第3章直流电机可逆调速及直流斩波调速系统.ppt

1、1、直流电动机可逆调速及直流斩波调速系统、电力拖曳控制系统、第3章、2、内容提要问题的提出晶闸管电动机可逆调速系统主电路结构形式无回流分析回流控制的可逆晶闸管电动机系统直流脉宽调速系统，4、问题的提出(续)、电枢电流的方向或改变然而，当电动机使用电力电子器件来供电时，电力电子器件的单向导电性导致问题变得复杂并且需要专用的无损电力电子器件和自动控制系统。 5、3.1晶闸管电机(V-M )可逆系统的主电路结构形式，1.v-m系统的可逆线路可根据电机理论改变电枢电压的极性或改变励磁磁通的方向，从而改变直流电机的旋转方向。 因此，V-M系统的可逆线路有1 .电子反接可逆线路和电子反接可逆线路2 .励磁

2、反接可逆电路。 6，1 .电枢反向连接可逆线路，电枢反向连接可逆线路的形式有多种，在此，(1)接触开关切换的可逆线路；(2)晶闸管开关切换的可逆线路；(3)2组晶闸管装置为反向并联可逆线路，(7)接触开关切换、Ud、Id、Id、8、接触器切换可逆线路的特征、a .优点：可控硅装置为一组，简单、经济。 b .缺点：有接点切换、开关寿命短、自由停车后需要反向停车，很费时间。 c .应用：经常不正反转的生产机械。 9、(2)晶闸管开关切换的可逆线，a. VT1、VT4导通，电动机正转。 b. VT2、VT3导通，电机反转。 (3)晶闸管的单向导电性，在需要可逆运转的情况下，如下图所示，多采用2组晶闸

3、管控制整流装置反向并联连接的可逆线路。 11，Id，b )运行范围，图2的晶闸管控制整流装置反并联可逆电路，两组晶闸管装置反并联可逆供电方式，- n，a )电路结构b .反转时，从反组晶闸管装置VR供给电力。 两组晶闸管分别由两组触发装置控制，可以灵活控制电动机的启动、制动和上升、减速。 然而，不允许两组晶闸管同时处于整流状态，这将导致电源短路，因此对控制电路提出严格的要求。 13、2 .励磁逆接可逆线路，即使改变励磁电流的方向也能使电动机旋转。 与电枢逆接可逆线路同样，可以采用接触开关或晶闸管开关的切换方式，也可以采用两组晶闸管逆并联供电方式来变更励磁方向。 励磁逆连接可逆线路参照下图，电动

4、机电枢由一组晶闸管装置供电，励磁线圈由另外两组晶闸管装置供电。 由于14、励磁逆接可逆供电方式、可控硅逆并联励磁逆接可逆线路、VR、VF、Id、-Id励磁功率仅占电动机额定功率的15%，所以采用励磁逆接方式，所需的可控硅装置容量小，投资少，效益高。 b .缺点：改变转向时间很长。 由于励磁线圈的电感大，励磁反向的过程慢，另外，由于电动机不允许脱磁运转，系统控制比较复杂。16、小结、(1)V-M系统的可逆线路可分为两类：电枢反接可逆线路电枢反接反接过程快，但需要大容量的可控硅装置，励磁反接可逆线路励磁反接过程慢，控制相对复杂，但需要的可控硅装置容量小。 (17 )、(2)各种线路可采用不同的换流

5、方式：接触器切换线路适用于不经常正反转的生产机械的可控硅开关的开关线路，适用于中、小功率的可逆系统的2组可控硅的反并联线路适用于各种可逆系统。18、2 .晶闸管-电动机系统的再生制动，1 .晶闸管装置的整流和逆变器状态为2组晶闸管反并联线路的V-M系统，晶闸管装置可在整流或有源逆变器状态下工作。 在电流连续的条件下，晶闸管设备的平均理想空载输出电压将是19个；当控制角度是90度时，晶闸管设备处于整流状态，而当控制角度是90度时，晶闸管设备处于逆变器状态。 因此，在整流状态下，在Ud0为正值的逆变器状态下，Ud0为负值。 为了方便，若定义逆变器角=180，则逆变器电压方式为Ud0=Ud0 max

6、 cos、逆变器电压方式、20、2 .单组晶闸管装置的有源逆变器、从单组晶闸管装置供给的V-M系统也在引起起起重机类型的负载时成为整流和有源逆变器状态a )整流状态：提升重物，90、Ud0 E、n 0从电网向电动机供给能量。Id、21、b )逆变状态：卸下重物90、Ud0 E、n 0，从电动机向电网还原能量。Id、22、c )机械特性、整流状态：电动机在第1象限动作；逆变器状态：电动机在第4象限动作。TL、图4-3单组V-M系统起重机型负载时的整流和逆变器状态、23、3 .两组晶闸管装置为反并联整流和逆变器、两组晶闸管装置为反并联可逆线路的整流和逆变器状态原理与此相同，出现逆变器状态的具体条件

7、不同。 现在，以正组晶闸管装置的整流和反组晶闸管装置的反变流为例，说明两组晶闸管装置的反并联可逆线路的工作原理。 24，a )正组晶闸管装置VF进行整流，VF处于整流状态：此时，f 90，Ud0f E，n 0电机从电路输入能量进行电动运转。p、Id、25、b )反向组合晶闸管器件VR的反转换由于当电动机需要再生制动时，电动机的反电动势极性不变，所以再生的电能必须产生反向电流，并且反向电流无法通过VF流动。 此时，可通过控制电路切换至逆组晶闸管装置VR，使其在逆变流状态下工作。 26，VR变频器处于状态：此时，r 90，E |Ud0r|，n 0电机输出电量实现再生制动。p，Id，27，c )机械

8、特性范围，c )机械特性运转范围，整流状态： V-M系统在第一象限动作。 变频器状态： V-M系统在第2象限工作。 在28、4.v-m系统的四象限运转、可逆调速系统中，正转运转时能够通过反组晶闸管实现再生制动，反转运转时也同样能够通过正组晶闸管实现再生制动。 这样，通过采用2组闸管装置的反并联连接，能够实现电动机的四象限运转。 总之，可逆回路正反转时的晶闸管装置和电动机的动作状态如表4-1所示。29、表3-1 V-M系统的反并联可逆线路的工作状态、30、反并联可控硅装置的其他应用，即使是不可逆的调速系统，只要需要快速的再生制动，总是采用两组反并联可控硅装置，从正组提供电动运行所需的整流供电，反

9、组则采用逆变器跳闸此时，两组晶闸管装置的容量的大小可以不同，反组也可以仅在短时间内向电动机供给制动电流，而不供给稳定运转的电流，实际采用的容量小。31、3.2可逆调速系统中的环流分析，1 .环流的定义为采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，当两组装置的整流电压同时出现时，产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流动的短路电流，称为环流，如下图所示。32、2 .环流的形成，Id、Ic、Ic环流Id负载电流，33、3 .环流的危害和利用，(1)危害：一般来说，这种环流不利于负载。 (2)利用：只要合理控制环流，保证晶闸管的安全工作，环流可以作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在无负载或轻负载时在晶闸

10、管装置的电流连续区工作，避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。 34，3 .根据环流的分类、情况，(1)静态环流二组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中有两种：直流平均环流由晶闸管装置输出的直流平均电压产生的环流称为直流平均环流。 瞬时脉动环流2组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但根据电压波形的不同，产生瞬时电压差脉动的环流，称为瞬时脉动环流。 35，3 .环流的分类(续)，(2)动态环流是指可逆vm系统仅在过渡过程中出现的环流。 本文主要分析了静态环流形成的原因，探讨了其控制方法和抑制措施。36、3.2.2直流平均环流的产生原因和消除方法、两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，

11、正组VF和反组VR均为整流状态时，两组的直流平均电压为正负相连，必然产生大的直流平均环流。 为了防止直流平均环流的发生，必须采取必要的措施。 例如，a .采用协调控制策略，使一个晶闸管装置在整流状态下工作，另一个晶闸管装置在逆变器状态下工作，b .采用阻止触发脉冲的方法，随时只允许一组晶闸管装置工作。 37、(1)根据控制原理，为了防止直流平均环流的发生，当正组处于整流状态时，将反组强制变为逆变状态，控制其振幅，用逆变电压推压整流电压，则直流平均环流为零。 在Ud0r=Ud0f、Ud0f=Ud0 max cosf Ud0r=Ud0 max cosr中，f和r分别是VF和VR的控制角度。38、两

12、组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压Ud0max相同，因此在直流平均环流为零的情况下，如果cos r=cos f或r f=180 (3-3)的逆组的控制用逆变器角r表示，则f=r，更可靠地进行直流平均环流能够采用40、(2)的协调控制方法，为了实现协调控制，将两个晶闸管装置的触发脉冲0都设定为90，即，在控制电压Uc=0时，f=r=90，此时，能够设为ud0f=ud0r的控制电压Uc的移相变大这样的触发控制电路如下图所示。 在41、(3)=协调控制电路、42、图示的电路中，采用相同的控制电压对两组触发装置进行控制，正组触发装置GTF由Uc进行直接控制，反组触发装置GTR进行控制，通过反转器AR

13、来得到。 43、(4)=协调控制特性、=协调控制系统的移相控制特性如下图所示。 移相时，如果一个晶闸管装置处于整流状态，则另一个晶闸管装置处于逆变状态。 这意味着控制角的动作状态。 44、图3-9控制相移特性，(4)=相移控制特性(接着)、- Ucm、Uc、45、(5)=控制相移控制的动作状态，反相器等待状态实际上此时反相器组除了环流以外不流动逆变器状态是在制动时，发出信号改变控制角后，同时降低整流电压和逆变器电压的振幅，到达电动机反电动势E |Ud0r|=|Ud0f|时，整流组的电流被切断，逆变器组才接通逆变器动作，使电动机产生再生制动，使电力逆变、46、(5)=控制的动作状态(继续)、整流

14、等待状态同样，逆变器组动作时，另一组也在整流等待，可以称为“整流等待状态”。 因而，能够在=协调控制的情况下，负载电流迅速地从正向到反向(或从反向到正向)平滑地转移，并且，无论何时，实际上只有一个晶闸管器件操作，而另一组处于待操作的状态。 (47 )最小逆变器角限制，为了防止可控硅装置在逆变器状态下工作中逆变器角过小而换流失败，发生“逆变器间谍”现象，必须对控制电路采用限制作用，形成最小逆变器角min保护。 与此同时，为了避免产生Ud0f Ud0r而产生直流平均环流，对角也实施了min保护。 通常，48、3.2.3瞬时脉动环流及其抑制，(1)瞬时脉动环流的产生原因：通过采用协调控制消除了直流平

15、均环流，但由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，整流和逆变器电压波形产生差异，产生瞬时脉动环流，该瞬时脉动环流自然存在，因此控制环流与可逆系统结合49、(2)瞬时脉动环流的发生状况例瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小根据控制角而不同。 现以f=r=60为例，分析三相零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况，在此采用零式线路只是为了描绘波形。 三相零式逆并联可逆线路、Id、Icp、51、三相零式逆并联的电压波形、d )、53、瞬时脉动环流的直流分量，晶闸管的内阻小，所以环流电路的阻抗主要是电感，因此， 不能突变，延迟到ud0，另外，由于晶闸管的单向导电性，只能单向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流成分Icp (参照图3-10d )，但在性质上与平均电压差引起的直流平均环流完全不同。 54、(3)瞬时脉动环流的抑制，直流平均环流可以通过配比控制消除，但瞬时脉动环流自然存在。 为了抑制瞬时脉动环流，可以在环流电路中串联放入电抗器，称为环流电抗器或均衡电抗器，如图3-1