电力拖动自动控制系统陈伯时第四章.ppt

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 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四四象象限限运运行行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统可逆的调速系统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然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性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 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，如果两组装置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，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。

n利用：对环流进行控制，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工作在晶闸管装置的电流连续区，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静静态态环环流流两两组组可可逆逆线线路路在在一一定定控控制制角角下下稳稳定定工工作作时时出出现现的的环流直直流流平平均均环环流流由由晶晶闸闸管管装装置置输输出出的的直直流流平平均均电电压压所所产产生生的的环环流流称称作直流平均环流作直流平均环流瞬瞬时时脉脉动动环环流流两两组组晶晶闸闸管管输输出出的的直直流流平平均均电电压压差差为为零零，但但因因电电压压波形不同，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，只允许一组晶闸管装置工作；采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组那么工作在逆变状态。

配合控制原理配合控制原理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，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装置相同，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 如果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 University 配合控制方法配合控制方法 为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90，即n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n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，如果一组晶闸管装置处于整流状态，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的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 =配合控制的配合控制的工作状态工作状态n待逆变状态待逆变状态 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“待逆变状待逆变状态，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等态，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作n逆变状态逆变状态 只有在制动时，当发出信号改变只有在制动时，当发出信号改变控制角后，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工作，组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。

网n待整流状态待整流状态 当逆变组工作时，另一组也是当逆变组工作时，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“待整流状态待整流状态n 在在 =配合控制下，负载电流可以迅速地从配合控制下，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，在任正向到反向或从反向到正向平滑过渡，在任何时候，只有一组晶闸管装置在工作，另一组那何时候，只有一组晶闸管装置在工作，另一组那么处于等待工作的状态么处于等待工作的状态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.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 产生原因产生原因 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。

这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此 =配配合控制有环流可逆系统合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统自然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 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，或称均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+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-.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装置反并联的可逆线路。

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行的需要，给定电压、转速反响电压、电流反响电压都应该能够反映正和负的极性给定电压：正转时，KF闭合，U*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：转速调节器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；电流调节器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 n反转时：l 0，r 90，VR整流：Ud0r=“+”；lUc 0，f 0，f 90，VF整流：Ud0f=“+”；l 0，r 90，VR逆变：Ud0r=“-”n停转时：Uc=0，r=f =90，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&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无环流控制可逆系统控制可逆系统。

系统分类系统分类 按照实现无环流控制原理的不同，无环流可逆系统有两大类：l 逻辑控制无环流系统；l 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 University 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 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路硬件或逻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，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从根本上切断了环流的通路l错位控。