直流可逆调速系统课件

第三章

直流可逆调速系统Spring2011内容提要

本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、直流可逆系统的回馈制动、有无环流时的可逆调速系统等内容。Spring20112华南理工大学3.1直流可逆调速系统的构成3.1.1开关切换法在第一、二章讨论了单闭环和双闭环的直流调速系统都是不可逆的，在实际工作中，要求直流电机反转的情况是很多的。实现反转的最简单方法是采用图3-1所示的四个切换开关，当k1、k4合上，k2、k3断开时，电流由A流向B，电机正转；反之，当k1、k4断开，k2、k3合上时，电流由B流向A，电机反转。但是，在转向切换时要求快速、准确、安全，否则易造成短路或切换时间过长。这种切换方式还存在噪声大、寿命低等缺点，不适合正反转频繁的应用场合。Spring20113华南理工大学3.1.2晶闸管反并联法 晶闸管反并联法采用的是图3-2所示的两组晶闸管反并联电路。其工作原理是当一组晶闸管工作时，另一组晶闸管则处于逆变或阻断状态；换相时只要交换两组晶闸管的工作状态,即可实现正反转切换。准确控制切换的时刻，可以使电机工作在如图3-2(b)所示的Ⅰ、Ⅲ象限上。

图3-2两组晶闸管反并联线路Spring20115华南理工大学 在实际的可逆电路中，通常采用两组三相反并联方式，这时可以接成图3-3(a)、(b)所示的反并联或交叉连接线路。在图3-3(a)中的反并联线路中，有两条回路，需要连接四个平波电抗器；而在图3-3(b)中的交叉连接线路中，只有一条回路，只需要连接两个平波电抗器。(a)反并联线路(b)交叉连接线路图3-3三相桥式可逆线路Spring20116华南理工大学3.1.3励磁反接可逆线路 励磁反接可逆线路如图3-4所示。它的原理是将电动机的励磁线圈接在两组反并联线路中，电枢仍然用一组晶闸管驱动，通过改变励磁电流的方向来改变电动机转动的方向。这种方式需要在磁通弱磁时保证电枢电流为零，增加了系统的复杂性，不宜采用。图3－4反并联励磁反接可逆线

Spring20117华南理工大学表3-1V-M可逆系统反并联线路的工作状态注意：上表中各量的极性均为以正向电动运行时为“+”

Spring20119华南理工大学3.3有环流的可逆调速系统3.3.1可逆系统中的环流 两组晶闸管反并联或交叉连接线路解决了直流电动机的频繁换向问题，但是这类线路还存在着是否能保证系统安全工作的环流问题。在如图3-6的反并联线路中，不流过电动机，而在两组晶闸管之间流通的电流Ic即为环流。图3－6反并联可逆线路中的环流Spring201110华南理工大学

环流分为两大类：（１）静态环流——当可逆线路在一定的控制角下稳定工作时，所出现的环流叫做静态环流。静态环流又分为：直流平均环流和瞬时脉动环流。（２）动态环流——稳态运行时并不存在，只有当系统由一种工作状态过度到另一种工作状态时才出现的环流。 环流容易造成短路，损坏晶闸管，使系统不能正常工作。因此，在可逆调速系统中，必须考虑如何抑制或消除环流的影响。Spring201111华南理工大学图3-7工作制配合控制的可逆线路触发装置的移相控制特性Spring201113华南理工大学3.3.3瞬时脉动环流及其抑制 由于两组晶闸管分别处于整流和逆变状态，所以正组晶闸管的瞬时电压与反组晶闸管的瞬时电压不同，存在瞬时电压差=

,从而产生瞬时脉动环流。图3-7画出了三相零式反并联可逆线路当=60°（即=120°）时的情况。

图3-7配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流Spring201114华南理工大学图3-7配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流Spring201115华南理工大学3.3.4直流可调速系统的制动过程分析 直流可逆调速系统的正反向切换过程包括正向制动过程和反向起动过程。起动过程与不可逆调速系统相同。下面分析可逆系统的制动过程，以图3-8所示的配合控制为例分如下几个阶段讨论。图3-8配合控制的有环流可逆调速系统

Spring201117华南理工大学3.3.4.1本桥逆变阶段

本桥逆变阶段是指换向时电流由正向负载电流+下降到零，其方向未变，只能通过正组晶闸管桥流通。为了把储存在电抗器磁场中的能量迅速释放，正向电流迅速衰减到零，这时正组桥处于逆变状态。3.3.4.2反桥制动阶段 当电动机电枢回路中的电流过零时，本桥逆变终止，的数值略减，－E<

=电流开始反向。这时反组仍处于整流状态，在反组整流电压与反电动势E的共同作用下，反向电流很快增长，电动势承受反向制动。Spring201118华南理工大学制动过程各变量的波形见下图：

图3-9正向制动过程中各变量的波形Spring201119华南理工大学图3－10可控环流可逆调速系统原理图Spring201121华南理工大学3.4无环流可逆调速系统

上节分析的有环流的可逆调速系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但是设置几个环流电抗器会造成累赘。因此，当工艺过程对系统过程特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，从生产可靠性能要求出发，采用既没有平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。实现无环流可逆系统的主要方法有逻辑控制无环流可逆系统和错位无环流系统，下面重点介绍实际中普遍采用的逻辑控制无环流系统。Spring201122华南理工大学3.4.1逻辑控制无环流系统的构成 逻辑控制无环流系统的基本原理是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冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，图3－11给出了逻辑控制无环流可逆调速系统的构成。图3－11逻辑控制无环流可逆调速系统的构成Spring201123华南理工大学3.4.3逻辑控制无环流可逆调速系统的实现 根据上述对无环流逻辑控制器的要求，逻辑控制器的输入是转矩极性鉴别和零电流信号，输出是封锁正组脉冲和封锁反向脉冲的信号，即由图3－12所示的电平检测、逻辑判断、延时电路和逻辑保护四部分组成,

图3－12无环流逻辑控制器的组成电平检测逻辑电路延时电路逻辑保护转矩极性零电