电力拖动自动控制系统陈伯时第四章ppt课件

1、北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 问题的提出问题的提出 有许多消费机械要求电动机既能正转，又能反转，而且经常还需求快速地起动和制动，这就需求电力拖动系统具有四象限运转的特性，也就是说，需求可逆的调速系统。 改动电枢电压的极性，或者改动励磁磁通的方向，都可以改动直流电机的旋转方向。 然而当电机采用电力电子安装供电时，由于电力电子器件的单导游电性，需求公用的可逆电力电子安装和自动控制系统。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Tech

2、nology & Business University 可逆可逆V-M系统中的环流问题系统中的环流问题 环流的定义： 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，假设两组安装的整流电压同时出现，便会产生不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。MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa- -IdIcIc 环流环流Id 负载电流负载电流 北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 环流的危害和利用环流的危害和利用n危害：环流加重晶闸管和变压器的负担，耗费

3、功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。n利用：对环流进展控制，可以利用环流作为流过晶闸管的根本负载电流，使电动机在空载或轻载时可任务在晶闸管安装的电流延续区，以防止电流断续引起的非线性对系统性能的影响。环流的分类环流的分类1静态环流静态环流两组可逆线路在一定控制角下稳定任务时出现的两组可逆线路在一定控制角下稳定任务时出现的环流。环流。直流平均环流直流平均环流由晶闸管安装输出的直流平均电压所产生的环流称由晶闸管安装输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。作直流平均环流。瞬时脉动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

4、时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。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的环流。系统处于过渡过程中出现的环流。 北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 直流平均环流与配合控制直流平均环流与配合控制防止直流平均环流的产生采取的措施：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管安装任务；采用配合控制的战略，使一组晶闸管安装任务在整流形状，另一组那么任务在逆变形状。配合控制原理配合控制

5、原理当正组处于整流形状时，强迫让反组处于逆变形状，且控制其幅值与之相等，那么直流平均环流为零。于是 Ud0r = Ud0f Ud0f = Ud0 max cosf Ud0f = Ud0 max cosr其中 f 和r 分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管安装一样，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 cos r = cos f r + f = 180 假设反组的控制用逆变角 r 表示，那么 f = r 即 = 配合控制北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business

6、University 配合控制方法配合控制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管安装的触发脉冲零位都定在90，即当控制电压 Uc= 0 时，使 f = r = 90，此时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停顿形状。增大控制电压Uc 移相时，只需使两组触发安装的控制电压大小相等符号相反就可以了。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University = 配合控制特性配合控制特性 = 配合控制系统的移相控制特性示于以下图。移相时，假设一组晶闸管安装处于整流形状，另一组便处于逆变形状，这是指

7、控制角的任务形状而言的。 - UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University = 配合控制的任务形状配合控制的任务形状n待逆变形状待逆变形状 逆变组除环流外并未流过负载逆变组除环流外并未流过负载电流，没有电能回馈电网，只是处于电流，没有电能回馈电网，只是处于“待逆变形待逆变形状，表示该组晶闸管安装是在逆变角控制下等状，表示该组晶闸管安装是在逆变角控制下等待任务。待任务

8、。n逆变形状逆变形状 只需在制动时，当发出信号改动只需在制动时，当发出信号改动控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势值，一旦电机反电动势 E |Ud0r| = |Ud0f|，整流，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变任务，组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变任务，使电机产生回馈制动，将电能经过逆变组回馈电使电机产生回馈制动，将电能经过逆变组回馈电网。网。n待整流形状待整流形状 当逆变组任务时，另一组也是当逆变组任务时，另一组也是在等待着整流，可称作处于在等待着整流，可称作处于“待整流形状。待整流形状。n 在在 = 配合控制下

9、，负载电流可以迅速地配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向或从反向到正向平滑过渡，在从正向到反向或从反向到正向平滑过渡，在任何时候，只需一组晶闸管安装在任务，另一组任何时候，只需一组晶闸管安装在任务，另一组那么处于等待任务的形状。那么处于等待任务的形状。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 最小逆变角限制最小逆变角限制 为了防止晶闸管安装在逆变形状任务中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆景象，必需在控制电路中采用限幅作用，构成最小逆变角min维护。与此同时，对 角也实

10、施 min 维护，以免出现 Ud0f Ud0r 而产生直流平均环流。通常取30minmin北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 瞬时脉动环流及其抑制瞬时脉动环流及其抑制 产生缘由产生缘由 采用配合控制曾经消除了直流平均环采用配合控制曾经消除了直流平均环流，但是，由于晶闸管安装的输出电压流，但是，由于晶闸管安装的输出电压是脉动的，呵斥整流与逆变电压波形上是脉动的，呵斥整流与逆变电压波形上的差别，仍会出现瞬时电压的情况，从的差别，仍会出现瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。

11、这个瞬时而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，因此脉动环流是自然存在的，因此 = 配配合控制有环流可逆系统又称作自然环流合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。系统。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 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，或称平衡电抗器。 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5%10%来设计

12、。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University l 在三相桥式反并联可逆线路中，由于每一组桥又有两条并联的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。环流电抗器的设置环流电抗器的设置12MVFVRabcABC-北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University = 配合控制的有环流可逆配合控制的有环流可逆V-M系统原理图系统原理图MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnU

13、iU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUcKFKR+- -北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 主电路主电路主电路采用两组三相桥式晶闸管安装反并联的可逆线路。正组晶闸管VF, 由GTF控制触发，正转时，VF整流；反转时，VF逆变。反组晶闸管VR, 由GTR控制触发，反转时，VR整流；正转时，VR逆变。给定与检测电路转速给定与检测电路转速 根据可逆系统正反向运转的需求，给定电压、转速反响电压、电流反响电压都应该可以反映正和负的极性。给定电压：正转时，KF闭合， U*

14、n=“+； 反转时，KR闭合， U*n=“-。转速反响：正转时， Un=“-， 反转时， Un=“+。给定与检测电路电流给定与检测电路电流电流反响电压： 正转时，Ui =“+； 反转时，Ui =“-。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 控制电路控制电路 控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：转速调理器ASR控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；电流调理器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角 min 与最小逆变角 min 。北京工商大学

15、计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 控制方式控制方式 采用同步信号为锯齿波的触发电路时，移相控制特性是线性的。 rmin180o 0o- UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 反转时： 0， r 90，VR整流： Ud0r =“+；Uc 0， f 0， f 90，VF整流：

16、Ud0f =“+；n 0， r 90，VR逆变： Ud0r =“-。n停转时：Uc = 0， r = f = 90， n Ud0f = Ud0r = 0。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University = 配合控制有环流可逆直流调速系统正配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过程波形向制动过程波形tttOOOId n Uc III1II2II3-Idm IdL -Ucm E 北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology &

17、 Business University 无环流控制的可逆晶闸管无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统电动机系统 当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。系统分类系统分类 按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统有两大类：系统有两大类： 逻辑控制无环流系统；逻辑控制无环流系统； 错位控制无环流系统。错位控制无环流系统。 北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business Uni

18、versity 控制原理控制原理l逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统l 当一组晶闸管任务时，用逻辑电路硬件或当一组晶闸管任务时，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，逻辑算法软件去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断形状，以确保两组晶闸管不同时任使它完全处于阻断形状，以确保两组晶闸管不同时任务，从根本上切断了环流的通路。务，从根本上切断了环流的通路。l错位控制的无环流可逆系统错位控制的无环流可逆系统l 同样采用配合控制的触发移相方法，但两组脉同样采用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是冲的关系是 r + f = 300 ，甚至是，甚至是 r + f = 360 ，也就是说，初始相位整定在，也就是说，初始相位整定在 r = f = 150 或或180。l 当待逆变组的触发脉冲来到时，晶闸管曾经完全当待逆变组的触发脉冲来到时，晶闸管曾经完全处于反向阻断形状，不能够导通，当然就不会产生瞬处于反向阻断形状，不能够导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。时脉动环流了。北京工商大学计算机与信息工程学院北京工商大学计算机与信息工程学院 Beijing Technology & Business University 系统构造的特点系统构造的特点n主电路采用两组晶闸管安装反并联线路；n由于没有环流，不用设