的谐波和功率因数随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactive power)问题日益严重，引起了关注。无功的危害： 导致设备容量增加。 使设备和线路的损耗增加。 线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害： 降低设备的效率。 影响用电设备的正常工作。 引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。 导致继电保护和自动装置的误动作。 对通信系统造成干扰。第三章 可控硅-电动机（V-M）可逆电路第一节 直流电机的工作原理及特性一、 直流电机的工作原理电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。绝大多数的电动机都须作连续的转运动的电磁力形成一种方向不变的转矩，才能构成电动机。两磁极间装着一个可以转动的铁质圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中通入直流电流时，线圈边上受到电磁力，根据左手定则确定力的方向，这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向。若电枢转动，线圈两边的位置互换，而线圈中通过的还是直流电流，则所产生的电磁转矩的方向却变为顺时针方向了，因此电枢受到一种方向交变的电磁转矩。这种交变的电磁转矩只能使电枢来回摇摆，而不能使电枢连续转动。显然，要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于，当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，也和电枢绝缘，且和电枢一起旋转。换向器又与两个固定不动的由石墨制成的电刷A、B相接触。装了这种换向器以后，若将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向。这样的结构，就可使电动机能连续地旋转。这就是 直流电机的工作原理。二、他励直流电动机的机械特性(一） 他励直流电动机的机械特性方程式1. 方程式及其推导图1他励直流电动机的机械特性 2. 图像绘制图2工作特性(二) 固有机械特性当他励电动机：电压 U 为额定值 UN , 磁通 为额定值 N , 电枢没有串联电阻（R=0）时，这一 机械特性称为固有机械特性。图3固有机械特性n= （转速降：） （三）人为机械特性人为机械特性-电枢回路串电阻图4电枢回路串电阻1.方程及其绘制2.特点 n0不变，斜率随 R的增大而增大(特性随R变大而变软)，转速降也随串联电阻之加大而增加。人为机械特性-改变端电压图5 改变端电压1.方程及其绘制2.特点 特性的斜率 不变（硬度不变）， n0与U成正比变化， 所以人为机械特性是几条根平行线，它们低于固有机械特性，但与固有机械特性相平行人为机械特性-减弱磁通图6 减弱磁通1.方程及其绘制 2.特点 随着磁通减弱，n0增大，斜率也增大（四）电力拖动系统稳定运行的条件1.稳态时电动机电流由负载大小决定 图7 带负载运行(1)转矩平衡 (2)稳态运行 A稳态运行点(3)负载发生变化 负载转矩特性由 1 变为， 进入动态减速过程(4)动态减速过程(5)新的稳态工作点 一直过渡到特性 3 与 2 的交点 B 点 减速过程结束，系统又转化为稳态(6)结论： 稳态下电动机发出转矩的大小是由负载转矩的数值所决定的2.电力拖动的稳态运行问题 图8 稳态运行情况（1)稳态运行的必要条件 电动机的机械特性和负载转矩的机械特性有交点(2)稳态运行的充分条件 如果电力拖动系统原在交点处稳定运行，由于出现某种干扰作用 使原来转矩 T 与 TZ 的平衡变成不平衡，电动机转速便稍有变化， 当干扰消除后，拖动系统有能力使转速恢复,回到干扰作用出现前原来交点处的数值。3.4.二、三、四、五、第二节 可逆调速系统 可逆调速系统是这门课的难点之一。本章围绕可逆调速系统中出现的正转和反转、正组和反组、整流和逆变、电动和制动这几个内容展开讨论。一、 晶闸管-电动机系统的可逆线路由直流电动机的转矩公式可知，改变转矩Te的方向有两种方法:改变电动机电枢电流的方向。 改变电动机励磁磁通的方向，即改变励磁电流的方向。（一）电枢反接可逆线路中1.对于经常处于单方向运行，偶而才需要反转的生产机械，可用晶闸管-电动机系统。 这种线路只要用一组晶闸管整流装置给电动机电枢供电，再用接触器切换加在电动机上整流电压的极性就可以了，晶闸管整流装置的输出电压Ud极性不变，总是上“+”下“”，当正向接触器KMF吸合时，电动机端电压为A（+）、 B（）。电动机正转；如果反向接触器KMR吸合，电动机端电压变成A()、B（+），则电动机反转。 图9用接触器切换的可逆线路 图10用晶闸管开关切换的可逆线路2.采有无触点的晶闸管开关代替接触器，当VT1、VT4晶闸管开关导通时，电动机正转；当VT2、VT3晶闸管开关导通时，电动机反转。3.在要求频繁正反转的生产机械上，经常采用的是两组晶闸管装置反联的可逆线路，见图9、10。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。正、反向运行时拖动系统工作在第一、三两个象限中，两组晶闸管分别由两套触发装置控制，以控制电动机的起、制动和升、降速。 但在一般情况下不允许让两组晶闸管同时都处于整流状态，否则将造成电源短路。 a) b)图11 两组晶闸管装置反并联可逆线路a)可逆线路 b)运行范围反并联线路中，两组晶闸管的电源是共同的。如果有两台独立的整流变压器、或者一台变压器有两套二次绕组，还可以组成交叉连接的可逆线路。（图11）（二）励磁反接可逆线路电枢只要用一组晶闸管装置供电并调速，而励磁绕组则由另外的晶闸管装置供电，与电枢反接可逆线路一样，可以采用以下线路中任意一种方案来改变其励磁电流的方向。 接触器切换晶闸管开关切换反并联交叉连接二、 晶闸管-电动机系统的回馈制动(一) 晶闸管装置的整流和逆变状态在由单组晶闸管装置供电的V-M系统中，晶闸管装置工作在整流状态，为电动机的电动运行提供能量，当直流电动机带位势性负载时，电动机工作在反转制动状态，这时晶闸管装置工作在逆变状态。 a) b)c)图12单组V-M系统带位势性负载时的整流和逆变状态a)整流状态（提升）b)逆变状态（放下）c)机械特性在由单组晶闸管组成的全控整流电路中，如果电动机带的是位势性负载（图12），当控制角 E，所以能输出整流电流Id，使电动机产生转矩而将重物提升，如图12-a所示。这时电能从交流电网经晶闸管装置输送给电动机，晶闸管装置工作于整流状态。若电动机下放重物，必须将控制角移到90以上，这时晶闸管装置直流侧输出平均的极性便倒了过来，理想空载值变成负值- Ud0，将无法输出电能。 但在重物的作用下，电动机将被拉向反转，并感生反向的电动势-E，其极性示于图3-6b。当|E| Ud0|时，又将产生电流和转矩，它们的方向仍和提升重物时一样，由于此时电动机是下放重物，所以这个方向的转矩能阻止重物下降得太快而避免发生事故。晶闸管装置产生逆变状态的两个必要条件：（1）内部条件：控制角90。使晶闸管装置直流侧产生一个负的平均电压-Ud，这是装置内部的条件。（2）外部条件：外电路必须要有一个直流电源，且其极性与- Ud的极性相同，其数值应稍大于| Ud|，以产生和维持逆变电流，这是装置外部的条件。晶闸管装置在上述条件下产生的逆变状态称“有源逆变”。 电流连续的情况下，无论是整流还是逆变，平均理想空载输出电压Ud0与控制角之间都存在着同一个余弦函数关系，可写成 Ud0=Ud0maxCOSa （1） 整流状态时，090, Ud0为正值； 逆变状态时，90|Ud0r|=|Ud0f|时，整流组电流将被载止，逆变组才能真正投入逆变状态，使电动机产生回馈制动，将能量回馈电网。同样，当逆变组回馈电能时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。所以，在这种=配合控制下，负载电流可以很方便地按正反两个方向不滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。图13触发装置的移相控制特性（二）制动过程分析整个正向制动过程可按电流方向的不同分成两个阶段。在第一阶段中，电流Id由正向负载电流+Idl下降到零，其方向未变，只能仍通过正组晶闸管装置VF流通，下面所作的分析将表明，这时正组处于逆变状态，所以称作“本组逆变阶段”。在第二阶段里，电流方向变负，由零变到负向最大电流-Idm，维持一段时间后再衰减到负向负载电流-Idl，这时电流流过反组晶闸管装置VR，在允许的最大制动电流（-Idm）下转速迅速降低，所以这个阶段称为“它组制动阶段”。1.本组逆变阶段转速给定电压U*n为正，转速反馈电压Un为负，ASR的输入偏差电压Un=(U*n-Un)为正。由于ASR的倒相作用，其输出U*i为负，电流反馈Ui为正，ACR的输入偏差电压Ui=(U*i-Ui)为负。再经ACR倒相，得控制电压Uct为正，Uct为负。此时f90，所以反组待逆变。2.它组制动阶段当主回路电流Id下降过零时，本组逆变终止，转到反组VR工作。从这时起，直到制动过程结束，称为它组制动阶段。（三）可控环流的可逆调速系统为了更充分利用有环流可逆系统制动和反向过程的平滑性和连续性，最好有电流波形连续的环流。当主回路电流可能断续时，采用的控制方式，遏制环流至零。这样根据实际情况来控制环流的大小和有无，称为可控环流的可逆调速系统。主电路常采用两组晶闸管交叉连接线路。控制线路仍为典型的转速、电流双闭环系统，但电流互感器和电流调节器都用了两套，分别组成正反向各自独立的电流闭环，并在正、反组电流调节器1ACR、2ACR输入端分别加上了控制环流的环节五、无环流可逆调速系统当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉中，使它完处于阻制的无环节流可逆系统。（一）逻辑控制的无环节可逆调速系统1.系统的组成和工作原理 主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，由于没有环流，不用在设置环流电抗器，但为保证稳定运行时电流波形的连续，仍应保留平波电抗器Ld。控制线路采用典型的转速、电流双闭环系统，只是电流环分设两个电流调节器（并非必须如此），用来控制正组触发装轩GTF，2ACR控制反组触发器GTR，1ACR的给定信号U*i经反号器AR作为2ACR的给定信号，这样可使电流反馈信号Ui的极性在正、反转时都不必改变，从而可采用不反映极性的电流检测器，如图3-17中所画的交流互感器和整流器图14逻辑控制的无环流可逆调速系统DLC-无环流逻辑控制器由于主电路不设均衡电抗器，一旦出现环流造成严重的短中事故，反以在逻辑控制器无环流系统中设置了无环流逻揖控制器DLC，这是系统中的关键部件，必须保证可靠工作。2.可逆系统对无环逻辑控制器的要求无环流逻辑控制器任务是：在正组晶闸管VF工作时封锁反组脉冲，在反组晶闸管VR工作时封锁正组脉冲。通常采用数字逻辑电路，使其输出信号Ublf和Ublr以“0”和“1”的数字信号形式来执行两种封锁与开放的作用，“0”表示封锁，“1”表示开放，二者不能同时为“1”，以确保两组不会同时开放。（二）错位控制的无环流可逆调系统在错位无环流系统中，不同设置复杂的逻辑控制器，当一组工作时，并不封锁另一组的触发脉冲，而是巧妙地借助于触发脉冲的错开来实现无环流。在两组同时施加触发脉冲这一点上，错位无环流系统是和有环汉系统一样的，只是脉冲的相位错开较远。有环流系统采用=配合控制时，两组脉冲的关系是f+r=180 Uct=0时的初始相位整定在f0+r0=90，因而可以消除直流平均环流，但仍然存在瞬时脉动环流。在错位无环流系统中，同样采用配合控制的移相方法，但两组脉冲的关系是f+r=300或360。也就是说，初始相位整定在f0+r0=150或180。因而当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管一直处在反向阻断状态，不可能导通，当然也就不会产生静态环流了。第四章 第一章 可控硅触发电路锯齿波触发电路第一节 触发电路的选择晶闸管可控整流电路是通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小，称为相控电路。为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。大、中功率的变流器对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路（如图1示）应用最多。 图1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路输出可为单窄脉冲，也可为双窄脉冲，以适用于有两个晶闸管同时导通的电路。电路可分三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。第二节 触发电路的分析在此设计中采用双脉冲形成环节与三相整流电路相联接。双脉冲形成环节采用性能价格比优越的、每个触发单元的一周期内输出两个间隔60的脉冲的电路，称为内双脉冲电路。1.内双脉冲电路V5、V6构成“或”门，当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出，只要V5、V6有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出，第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角产生隔60的第二个脉冲是由滞后60相位的后一相触发单元产生（通过V6）2.三相全控桥整流电路与触发电路相连的情况接感性负载电流连续时，脉冲初始相位应定在=90；如果是可逆系统，需要在整流各逆变状态下工作，要求脉冲的移相范围理论上为180（由于考虑min和b min，一般为120），由于锯齿波波形两面三刀端的非线性，因而要求锯齿波的宽度大于180，例如240，此时，令uco=0，调节up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240的中央（120处），相应于的位置。如果uco为正值，M点就向前移，控制角，晶闸管电路处于整流工作状态。如果uco为负值，M点就向后移，控制角，晶闸管电路处于逆变状态。第三节 同步信号为锯齿波的触发电路触发电路是晶闸管装置中的控制环节，是装置能否正常工作的关键。 对触发电路的要求是：与主电路同步，能平稳移相且有足够的移相范围，脉冲前沿陡且有足够的幅值与脉宽，稳定性与抗干扰性能好等。触发电路根据控制晶闸管的通断状况可分为移相触发与过零触发两类。移相触发就是改变晶闸管每周期导通的起始点即控制角a的大小，以达到改变输出电压、功率的目的；而过零触发是晶闸管在设定的时间间隔内，通过改变导通的周波数来实现电压或功率的控制。由单结晶体管组成的触发电路，具有简单、可靠、触发脉冲前沿陡、抗干扰能力强以及温度补偿性能好等优点，在单相与要求不高的三相晶闸管装置中得到广泛应用。但单结晶体管触发电路只能产生窄脉冲。对于电感较大的负载，由于晶闸管在触发导通时阳极电流上升较慢，在阳极电流还未到达管子掣住电流IL时，触发脉冲已经消失，使晶闸管在触发期间导通后又重新关断。所以单结晶体管如不采用脉冲扩宽措施，是不宜触发电感性负载的。为了克服单结晶体管触发电路的缺点，在要求较高、功率较大的晶闸管装置中，大多采用晶体管组成的触发电路，其中最常用的是同步信号为正弦波移相与锯齿波移相触发电路两种。这里我们主要介绍锯齿波移相触发电路。相控电路的驱动控制 相控电路： 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小 采用晶闸管相控方式时的交流交流电力变换电路和交交变频电路。 相控电路的驱动控制为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。 本节主要内容在前面已简单介绍了触发电路应满足的要求、晶闸管触发脉冲的放大等内容，较为孤立。本节主要介绍触发脉冲与晶闸管所处电路相结合 大、中功率的变流器对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多一 同步信号为锯齿波的触发电路图2 同步信号为锯齿波的触发电路 输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲 三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节1脉冲形成环节V4、V5 脉冲形成V7、V8 脉冲放大控制电压uco加在V4基极上。uco对脉冲的控制作用及脉冲形成： uco=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V) 时，V4导通，