(运动控制系统习题集解直流部分3.docVIP

习题四 可逆直流调速系统和位置随动系统 4-1 晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时,为什么必须采用可逆线路? 答: 在晶闸管-电动机调速系统中，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。 这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。 4-2 4-2 试画出采用单组晶闸管装置供电的晶闸管-电动机(V-M)系统, 在整流和逆变状态下的机械特性,并分析这种机械特性适合于何种性质的负载. 单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态 a）整流状态：提升重物，a 90°，Ud0 E，n 0 由电网向电动机提供能量。 b）逆变状态：放下重物 a 90°，Ud0 E，n 0 由电动机向电网回馈能量。 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。 4-3 解释待逆变、正组逆变和反组逆变， 并说明这三种状态各出现在何种场合下。 待逆变状态：实际上，这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。 逆变状态：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值，一旦电机反电动势 E |Ud0r| = |Ud0f|，整流组电流将被截止，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网。 同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。 4-3 分析配合控制的有环流可逆系统反向启动和制动的过程。画出各参变量的动态波形，并说明在每个阶段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各处于什么状态。 ① 整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I. 本组逆变阶段； II.它组制动阶段。现以反向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。 I. 本组逆变阶段 在这阶段中，电流由反向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过反组VF流通，具体过程如下：发出停车（或正向）指令后，转速给定电压突变为零（或正值）；ASR输出跃变到负限幅值 -U*im ； ACR输出跃变成正限幅值 +Ucm ；反组VR由整流状态很快变成的逆变状态，同时正组VF由待逆变状态转变成待整流状态。在VR-M回路中，由于VR变成逆变状态，极性变正，而电机反电动势 E 极性未变，迫使电流迅速上升，主电路电感迅速释放储能，企图维持反向电流，这时大部分能量通过 VR 回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。由于电流的迅速上升，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化。 Ⅱ.它组制动阶段 当主电路电流上升过零时，本组逆变终止，第 I 阶段结束，转到正组 VF 工作，开始通过正组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。 它组制动阶段又可分成三个子阶段： 它组建流子阶段；?它组逆变子阶段；?反向减流子阶段。 它组建流子阶段：Id过零并反向，直至到达+Id 以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为 +Ucm 。这时，VF和 VR 输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供 +Id 。 由于正组整流电压 Ud0r 和反电动势 E的极性相同，正向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。 它组逆变子阶段：当反向电流达到 – Idm 并略有超调时，ACR输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VF回到逆变状态，而 VR 变成待整流状态。此后，在ACR的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流 + Idm ，电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过 VF 逆变回馈电网，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过程中的主要阶段。 反向减流子阶段：在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持 -Idm，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感 L上的感应电压 LdId/dt 支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。 ② 反向起动：如果需要在制动后紧接着反转，Id = -Idm的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系统的优点，适用于要求快速正反转的系统。