第3章可逆、弱磁控制的直流调速系统-复习.pptVIP

运动控制系统 内 容 提 要 可逆直流调速系统 弱磁控制的直流调速系统 3.1 可逆直流调速系统 电动机不仅要能提供带动生产机械运动的电动转矩，还能产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。 直流电动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，问题就变得复杂起来了。 调速系统的四象限运行 以转速和电磁转矩的坐标系表征之，就是要求运动控制系统具有在该坐标系上作四象限运行的功能，由于这样的调速系统转速可以反向，故称作可逆调速系统。 3.1.1 相控整流器-可逆直流调速系统的 主回路结构 对卷扬机械这一类位能性负载，其特点是在运动过程中负载转矩恒定（不计空载损耗的影响），它贯穿于Ⅰ、Ⅳ象限。 当调速系统带有这一类负载时，不论作正向运行还是反向运行，电机的电磁转矩大小与方向都不变，与TL相等； 其运行状态有正转——电动状态、与反转——制动状态两种。 单组V-M系统 图3-2 单组V-M系统带位能性负载时的整流和逆变状态 单组晶闸管装置的整流状态 当α90°时，平均整流电压Ud为正，且理想空载电压Ud0E（E为电机反电动势），输出整流电流。 电机产生电磁转矩作电动运行，提升重物。 电能从交流电网经晶闸管装置V传送给电动机，V处于整流状态，V-M系统运行于第一象限。 单组晶闸管装置的有源逆变 当α90°时， Ud为负，晶闸管装置本身不能输出电流，电机不能产生转矩提升重物。 重物靠本身的重量下降，迫使电机反转，感生反向的电动势，图中标明了它的极性。 产生了与整流时同方向的电流，产生了与提升重物同方向的转矩，起制动作用。 电动机处于带位能性负载反转制动状态，将重物的位能转化成电能，通过晶闸管装置V回馈给电网。 V工作于逆变状态，V-M系统运行于第四象限。 两组晶闸管装置反并联的整流和逆变 当要求直流电动机能工作在正向电动（象限Ⅰ）和反向电动（象限Ⅲ）状态时，电动机需要产生正向或反向的电动转矩。 在励磁电流维持额定且方向不变时，需要改变电枢电流方向来改变电动机的转矩方向。 由于晶闸管的单向导电性，通常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。 反并联的可逆线路 图3-3 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路 正组晶闸管装置VF整流 反组晶闸管装置VR逆变 机械特性范围 V-M系统的四象限运行 在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。 采用两组晶闸管装置的反并联，可实现电动机的四象限运行。 对于不可逆调速系统，如果它需要快速的制动，它也需要采用两组反并联的晶闸管装置，实现回馈制动，否则它只能是自由停车或者是能耗制动了，效果都较差。 表3-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态 3.1.2 可逆V-M系统的环流 在使用反并联的V-M可逆电路时，在一定的条件下，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。 原因是两组晶闸管装置的输出存在电压差。 环流的形成 图3-5 反并联可逆V-M系统中的环流 Id--负载电流 Ic--环流 Rrec--整流装置内阻 Ra--电枢电阻 配合控制原理 当正组VF和反组VR都处于整流状态时，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的环流。 如果在正组处于整流状态，ud0f=+时，强迫让反组处于逆变状态， ud0r =-，且幅值与ud0f相等，使逆变电压把整流电压顶住，则环流为零。 于是 α=β配合控制 当环流为零时，应有 或 （3-1） 如果反组的控制角用逆变角表示，则 （3-2） “待”工作状态 在配合控制下工作的两组晶闸管装置始终都是一组整流装置在工作，另一组不工作。 不工作是指该组整流装置不导通，其直流侧无输出电流，但它的驱动触发信号仍然存在，此不工作状态被称为“待”工作状态。 整流与待逆变 在正向运行时： VF组是整流状态，RF组是待逆变状态， ，或 ， 由于整流装置的单向导电性，只能是VF组晶闸管工作，VR组晶闸管待工作。 待整流与逆变 在正向制动的回馈制动时： 把动能转换为电能送回电网，根据制动电流的要求，改变了触发控制角的大小， ，或 ， 由于整流装置的单向导电性，反向电流只能通过VR组晶闸管的逆变工作状态返回电网，VF组晶闸管变成为待整流工作状态。 α=β配合控制方法 为了实现配合控制