第4章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统正稿

1、第第4章章 可逆控制和弱磁控制可逆控制和弱磁控制的直流调速系统的直流调速系统电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统作业n思考题4-3n附加题2。画出晶闸管整流器供电的逻辑控制无环。画出晶闸管整流器供电的逻辑控制无环流可逆调速系统的结构原理图。其中的逻流可逆调速系统的结构原理图。其中的逻辑控制器辑控制器DLC有哪些输入量？用哪些输出有哪些输入量？用哪些输出量？它们的作用是什么？量？它们的作用是什么？内 容 提 要n直流PWM可逆直流调速系统 nV-M可逆直流调速系统 n电动机除电动转矩外还须产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。n在转速和电磁转

2、矩的坐标系上，就是四象限运行的功能，n这样的调速系统需要正反转，故称可逆调速系统。图4-1 调速系统的四象限运行4.1 直流PWM可逆调速系统nPWM变换器电路有多种形式，可分为不可逆与可逆两大类，n还有一种带制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统，其电流能够反向。之所以不可逆是因为平均电压始终大于零，因而转速不能反向。n如果要求转速反向，需要改变PWM变换器输出电压的正负极性，使得直流电动机可以在四象限中运行，由此构成了可逆的PWM变换器-直流电动机系统。4.1.1 桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器图4-2桥式可逆PWM变换器电路Id图4-3 双极式控制可逆PWM变换器的驱动电压、输出

3、电压和电流波形3241ggggUUUU在一个开关周期内，n当0tton时，UAB=US，电枢电流id沿回路1流通；n当tont1/2时，Ud为正，电动机正转；0 ，n 0n 电动机从电路输入能量作电动运行，运行在第象限。P0 2)反组晶闸管装置反组晶闸管装置VR工作的工作的正向制动状态正向制动状态图3-4 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态(b)反组逆变回馈制动 n由反组晶闸管装置由反组晶闸管装置VR供电供电nVR处于逆变状态nr 90Id反向， E |Ud0r|，Te0n电机输出电能实现回馈制动。PE,Id反向，反向，Te0,n04)反向制动状态反向制动状态VF工作在逆变

4、状态，工作在逆变状态，Ud0f0，n0。电动机工作在反。电动机工作在反向发电状态。运行在第四象限，将向发电状态。运行在第四象限，将电动机发出的电能回馈给电网，电动机发出的电能回馈给电网，P0二V-M可逆直流调速系统中的环流问题n两组晶闸管整流装置同时工作时，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。n一般地说，环流对系统无益，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，因此必须予以抑制或消除。n目前广泛应用的是逻辑无环流可逆控制系统逻辑无环流可逆控制系统 三逻辑控制的无环流可逆三逻辑控制的无环流可逆V-M系统系统n逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无

5、环流可逆系统:当可逆系统中一组晶闸当可逆系统中一组晶闸管工作时（不论是整流工作还是逆变工作），用管工作时（不论是整流工作还是逆变工作），用逻辑关逻辑关系控制系控制使另一组处于完全封锁状态，彻底断开环流的通路，使另一组处于完全封锁状态，彻底断开环流的通路，确保两组晶闸管不同时工作。确保两组晶闸管不同时工作。图4-15 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图DLC无环流逻辑控制环节，ZC零电流检测环节1.系统结构框图系统结构框图当当Ublf=“1”时，为同相放大器。时，为同相放大器。 当当Ublf=0”时，为反相放大器时，为反相放大器为符号变换器为符号变换器UblfUc为正时为正时900n主电路采用两

6、组晶闸管装置反并联线路。n由于没有环流，不用设置环流电抗器。n仍保留平波电抗器 Ld ，以保证稳定运行时电流波形连续。n控制系统采用转速、电流双闭环方案。n电流环ACR用来控制触发装置n脉冲通路与门DF和DRn无环流逻辑控制环节DLC，其作用是：控制两组桥控制两组桥的触发脉冲通道，控制两组整流器的闭锁。的触发脉冲通道，控制两组整流器的闭锁。 2.逻辑控制器原理逻辑控制器原理n逻辑控制器逻辑控制器DLC有两个输入量：有两个输入量：Ui*、Ui0。两个输出量。两个输出量Ublf、Ublr.iUASR的输出信号的输出信号Ui* 极性代表了电磁转矩方向，极性代表了电磁转矩方向，（1）正转运行和反转制动

7、都需要电机产生正的转矩）正转运行和反转制动都需要电机产生正的转矩Te0，Ui*0 (2)反转运行和正转制动都需要电机产生负的转矩反转运行和正转制动都需要电机产生负的转矩Te0，Ui*0；Id0且减小，Ud0) (2) 它组整流阶段：从b点到c点，电动机反向电流建立阶段，VR组工作(Id0,Ud0) (3) 它组逆变阶段：从c点到d点 ，电动机恒值电流制动阶段，VR组工作。 如果是反向起动，则从d点开始又一次地进入起动过程。本组逆本组逆变阶段变阶段它组整流阶段它组整流阶段它组逆变阶段它组逆变阶段系统工作原理1.正向电动状态正向电动状态KF是合上的，是合上的，Un*为正，为正，Un*略大于略大于U

8、n，Ui*为正极性，输出为正极性，输出Ui1*为正。为正。Uc为正为正 ，900，且比较大且比较大Udf为负的最大值。为负的最大值。VF工作在逆变状态，工作在逆变状态， 正向正向Id迅速减为零。迅速减为零。大部分能量通过本大部分能量通过本组回馈电网，所以称作组回馈电网，所以称作“本组逆变阶段本组逆变阶段”。 2.正向制动状态正向制动状态RIEUdtdiLdfddd0Udf2)它组整流阶段它组整流阶段当正向当正向Id迅速减为零时，经封锁延时迅速减为零时，经封锁延时3ms, DLC的输出的输出Ublf=“0” Ui1*变为正变为正 Ui Ui0Uc为正为正Ui1* Ui 900 VR工作在逆变状态

9、，经工作在逆变状态，经ACR调节调节Id-Idm ， E=Udr+IdR 电动机将机械能变成电能经电动机将机械能变成电能经VR回馈电网回馈电网 n迅速下降迅速下降 E Id Ui Ui略大于略大于0 Uc负方向减小负方向减小 Udr Id又增大又增大-Idm ，随着制动的，随着制动的进行转速下降得很低，并略有反转进行转速下降得很低，并略有反转 ASR开始退饱和。于是，电流减小，电动开始退饱和。于是，电流减小，电动机随即停止机随即停止0dtdiLdd3.反向电动状态nUn*为负，为负，Un为正，为正， Un*略大于略大于Un，Ui*为负极性，为负极性， Ui1为为正，正， Uc为正为正 ， 90

10、0 ，DLC的输出的输出Ublf=“0”，封锁，封锁DF，Ublr=“1”，开放，开放DR通道，通道，DR桥工作在整流状态。系统为桥工作在整流状态。系统为双闭环调速系统，双闭环调速系统，Id0，Te0，n0，Id=IdL=Ui*/，n=Un*/作业n3-4n（1）电流反馈极性接反，导致）电流反馈极性接反，导致ACR饱和限幅，电流环不起作用，饱和限幅，电流环不起作用，Uc=Ucm，Ud0达到最大，达到最大，Id迅速上升超过最大值，会烧坏晶闸管迅速上升超过最大值，会烧坏晶闸管和保险丝。和保险丝。n（2）转速反馈极性接反，导致）转速反馈极性接反，导致ASR饱和限幅，转速环不起作用。饱和限幅，转速环不

11、起作用。经电流环的调节作用，力图使电枢电流为最大限幅值，电动机不断经电流环的调节作用，力图使电枢电流为最大限幅值，电动机不断加速，在此过程中，加速，在此过程中，Ui一直大于一直大于0，最后导致，最后导致ACR饱和限幅，此饱和限幅，此时电流环也不起作用。整流器的输出电压最高，电动机达到稳定运时电流环也不起作用。整流器的输出电压最高，电动机达到稳定运行状态，行状态， IdL=Id，转速比较高，转速比较高esdedmCKnRInCUddLcmRIUn3-7nUc=0Ui=0,因为使用的因为使用的PI调节器，调节器，稳态无静差。稳态无静差。n因为稳态无静差因为稳态无静差Ui*= Ui =Id, nUc

12、=1/Ks(CeUn*/+IdLR)，3-10n（1）电流反馈断线，ui=ui*ACR饱和，Ud0达到最大，达到最大，Id迅速上升超过最大值，会烧迅速上升超过最大值，会烧坏晶闸管和保险丝。坏晶闸管和保险丝。n（2）在额定负载下突然失磁，电磁转矩为零，）在额定负载下突然失磁，电磁转矩为零，转速迅速下降为零。转速迅速下降为零。n3.1n解：(1)*0*/15/15000.01/55 ,5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*24.17520500,5 ,3.75 ,nmNnnimdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpmUVUVnrpm

13、VrpmUVVAIAUIVUUEI RC nI RUVKKKnrpm UV UUV U当转速即4.175vVUUnn5n（2）堵转时VIUUdmimi15*040*2420edddmcsssC nI RUIRUVKKK3-11n1) = U*nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r = U*im/Idm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V，n=U*n/=5/0.01=500 r/min Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(Cen+IdLR)/Ksn =(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2) 在上述稳定运行情况下，电动机突然失磁（=0）则电

14、动机无电动转矩，转速迅速下降到零，转速调节器很快达到饱和，要求整流装置输出最大电流Idm 。因此，系统稳定后， n=0，Un=0 ，Un= U*n U*i=U*im =10V， Ui=U*im =10V Id=Idm=30A Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(0+30*2)/30=2 V（3） 在跟随给定作用下，转速环处于线性状态，此时系统在跟随给定作用下，转速环处于线性状态，此时系统的开环传递函数是：的开环传递函数是：n =hTn=5*0.05=0.25snTn=0.05snKN=(h+1)/2h2Tn2=6/2*25*0.052=48s-2 112sTssKsWnnNnn(4)n空载突加额定负载时，转速有动态降落。（空载突加额定负载时，转速有动态降落。（p9