运动控制系统清华版课件第3章

可逆、弱磁控制的直流调速系统运动控制系统第3章.3.1可逆直流调速系统主要内容问题的提出晶闸管-电动机系统的可逆线路晶闸管-电动机系统的回馈制动两组晶闸管可逆线路中的环流无环流可逆调速系统.3.1.0问题的提出1.实际生产的需要：生产机械要求电动机能正转、反转，快速起动和制动，就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，即可逆的调速系统。2.可逆运行实现方式：

改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。电机采用电力电子装置供电，由于电力电子器件的单向导电性，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。3.1可逆直流调速系统.3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路一、V-M系统的可逆线路电枢反接可逆线路的形式主要有3种方式：（1）接触器开关切换的可逆线路（2）晶闸管开关切换的可逆线路（3）两组晶闸管装置反并联可逆线路3.1可逆直流调速系统.（1）接触器开关切换的可逆线路Ud+Id–IdM3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路一、V-M系统的可逆线路3.1可逆直流调速系统.3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路一、V-M系统的可逆线路3.1可逆直流调速系统（2）晶闸管开关切换的可逆线路Ud–IdMVT1VT2VT3VT4+Id.优点：仅需一组晶闸管装置，简单、经济。缺点：有触点切换，开关寿命短；需自由停车后才能反向，时间长。应用：不经常正反转的生产机械。3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路3.1可逆直流调速系统一、V-M系统的可逆线路（1）接触器开关切换的可逆线路（2）晶闸管开关切换的可逆线路.（3）两组晶闸管装置反并联可逆线路3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路3.1可逆直流调速系统一、V-M系统的可逆线路Idb)运行范围-n-IdnO正向反向a)电路结构MVRVFId-Id+--+--.二、V-M系统的回馈制动1、晶闸管装置的整流和逆变状态

3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路逆变电压公式：逆变角=180–

Ud0=－Ud0maxcos.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动2、单组晶闸管装置的有源逆变3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路a）整流状态：提升重物，90°，Ud0E，n

0-+Ud0RM+-nEV--PId.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动2、单组晶闸管装置的有源逆变3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路b）逆变状态：放下重物90°，Ud0E，n0+-+--Ud0RMnEV--PId.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动2、单组晶闸管装置的有源逆变3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路c）机械特性整流状态：电动机工作于第1象限；逆变状态：电动机工作于第4象限。n-nIdTe提升放下TL.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路3、两组晶闸管装置反并联的整流和逆变.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路3、两组晶闸管装置反并联的整流和逆变VF处于整流状态：此时，f90°，Ud0fE，n0

VR处于逆变状态：此时，r90°，E>|Ud0r|，实现回馈制动。.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路3、两组晶闸管装置反并联的整流和逆变整流状态：

V-M系统工作在第一象限。逆变状态：

V-M系统工作在第二象限。Id-Idn反组逆变回馈制动正组整流电动运动.二、晶闸管-电动机系统的回馈制动3.1可逆直流调速系统3.1.1有相控整流器—可逆直流调速系统主电路4、V-M系统的四象限运行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++－－电机运行状态电动回馈发电电动回馈发电晶闸管工作的组别和状态正组整流反组逆变反组整流正组逆变机械特性所在象限一二三四.一、环流概述3.1.2可逆V-M系统的环流1、环流的定义：不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流3.1可逆直流调速系统RrecRrecMVRVFUd0f+--+Ud0rRa--~~IdIc.一、环流概述3.1.2可逆V-M系统的环流1、环流的定义：不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流3.1可逆直流调速系统危害：一般地说，这样的环流对负载无益，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，因此应该予以抑制或消除。利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以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装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。.一、环流概述3.1.2可逆V-M系统的环流2、环流的分类：3.1可逆直流调速系统（1）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，又分为两类：直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。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——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。

.二、直流平均环流3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。

Ud0r=－Ud0f

Ud0f=Ud0maxcosf

Ud0r=Ud0maxcosr应有cosr

=–cosf或r+f=180逆变角用r表示，则f=r1、=配合控制.二、直流平均环流3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统2、配合控制方法将两组晶闸管装置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，电机处于停止状态。增大控制电压Uc移相时，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。.二、直流平均环流3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统2、配合控制方法MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM.二、直流平均环流3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统3、=配合控制特性

-

UcmUc90o

rmin180o0oUcm90o0o180o

fmin

fmin

rmin

r

fCTRCTFUc1.二、直流平均环流4、最小逆变角限制3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角min保护。与此同时，对角也实施min保护，以免出现Ud0f

>Ud0r而产生直流平均环流。通常取.三、瞬时脉动环流1、产生的原因3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统

采用配合控制已经消除了直流平均环流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。.三、瞬时脉动环流1、产生的原因3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统

配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流

~--Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVRIdIcp.三、瞬时脉动环流1、产生的原因3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统d)瞬时电压差和瞬时脉动环流波形

b)整流电压波形

c)逆变电压波形abcaud0r0wtp2pUd0rwtIcpicpud0af

ud0fwtabca0p2pUd0f0arud0.三、瞬时脉动环流2、瞬时脉动环流的抑制3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统12MVFVRabcABC--~.三、瞬时脉动环流3、=配合控制的有环流可逆V-M系统3.1.2可逆V-M系统的环流3.1可逆直流调速系统MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----.一、概述3.1.4无环流控制的可逆V-M系统3.1可逆直流调速系统有环流可逆系统具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。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。.一、概述3.1.4无环流控制的可逆V-M系统3.1可逆直流调速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（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。.一、概述3.1.4无环流控制的可逆V-M系统3.1可逆直流调速系统错位控制的无环流系统采用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是r

+f

=300°，甚至是r

+f

=360°，也就是说，初始相位整定在r

=f

=150°或180°。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，当然就不会产生瞬时脉动环流了。.二、逻辑控制的无环流可逆系统3.1.4无环流控制的可逆V-M系统3.1可逆直流调速系统2、逻辑无环流可逆控制系统的组成逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----+.二、逻辑控制的无环流可逆系统3.1.4无环流控制的可逆V-M系统3.1可逆直流调速系统3、无环流逻辑控制环节（DLC)电平检测逻辑判断延时电路连锁保护Ui0U*iUblfUblr