1、第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统6.0 6.0 概概 述述直流调速直流调速:1)1)较大的起动转矩，良好的起动、制动性能较大的起动转矩，良好的起动、制动性能 2 2）较宽范围内性能平滑调速）较宽范围内性能平滑调速 3 3）直流闭环控制理论和应用实践方面较为成熟）直流闭环控制理论和应用实践方面较为成熟 4 4）产品特点，我国：模拟直流调速器）产品特点，我国：模拟直流调速器 国外：如欧陆直流数字调速器、西门子直流数字调速器国外：如欧陆直流数字调速器、西门子直流数字调速器 5 5）体积大、结构复杂，容量受限制、价格高，但应用量大）体积大、结构复杂，容量受限制、价格高，但应用量大 价格：价
2、格：20002000元元/kW/kW？6)种类：单闭环直流调速系统，双闭环直流调速系统，可逆直流调速系统，脉宽直流调速系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统交流调速：交流调速：2020世纪世纪2020年代以来年代以来 1 1）省去了换向器，结构简单、结实、紧凑、维修工作量小、运行效率高（）省去了换向器，结构简单、结实、紧凑、维修工作量小、运行效率高（95%95%？）、？）、转动惯量小、动态响应快转动惯量小、动态响应快 定子传入转子的电磁功率定子传入转子的电磁功率P PM M，转差功率，转差功率P Ps s=sP=sPM M，P Ps s去向是调速系统效率高低的标志，去向是调速系统效率
3、高低的标志，及及s s大大PsPs则大，效率低则大，效率低 2 2）易于实现数字化，价格低廉、性能优良）易于实现数字化，价格低廉、性能优良 3 3）容易实现高电压、大容量、高速化）容易实现高电压、大容量、高速化 价格：价格：15001500元元/kW/kW？4)4)种类：异步电机变频调速-变压变频调速控制、矢量变换控制、直接转矩控制 同步电机的变压变频调速控制、矢量变换控制第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统61单闭环直流调速系统1.单闭环有静差调速系统（1）采用晶闸管变流器供电的调速方法，通过调节触发器的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。第第6章章 直
4、流传动控制系统直流传动控制系统直流电动机的转速n和其它参量的关系可表示为：n=Ea/Ce n=Ea/Ce =(U-IaRa)/=(U-IaRa)/CeCe =U/=U/CeCe-RaT/-RaT/CeCCeCT T 2 2 =KpKv=KpKvU/Ke -(Ra+Rn)Id/KeU/Ke -(Ra+Rn)Id/Ke =n=n0 0-n neaaaCRIUn第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统负载变化时调节原理：1）平衡点A点：开环机械特性曲线1 Id1,n1,Ufn1 U1=Usn-Ufn1 n01=K KpK KvU U1/K/Ke 2）负载转矩增大：电机转速降低,Id将增大 Ufn
5、U1 Uc将增大 减小触发器脉冲移相角 提高晶闸管整流输出给电机的电压平均值 电机机械特性上移 转速上升第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统负载变化时调节原理：3)新的平衡点B:开环机械特性曲线2 Id2,n2,Ufn2 U2=Usn-Ufn2U1 n02=K KpK KvU U2 2/K/Ke n01 4)转速负反馈单闭环调速系统静特性-不同电压的机械特性曲线3 特点:闭环系统静特性硬度比开环系统要高第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（2）调速系统静态特性 1）假设条件 忽略系统中的各种非线性因素,满足线性关系 假定晶闸管变流器提供的电流是连续的 忽略直流电源和电位器的等效
6、内阻 2）静态方程 电压比较环节：电压比较环节：U=Usn-Ufn 放大器：放大器：U Uc=K=KpU U 晶闸管变流器：晶闸管变流器：U Udo=K=KvU Uc 晶闸管晶闸管电动机系统开环机械特性：电动机系统开环机械特性：n=n=U Udo-(R-(Ra+R+Rn)I)Id/K/Ke 测速发电机：测速发电机：U Ufn=K=Kfnn n U Uc-触发器移相控制电压（触发器移相控制电压（V V）U Udo-晶闸管变流器空载电压（晶闸管变流器空载电压（V V）K Kfn-测速发电机的电压反馈系数测速发电机的电压反馈系数(V/(r/min)(V/(r/min)图6.4 单闭环调速系统框图图6
7、.5 晶闸管直流调速系统原理图UcUdoUsnUfn第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统(a)晶闸管供电的调速电路(b)晶闸管供电时调速系统的机械特性 晶闸管变流器供电的调速电路第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3 3）方框图）方框图 闭环静特性方程：闭环静特性方程：n=K n=KpK KvU Usn/K Ke(1+K)(Ra+Rn)I(1+K)(Ra+Rn)Id/K Ke(1+K)(1+K)=noc-n nc 闭环系统开环放大系数：闭环系统开环放大系数：K=KK=KpK KvK Kfn/K Ke 斜率：-(R(Ra+R+Rn)/K Ke(1+K)(1+K)截距：K KpK
8、KvU Usn/K Ke(1+K)(1+K)开环静特性方程：开环静特性方程：n=K n=KpK KvU Usn/K Ke (Ra+Rn)I (Ra+Rn)Id/K Ke=noo-n no 特点：相同负载下，闭环静态速降n nc为开环静态速降n no的1/（1+K），系统静特性硬度得到大大提高第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统4 4）特点）特点 系统有静差，因比例调节器放大倍数不可能无穷大，无法消除静差；反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，有效抑制前向通道上的干扰，减小对静态转速的影响；对于给定电源和被调量检测装置中的扰动无能为力，因此，系统精度依赖给定稳压电源和反馈量检测元件的精度；
9、静特性变硬，调速范围宽，系统抗扰动性能好；不足：起动时冲击电流太大第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统2 2单闭环无静差单闭环无静差调速系统 实现无静差调速，可以引入误差量对时间的积分环节。（1 1）I I调节器调节器 输入突变，输出不发生突变；输入为零时，输出保持不变输入突变，输出不发生突变；输入为零时，输出保持不变第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（2 2）PIPI调节器调节器 输入突变，输出也发生突变；输入为零时，输出保持不变输入突变，输出也发生突变；输入为零时，输出保持不变第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（3 3）PIPI调节器组成的无静差调速系统调节器组
10、成的无静差调速系统 1)1)积分调节过程积分调节过程 起动时突然增大起动时突然增大U Usn 电机转速变化缓慢电机转速变化缓慢 U Ufn很小很小 PI PI输入电压输入电压U U=U Usn-U Ufn较大较大 U Uc 达到较大值达到较大值 U Udo瞬时达到较大值并不断增大瞬时达到较大值并不断增大 电枢电流迅速产生一个较大冲击，电枢电流迅速产生一个较大冲击，电机转速迅速升高，电机转速迅速升高，起动过程较快起动过程较快 稳定运行时，稳定运行时，U Ufn=U=Usn,U U=0,=0,U Uc保持 不变，实现无静差调速具有比例积分调节的无差调速系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系
11、统2）负载转矩突然增大时系统调节过程 负载转矩突然增大-电机转矩来不及跟随负载转矩变化 电机转速n下降-Ufn减小,U0，Uc增大，减小触发器脉冲移相角，提高晶闸管整流输出给电机的电压平均值Udo，Id将增大T与TL重新平衡，电机转速n回升到原来的数值3）负载转矩突然减小时系统调节过程 会暂时产生动态转速，转速升高第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统4）系统减速制动过程-减速：Usn突然减小 转速不能立即减小，UfnUsn，U0 转速调节器ASR输出电压|Usi|增大 通过ACR减小触发器脉冲移相角，提高晶闸管整流输出给电机的电压平均值Udo Id将增大 电机转矩增大、转速上升 当Id
12、达到整定最大值Idm时，ASR输出电压达到限幅度值-Usim，失去调节作用 电流调节器ACR在最大给定输入电压下，只能使电流保持Idm不变 当负载转矩略大于电机最大转矩Tmax时，转速开始被迫下降、一直到零第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3双闭环调速系统的动态特性双闭环调速系统的动态特性（1 1）起动过程分析条件：起动突然给定输入信号）起动过程分析条件：起动突然给定输入信号U Usnsn（2 2）三阶段起动过程）三阶段起动过程 t t0-0-t t1 1 t t1-1-t t2 2 t t2-2-t t4 4-第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3双闭环调速系统的动态特性双
13、闭环调速系统的动态特性1 1）电枢电流迅速上升阶段：）电枢电流迅速上升阶段：t t0-0-t t1 1 ASR:ASR:饱和饱和,开环开环,ASR,ASR输出为输出为-U-Usimsim ACR:ACR:不饱和不饱和,正常正常,ACR,ACR输出电压输出电压U Uc c迅速上升，变流器输出电压迅速上升，变流器输出电压U Udodo迅速上升，迅速上升，I Id d迅速从零开迅速从零开始增大，直到始增大，直到I Id dIIL L,电机开始转动，转速上升，且随电机开始转动，转速上升，且随IdId的增大逐渐升高的增大逐渐升高-第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统2)2)电枢电流保持最大整定电
14、流阶段：电枢电流保持最大整定电流阶段：t t1-1-t t2 2 I Id d：上升至：上升至I Idmdm n n：上升到：上升到n ns s,起动的主要阶段起动的主要阶段 ASR ASR：饱和，转速处于开环状态，输出为：饱和，转速处于开环状态，输出为-U-Usimsim ACR ACR：维持：维持I Id d为为I Idmdm,电机转速电机转速n n上升，反电动势上升，反电动势E EM M也在升高也在升高 I Id d=（U Udodo-E-EM M）/R/R减小，减小，U Ufifi下降，下降，U Uc c上升，增大上升，增大U Udodo，维持，维持I Id d为为I Idmdm，保持
15、转速以最大整定加速度线性增长，保持转速以最大整定加速度线性增长第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3 3）电枢电流由）电枢电流由I Idmdm降至降至I IL L阶段阶段:t t2 2-t-t3 3-t-t4 4，ASRASR、ACRACR同时起作用同时起作用 I Id:d:I Idm dm n n：超过：超过n ns s，出现超调，出现超调 ASR:ASR:输出为输出为-U-Usimsim，U Usn sn-U-Ufn fn 0,0,退出饱和退出饱和 ACR:-U ACR:-Usisi下降下降,U,Uc c减小减小,U,Udodo下降，下降，E EM M也在升高，也在升高，I Id
16、d从从I Idmdm下降下降 t t3 3时时:I:Id d I IL L,n,n下降趋于下降趋于nsns，E EM M下降，下降，U Udodo回升，回升，I Id d回升到回升到I IL L t t4 4时：进入稳定状态时：进入稳定状态第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统双闭环调速系统设计 双闭环调速系统框图 对多环系统，一般是先内环、后外环，逐环进行设计。当设计外环时，可以把内环看作是外环中的一个环节。对于每一个闭环，总是先按工艺提出的性能指标，确定要设计的典型系统，然后选择适当的调节器，再按性能指标选择调节器参数。由于电流检测信号通常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数按
17、需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号的交流分量，同时也给反馈信号带来延迟。为了平衡这一延迟，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是：让给定信号和反馈信号经过同样的延迟，使两者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便双闭环调速系统的动态结构图第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 6.6.3可逆直流调速系统 问题问题:(1)(1)正反转正反转 (2)(2)电气制动、缩短制动时间电气制动、缩短制动时间 方案方案：改变电磁转矩方向：改变电磁转矩方向 T=C T=CT T I Id d （1 1）通过改变电枢电压极性，改变）通过改变电枢电压极性，改变电流电流
18、I Id d方向方向-电枢可逆电枢可逆 （2 2）通过改变励磁电流方向）通过改变励磁电流方向磁场可逆磁场可逆 第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统1.1.电枢可逆系统与磁场可逆系统的比较电枢可逆系统与磁场可逆系统的比较 方式方式 适用场合适用场合 手手 段段 方案方案 特点特点电枢反接电枢反接 数十数十kW kW 整流整流+四只晶闸管四只晶闸管 简单简单可逆线路可逆线路 以下以下 换电压极性换电压极性 接触器接触器 经济经济 两组反并联晶闸管两组反并联晶闸管 避免同时整流引起电源短路避免同时整流引起电源短路 三相桥式反并联线路三相桥式反并联线路 两条环流回路，两条环流回路，4 4只限流
19、电抗器只限流电抗器 交叉连接线路交叉连接线路 一条环流回路，一条环流回路，2 2只限流电抗器只限流电抗器 第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 方式方式 适用场合适用场合 方案方案 特点特点 励磁反接励磁反接 系统容量大系统容量大 采取强迫励磁采取强迫励磁 一组晶闸管整流、一组晶闸管整流、可逆线路可逆线路 快速性要求不高快速性要求不高 反向过程增加反向过程增加2-52-5倍倍 供电晶闸管（反并联、交叉连接）供电晶闸管（反并联、交叉连接）正反转不频繁正反转不频繁 反向励磁电压反向励磁电压 励磁功率为电机的励磁功率为电机的35%35%励磁减弱到零
20、时励磁减弱到零时 反接励磁所需晶闸管装置容量小反接励磁所需晶闸管装置容量小 电枢电压为零电枢电压为零-励磁反向时间长达励磁反向时间长达10s10s以上以上第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统2.2.晶闸管和电动机的工作状态晶闸管和电动机的工作状态 （1 1）晶闸管的不同工作状态）晶闸管的不同工作状态 整流：整流：向电动机输送电能向电动机输送电能 条件条件11控制角控制角90EEM M（负载侧反电动势）（负载侧反电动势）逆变：逆变：向电网回馈电能向电网回馈电能 条件条件11控制角控制角9090，整流装置输出负的平均电压，整流装置输出负的平均电压U Ud d 条件条件22外电路必须有一个直
21、流电源，极性与外电路必须有一个直流电源，极性与U Ud d同，且同，且 大于大于|U|Ud d|设置设置minmin保护，一般保护，一般min min=30=30第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 2 2）电动机的运行状态）电动机的运行状态第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 2 2）电动机的运行状态）电动机的运行状态 可逆系统电机四象限运行可逆系统电机四象限运行系统工作状态系统工作状态 正向运行正向运行 正向制动正向制动 反向运行反向运行 反向制动反向制动转速方向转速方向 正转正转 正转正转 反转反转 反转反转晶闸管工作晶闸管工作 正组整流正组整流 反组逆变反组逆变 反组整
22、流反组整流 正组逆变正组逆变 组别和状态组别和状态 电枢电压极性电枢电压极性 +-+-电枢电流极性电枢电流极性 +-+-+电磁转矩方向电磁转矩方向 +-+-+电磁转矩性质电磁转矩性质 驱动驱动 制动制动 驱动驱动 制动制动电动机运行状态电动机运行状态 电动电动 发电发电 电动电动 发电发电电压与电动势的电压与电动势的|U|Ud d|E|EM M|U|Ud d|E|E|EM M|U|Ud d|E|EM M|大小关系大小关系能量转换状况能量转换状况 电动机吸取电能电动机吸取电能 电能回馈电能回馈 电动机吸取电能电动机吸取电能 电能回馈电能回馈晶闸管控制角晶闸管控制角 909090 909090机械
23、特性所在象限机械特性所在象限 I II III IVI II III IV第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统可逆系统电机四象限运行可逆系统电机四象限运行第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3.3.电枢可逆系统的环流问题电枢可逆系统的环流问题环流问题：由两组晶闸管变流装置组成的可逆线路中，影响系统安全工作并决定可逆系统性质环流I Ic c：不流过负载（电动机、其他负载电动机、其他负载），只在两组晶闸管之间流通的短路电流环流分类：(1)静态环流-可逆系统中,晶闸管装置在一定的控制角下稳定工作时，出现的环流 静态环流又分为：脉动环流(又称交流环流)、直流环流 (2)动态环流晶闸管晶
24、闸管触发相位突然改变，触发相位突然改变，系统由一种工作状态变为另一种工系统由一种工作状态变为另一种工作状态的过渡过程中所出现的环流作状态的过渡过程中所出现的环流第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 (1)(1)静态环流静态环流-直流环流与配合控制直流环流与配合控制 1 1）连接：）连接：V VF F正转组，共阴接法正转组，共阴接法 V VR R反转组，共阳接法反转组，共阳接法 2 2）环流产生：）环流产生：V VF F、V VR R组均在组均在9090时加触发脉冲，整流电压时加触发脉冲，整流电压串联串联，形成，形成i ic c，流过晶闸管变流
25、器，流过晶闸管变流器，烧坏晶闸管器件烧坏晶闸管器件第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 3 3）措施：）措施：V VF F在在f f909090时加触时加触发脉冲，工作在发脉冲，工作在待逆变状态待逆变状态，U Udfdf=U=Udrdr（或（或U UdfdfUUdrdr ）4)4)消除直流环流条件：消除直流环流条件：f fr r f-f-V VF F正转组触发控制角，正转组触发控制角，00f f9090；r rVVR R反转组触发控制角，反转组触发控制角，r r=180-=180-r r第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 采用采用=配合控制方式，触发脉冲的零位都定在配合控制方
26、式，触发脉冲的零位都定在9090 同时，两组触发装置的电压相等、符号相反同时，两组触发装置的电压相等、符号相反 控制电压控制电压UcUc增大，增大，f f 减小，正组晶闸管变流器进入整流状态，减小，正组晶闸管变流器进入整流状态，U Udfdf增大增大 r r增大或增大或r r减小，反组晶闸管变流器进入逆变状态，减小，反组晶闸管变流器进入逆变状态，U Udrdr增大，增大，f f=r r，U Udfdf=U=Udrdr ，min min=minmin=30=30=工作制配合控制的可逆线路第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统(2)(2)静态环流静态环流-脉动环流及其抑制脉动环流及其抑制 1
27、 1）原因：正组、反组晶闸管输出电压平均值相等，但是瞬时值不同）原因：正组、反组晶闸管输出电压平均值相等，但是瞬时值不同,整流电整流电压瞬时值大于逆变电压瞬时值，产生压瞬时值大于逆变电压瞬时值，产生正向瞬时电压差正向瞬时电压差u udodo,产生瞬时电流产生瞬时电流 瞬时电压差、瞬时电流与控制角还有关瞬时电压差、瞬时电流与控制角还有关 2 2）u udodo=U=Udfdf-U-Udrdr 环流回路的阻抗主要是电感，电流环流回路的阻抗主要是电感，电流i icpcp不能突变，落后于电压不能突变，落后于电压u udodo，一个方向，一个方向脉动脉动第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 3
28、3）措施：环流回路串电抗器）措施：环流回路串电抗器L Lc1c1、L Lc2c2，二者交替工作，即，二者交替工作，即，V VF F整流时，整流时，L Lc1c1饱饱和、和、L Lc2 c2；限制环流；限制环流；V VR R整流时，整流时，L Lc2c2饱和、饱和、L Lc1c1限制环流限制环流第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统4.4.电枢可逆自然环流调速系统电枢可逆自然环流调速系统 （1 1）电枢可逆自然环流调速系统的组成和原理）电枢可逆自然环流调速系统的组成和原理 1 1）定义）定义:自然环流自然环流系统中没有直流环流、只有脉动环流系统中没有直流环流、只有脉动环流 2 2）控制：）
29、控制：=配合控制配合控制第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3 3）原理框图：）原理框图：主电路：两组晶闸管反并联接线、主电路：两组晶闸管反并联接线、4 4个环流电抗器（个环流电抗器（L Lc1c1、L Lc2c2、L Lc3c3、L Lc4c4）、）、1 1个平波电抗器个平波电抗器L Ld d、霍尔电流变换器、霍尔电流变换器TATA检测直流电流、测速发电机检测直流电流、测速发电机TGTG检测转速检测转速 控制器：转速、电流双闭环控制控制器：转速、电流双闭环控制 ASR ASR速度调节器、速度调节器、ACRACR电流调节器电流调节器 第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 双响输
30、出限幅双响输出限幅:最大动态电流、最小控制角最大动态电流、最小控制角minmin 、最小逆变角、最小逆变角minmin 增加放大系数增加放大系数“-1-1”反号器：满足反号器：满足U Uc c=-U=-Uc c，保持，保持=配合控制配合控制）工作过程：）工作过程：正向运行：一组变流器处于整流状态另一组为待逆变状态：正向运行：一组变流器处于整流状态另一组为待逆变状态：整流组整流组 E EM MUUd d 逆变组逆变组|U|Ud d|=|U|=|Ud d|E EM M|U|U|Ud d|=U|=Ud d 整流组电流截止、逆变组投入逆变，电机回馈制动整流组电流截止、逆变组投入逆变，电机回馈制动另一组
31、为另一组为“待整流状态待整流状态”确保负载电流按照正反两个方向平滑过渡确保负载电流按照正反两个方向平滑过渡特点：一组晶闸管变流装置工作、另一组处于等待工作状态特点：一组晶闸管变流装置工作、另一组处于等待工作状态第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统(2)(2)动态过程分析动态过程分析 过程过程:正向制动正向制动本桥逆变、它桥制动阶段本桥逆变、它桥制动阶段 反向起动反向起动与转速、电流不可逆双闭环系统一样与转速、电流不可逆双闭环系统一样初始条件：恒转矩负载、原来工作在正向电动运行初始条件：恒转矩负载、原来工作在正向电动运行状态状态 正组变流装置正组变流装置VFVF整流状态、整流状态、0t0
32、t1 1阶段阶段 U Usnsn、U Ufnfn为正，为正，U Usisi为负、为负、U Ufifi与与U Uc c为正、为正、f f9090、r r90 U Udfdf反反组组VRVR不输出整流电流，处于待整流状态不输出整流电流，处于待整流状态第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统2 2）它桥制动阶段：）它桥制动阶段：t t2 2tt3 3、t t3 3tt4 4，L Ld d dIdId d/dt-E/dt-EM M UIIdmdm，反组，反组VRVR回到逆变状态、正组回到逆变状态、正组VFVF处于待整流状态处于待整流状态 电机动能回馈电网电机动能回馈电网3 3）反向起动阶段：）反向
33、起动阶段：t t4 4tt5 5 VR VR整流、整流、VFVF待逆变待逆变 小结：电流、转速连续变化，小结：电流、转速连续变化，ASRASR饱和饱和第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 5.5.可控环流的可逆调速系统可控环流的可逆调速系统 （1 1）环流及其利用）环流及其利用 1 1）环流增加整流变压器和晶闸管容量）环流增加整流变压器和晶闸管容量 2 2）环流特点）环流特点 较小的环流作为晶闸管的基本负载较小的环流作为晶闸管的基本负载 使晶闸管变流器工作在电流连续区使晶闸管变流器工作在电流连续区 避免因电流断续造成机械特性变软避免因电流断续造成机械特性变软 实现主电路电流无间断反向实
34、现主电路电流无间断反向 变流器切换无电流死区变流器切换无电流死区 提高系统的平滑性、连续性提高系统的平滑性、连续性第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3 3）环流利用）环流利用 主回路电流可能断续时，采用主回路电流可能断续时，采用 控制方式，使环控制方式，使环流为零流为零第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（2 2）可控环流可逆调速系统）可控环流可逆调速系统 1 1）主组晶闸管交叉连线）主组晶闸管交叉连线 2 2）ASRASR、ACRACR双闭环控制，其中，双闭环控制，其中，ACR1ACR1、ACR2ACR2两套（含电流互感器、调节两套（含电流互感器、调节器），分别控制正、反转
35、器），分别控制正、反转 3 3）在）在ACR1ACR1、ACR2ACR2输入端分别加上控制电流环节输入端分别加上控制电流环节给定电压给定电压-Usi-Usi，二极管二极管VDVD、电容、电容C C、电阻、电阻R R组成环流抑制电路组成环流抑制电路 4 4）ACR1ACR1、ACR2ACR2给定信号极性相反，一组整流时，另一组用于控制环流给定信号极性相反，一组整流时，另一组用于控制环流第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统 5 5）环流控制过程）环流控制过程 Usn=0 Usn=0时：时：ASR ASR输出输出Usi=0Usi=0 环流给定电压环流给定电压-Usi-Usi作用下，作用下，A
36、CR1ACR1、ACR2ACR2使两组变流装置处于微导通整流状态使两组变流装置处于微导通整流状态 在脉动环流基础上输出恒定直流环流在脉动环流基础上输出恒定直流环流If=IrIf=Ir 正向运行时：正向运行时：Usi0 Usi0,VD20,VD2截止截止,电压加到电压加到ACR2ACR2上上,抵消环流给定电压抵消环流给定电压-Usci-Usci的作用，的作用，并与电流给定信号大小有关并与电流给定信号大小有关 稳态时，环流被完全遏制住，正组流过负载电流，反组无电流流过稳态时，环流被完全遏制住，正组流过负载电流，反组无电流流过 与与R R、VD2VD2并联的电容并联的电容C C可以控制遏制环流的过渡
37、过程可以控制遏制环流的过渡过程 反向运行时：反组提供负载电流反向运行时：反组提供负载电流 正组控制环流正组控制环流第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统6 6）小结：）小结：利用环流避免电流出现断续区，系统正反向过渡过程没有死区，提高快速性利用环流避免电流出现断续区，系统正反向过渡过程没有死区，提高快速性 减少环流损耗减少环流损耗 适合应用于各种快速性要求高的可逆调速系统适合应用于各种快速性要求高的可逆调速系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统6.6.逻辑无环流可逆调速系统逻辑无环流可逆调速系统（1 1）思路：通过无环流逻辑控制器，根据系统的工作状态进行正反组自动）思路：通过无
38、环流逻辑控制器，根据系统的工作状态进行正反组自动切换切换 1 1）正组发出触发脉冲时封锁反组；）正组发出触发脉冲时封锁反组；2 2）反组发出触发脉冲时封锁正组；）反组发出触发脉冲时封锁正组；3 3）任何情况下，不允许两组变流器同时开放。）任何情况下，不允许两组变流器同时开放。确保主电路没有产生环流的可能确保主电路没有产生环流的可能第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（2 2）原理）原理1 1）根据电流极性决定开放组和封闭组）根据电流极性决定开放组和封闭组2 2）利用电流给定信号）利用电流给定信号UsiUsi极性变化作为逻辑切换必要条件极性变化作为逻辑切换必要条件3 3）系统由正向运行转
39、为反向运行时，）系统由正向运行转为反向运行时，UsiUsi由负变正，制动过程开始，电流没有反向前，由负变正，制动过程开始，电流没有反向前，仍需要保持正组开放，进行本组逆变，直到实际电流降到零时才能发出切换指令，即：仍需要保持正组开放，进行本组逆变，直到实际电流降到零时才能发出切换指令，即：封锁正组、开放反组，电流反向封锁正组、开放反组，电流反向4）切换条件：Usi变号、出现零电流信号5）关断延时：发出切换指令封锁原来工作的那组触发脉冲，封锁原工作组脉冲开放另一组脉冲 *脉动电流低于I0且持续一小段时间，才能确定电流已断开，可以封锁原工作组脉冲，避免出现逆变颠覆 *封锁原工作组脉冲，已触发的晶闸
40、管要到电流过零时才能真正关断，且关断一段时间才能恢复阻断能力，延时一段时间（75ms），才能开放另一组脉冲，确保无环流第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统6）原理框图 主电路：两组晶闸管变流器并联,无环流电抗器,保留平波电抗器Ld 控制回路：ASR、ACR双闭环系统，ACR1、ACR2分别控制正组、反组触发器 无环流逻辑控制器DLC：含电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护，输入为电流给定Usi、零电流检测信号Uio，输出为封锁正、反组脉冲信号Ublf、Ublr。（3）错位无环流可逆调速系统：一组工作时，并不封锁另一组触发脉冲，错开触发脉冲实现无环流6.4 6.4 直流脉宽调速系统直流
41、脉宽调速系统 全控型电力电子器件：全控型电力电子器件：GTOGTO、GTRGTR、IGBTIGBT、IGCTIGCT PWM PWM控制技术：利用电力电子器件导通与关断把直流电压变成电压脉冲控制技术：利用电力电子器件导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列序列 1 1）变压：通过控制电压脉冲的宽度、或周期达到）变压：通过控制电压脉冲的宽度、或周期达到 2 2）变频：通过控制电压脉冲的宽度、或脉冲序列的周期达到）变频：通过控制电压脉冲的宽度、或脉冲序列的周期达到 3 3）特点：相对晶闸管电机调速系统，具有特点为）特点：相对晶闸管电机调速系统，具有特点为 主电路简单、所需功率器件少、低速性能好、调速范
42、围宽、开关主电路简单、所需功率器件少、低速性能好、调速范围宽、开关频率高、快速性能好、波形系数好、附加损耗小、效率高、功率因数高频率高、快速性能好、波形系数好、附加损耗小、效率高、功率因数高 4 4）种类）种类 不可逆：不可逆：可可 逆：双极式、单极式、受限单极式逆：双极式、单极式、受限单极式1.1.不可逆直流脉宽调速系统不可逆直流脉宽调速系统（1 1）无制动作用）无制动作用 直流电源：直流电源：U Us s、采用大电容滤波，不可控整流电源、采用大电容滤波，不可控整流电源 V VD D：续流二极管：续流二极管 IGBT IGBT：脉冲电压：脉冲电压u uG G信号频率不变、脉冲宽度可调，开关频
43、率可高达信号频率不变、脉冲宽度可调，开关频率可高达50kHz 50kHz 占空比：占空比：=/T /T ，U Ud d=U Us s 改变改变就可以达到调速目的就可以达到调速目的 稳态时特点：脉动端电压稳态时特点：脉动端电压u ud d、电枢平均电压、电枢平均电压U Ud d 电枢电流电枢电流i id d（不能反向）、单象限（不能反向）、单象限（I I象限）运行、无制动作用象限）运行、无制动作用 转速转速n n、反电动势、反电动势E EM M恒值恒值 （2 2）有制动作用）有制动作用 特点：特点：I I（电动）、（电动）、IIII（制动）象限运行（制动）象限运行 VT VT1 1：主控管，调速
44、：主控管，调速 VT VT2 2：辅助管，制动：辅助管，制动 脉冲电压：脉冲电压：u uG1G1=-u=-uG2G2，极性相反，极性相反 1 1）电动运行：）电动运行：回路回路1 1、2 2流通，流通，VTVT2 2不起作用，电源不起作用，电源电压在电压在VTVT1 1导通期间起作用导通期间起作用 U Ud d=U Us s 0t 0t U Us s=R=Ra ai id d+L+La a di did d/dt+E/dt+EM M tT 0=RtUUd d 0t 0t期间期间,VT,VT2 2截止截止,沿回路沿回路4 4流通流通,向电源回馈向电源回馈能量能量 t Tt T期间，期间，VTVT
45、2 2导通、导通、E EM M使电枢电流使电枢电流i id d反向，反向，沿回路沿回路3 3流通产生能耗制动流通产生能耗制动 VT VT2 2、VDVD1 1轮流导通，轮流导通，VTVT1 1始终截止。始终截止。3)3)轻载电动运行：轻载电动运行：VTVT1 1、VDVD2 2、VTVT2 2、VDVD1 1轮流导通轮流导通制动调速2.2.可逆直流脉宽调速系统可逆直流脉宽调速系统 主电路有主电路有H H形、形、T T形，其中形，其中H H形变换器分为双形变换器分为双极式、单极式、受限单极式三种。极式、单极式、受限单极式三种。（1 1）双极式可逆）双极式可逆PWMPWM变换器变换器 VT1 VT
46、1、VT4VT4同时导通、关断，同时导通、关断，u uG1G1=u=uG4G4 VT2 VT2、VT3VT3同时导通、关断，同时导通、关断，u uG2G2=u=uG3G3=-u=-uG4G4 1)0t 1)0t期间，期间，u uG1G1、u uG4G4为正，为正，VT1 VT1、VT4VT4饱和导通，饱和导通，VT2VT2、VT3VT3截止，沿回路截止，沿回路1 1流通，流通，u uABAB=U=Us s 2)2)tTt0,u0,uABAB正脉冲较负脉冲宽时，电机正转正脉冲较负脉冲宽时，电机正转 2 2）0,u0,uABAB正脉冲较负脉冲窄时，电机反转正脉冲较负脉冲窄时，电机反转 3 3）=0
47、,=0,电机不动，电枢两端瞬时电压、电流不为零，是交变的，平均值为零，电机不动，电枢两端瞬时电压、电流不为零，是交变的，平均值为零，平均转矩为零，但正大电机损耗，具有高频微振，消除正反向静摩擦死区平均转矩为零，但正大电机损耗，具有高频微振，消除正反向静摩擦死区电路电压平衡方程：电路电压平衡方程：0t 0t U Us s=R=Ra ai id d+L+La a di did d/dt+E/dt+EM M t T -Ut T -Us s=R=Ra ai id d+L+La a di did d/dt+E/dt+EM M第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统特点：特点：1 1）四象限运行）四象
48、限运行 2 2）电流连续）电流连续 3 3）电机停止时有微振电流，消除摩擦死区）电机停止时有微振电流，消除摩擦死区 4 4）低速平稳性好，调速范围宽）低速平稳性好，调速范围宽 5 5）低速时每个功率管驱动脉冲较宽，确保功率管可靠导通）低速时每个功率管驱动脉冲较宽，确保功率管可靠导通不足：不足：1 1）四个功率管处于开关状态，损耗大；）四个功率管处于开关状态，损耗大；2 2）容易发生上、下两管直通事故，可靠性降低；）容易发生上、下两管直通事故，可靠性降低；3 3）需要在驱动脉冲之间设置逻辑延时）需要在驱动脉冲之间设置逻辑延时 第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（2 2）单极式可逆）单极
49、式可逆PWMPWM变换器变换器 VT1 VT1、VT2VT2交替驱动，交替驱动，u uG1G1=-u=-uG2G2 VT3 VT3、VT4VT4施加直流信号施加直流信号第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统（3 3）受限单极式可逆）受限单极式可逆PWMPWM变换器变换器第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3.3.脉宽调速系统的开环机械特性脉宽调速系统的开环机械特性 （1 1）机械特性）机械特性-平均转速与平均转矩的关系平均转速与平均转矩的关系 U Ud d=U Us s 平均电磁转矩平均电磁转矩T=KT=Km mI Id d 负载电流波动较小，忽略电枢回路电感两端负载电流波动较小
50、，忽略电枢回路电感两端电压电压 L La a dI dId d/dt/dt，电压平均方程，电压平均方程 U Us s=R=Ra aI Id d+E+EM M=R=Ra aI Id d+K+Ke en n 机械特性方程：机械特性方程：n=n=U Us s/K/Ke e-R-Ra aT/KT/Ke eK KM M=n=n0 0-n n 理想空载转速理想空载转速n n0 0与与成正比成正比 I I、IIII象限象限不可逆系统不可逆系统 III III、IVIV象限象限-可逆系统可逆系统第第6章章 直流传动控制系统直流传动控制系统3.3.脉宽调速系统的开环机械特性脉宽调速系统的开环机械特性（2 2）受
