第3章直流可逆调速系统1PPT讲稿.ppt

第第3章直流可逆调速系章直流可逆调速系统统1第1页，共125页，编辑于2022年，星期二3.1.0 问题的提出问题的提出 有有许许多多生生产产机机械械要要求求电电动动机机既既能能正正转转，又又能能反反转转，而而且且常常常常还还需需要要快快速速地地起起动动和和制制动动，这这就就需需要要电电力力拖拖动动系系统统具具有有四四象象限限运运行行的特性，也就是说，需要的特性，也就是说，需要可逆的调速系统可逆的调速系统。可逆调速系统：电动机能改变其旋转方向可逆调速系统：电动机能改变其旋转方向第2页，共125页，编辑于2022年，星期二3.1.0 问题的提出（续）问题的提出（续）由直流电动机的转矩公式，可知要改变电由直流电动机的转矩公式，可知要改变电动机旋转方向，可以通过改变电枢电压的极性，动机旋转方向，可以通过改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向来实现，这本来是很或者改变励磁磁通的方向来实现，这本来是很简单的事。简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于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，问题就变得复杂问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。控制系统。第3页，共125页，编辑于2022年，星期二例：单片微机控制的例：单片微机控制的PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统 中、小功率的可逆直流调速系统多采用由中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变变换器，本课程第四章将详细介绍。下图绘出了换器，本课程第四章将详细介绍。下图绘出了 PWM 可逆调速系统的主电路，其中功率开关可逆调速系统的主电路，其中功率开关器件采用器件采用 IGBT，在小容量系统中则可用将，在小容量系统中则可用将IGBT、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块保护等封装在一起的智能功率模块IPM。第4页，共125页，编辑于2022年，星期二PWMPWM可逆直流调速系统原理图可逆直流调速系统原理图第5页，共125页，编辑于2022年，星期二图中图中URUR整流器；整流器；UPEMUPEM桥式可逆电力电子变换器，主电路与图桥式可逆电力电子变换器，主电路与图1-221-22相相同，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的；同，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的；GDGD驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放大电路；大电路；第6页，共125页，编辑于2022年，星期二UPWPWM波生成环节，其算法包含在单片微机波生成环节，其算法包含在单片微机软件中；软件中；TG为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用数字测速码盘；数字测速码盘；TA霍尔电流传感器；霍尔电流传感器；给定量给定量 n*，I*d 和反馈量和反馈量 n，Id 都已经是数字量。都已经是数字量。第7页，共125页，编辑于2022年，星期二本本 章章 提提 要要本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、有无环流时的可逆调速系统等内容。有无环流时的可逆调速系统等内容。3.1 3.1 直流可逆调速系统的构成直流可逆调速系统的构成3.2 3.2 晶闸管直流可逆系统的回馈制动晶闸管直流可逆系统的回馈制动3.3 3.3 有环流的可逆调速系统有环流的可逆调速系统3.4 3.4 无环流的可逆调速系统无环流的可逆调速系统-重点内容重点内容重点内容重点内容第8页，共125页，编辑于2022年，星期二一一.V-M系统的可逆线路系统的可逆线路 根据电机理论，改变电枢电压的极性，或根据电机理论，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者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向。因此，的旋转方向。因此，V-M系统的可逆线路有两系统的可逆线路有两种方式：种方式：l电枢反接可逆线路；电枢反接可逆线路；l励磁反接可逆线路。励磁反接可逆线路。第9页，共125页，编辑于2022年，星期二1.1.电枢反接可逆线路电枢反接可逆线路 电枢反接可逆线路的形式有多种，这里介电枢反接可逆线路的形式有多种，这里介绍如下绍如下3 3种方式：种方式：（1 1）接触器开关切换的可逆线路）接触器开关切换的可逆线路（2 2）晶闸管开关切换的可逆线路）晶闸管开关切换的可逆线路（3 3）两组晶闸管装置反并联可逆线路）两组晶闸管装置反并联可逆线路第10页，共125页，编辑于2022年，星期二（1 1）接触器开关切换的可逆线路接触器开关切换的可逆线路 KMF闭合，电动机正转；闭合，电动机正转；KMR闭合，电动机反转。闭合，电动机反转。+IdId图图3-1 3-1 开关切换可逆电路开关切换可逆电路第11页，共125页，编辑于2022年，星期二（2 2）晶闸管开关切换的可逆线路）晶闸管开关切换的可逆线路 VT1 VT1、VT4VT4导通，电动机正转；导通，电动机正转；VT2 VT2、VT3VT3导通，电动机反转。导通，电动机反转。晶闸管开关切换的可逆线路晶闸管开关切换的可逆线路IdM+Id第12页，共125页，编辑于2022年，星期二 接触器切换可逆线路的特点接触器切换可逆线路的特点优点：优点：仅需一组晶闸管装置，简单、经济。仅需一组晶闸管装置，简单、经济。缺点：有触点切换，开关寿命短；缺点：有触点切换，开关寿命短；需自由停车后才能反向，时间长。需自由停车后才能反向，时间长。应用：不经常正反转的生产机械。应用：不经常正反转的生产机械。第13页，共125页，编辑于2022年，星期二（3 3）两组晶闸管装置反并联可逆线路）两组晶闸管装置反并联可逆线路 较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管管-电动机系统。由于晶闸管的单向导电性，电动机系统。由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如下图所示。装置反并联的可逆线路，如下图所示。第14页，共125页，编辑于2022年，星期二Idb)b)运行范围运行范围图图3-2 3-2 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路 n 两组晶闸管装置反并联可逆供电方式两组晶闸管装置反并联可逆供电方式-n-IdnO正向反向a)a)电路结构电路结构MVRVFId-Id+-+-第15页，共125页，编辑于2022年，星期二 两组晶闸管装置可逆运行模式两组晶闸管装置可逆运行模式 n电动机正转时，由正组晶闸管装置电动机正转时，由正组晶闸管装置VFVF供电；供电；n反转时，由反组晶闸管装置反转时，由反组晶闸管装置VRVR供电。供电。两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提出了严格的要求。提出了严格的要求。第16页，共125页，编辑于2022年，星期二2.2.励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路 改变励磁电流的方向也能使电动机改变转改变励磁电流的方向也能使电动机改变转向向。与电枢反接可逆线路一样，可以采用接触。与电枢反接可逆线路一样，可以采用接触器开关或晶闸管开关切换方式，也可采用两组器开关或晶闸管开关切换方式，也可采用两组晶闸管反并联供电方式来改变励磁方向。晶闸管反并联供电方式来改变励磁方向。励磁反接可逆线路见下图，电动机电枢用一励磁反接可逆线路见下图，电动机电枢用一组晶闸管装置供电，励磁绕组由另外的两组晶组晶闸管装置供电，励磁绕组由另外的两组晶闸管装置供电。闸管装置供电。第17页，共125页，编辑于2022年，星期二励磁反接可逆供电方式励磁反接可逆供电方式晶闸管反并联励磁反接可逆线路晶闸管反并联励磁反接可逆线路MVId+-VR VFId-Id+-+-第18页，共125页，编辑于2022年，星期二n 励磁反接的特点励磁反接的特点n优点：供电装置功率小。优点：供电装置功率小。由于励磁功率仅占电动机额定功率的由于励磁功率仅占电动机额定功率的15%，因此，采用励磁反接方案，所需晶闸管装置，因此，采用励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。的容量小、投资少、效益高。n缺点：改变转向时间长。缺点：改变转向时间长。由于励磁绕组的电感大，励磁反向的过程较由于励磁绕组的电感大，励磁反向的过程较慢；又因电动机不允许在失磁的情况下运行，因慢；又因电动机不允许在失磁的情况下运行，因此系统控制相对复杂一些。此系统控制相对复杂一些。第19页，共125页，编辑于2022年，星期二小小 结结（1 1）V-MV-M系统的可逆线路可分为两大类：系统的可逆线路可分为两大类：电枢反接可逆线路电枢反接可逆线路电枢反接反向过程快，但电枢反接反向过程快，但需要较大容量的晶闸管装置；需要较大容量的晶闸管装置；励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路励磁反接反向过程慢，控励磁反接反向过程慢，控制相对复杂，但所需晶闸管装置容量小。制相对复杂，但所需晶闸管装置容量小。第20页，共125页，编辑于2022年，星期二（2 2）每一类线路又可用不同的换向方式：）每一类线路又可用不同的换向方式：接触器切换线路接触器切换线路适用于不经常正反转的生产适用于不经常正反转的生产机械；机械；晶闸管开关切换线路晶闸管开关切换线路适用于中、小功率的可适用于中、小功率的可逆系统；逆系统；两组晶闸管反并联线路两组晶闸管反并联线路适用于各种可逆系统。适用于各种可逆系统。第21页，共125页，编辑于2022年，星期二本本 章章 提提 要要本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、有无环流时的可逆调速系统等内容。有无环流时的可逆调速系统等内容。3.1 3.1 直流可逆调速系统的构成直流可逆调速系统的构成3.2 3.2 晶闸管直流可逆系统的回馈制动晶闸管直流可逆系统的回馈制动3.3 3.3 有环流的可逆调速系统有环流的可逆调速系统3.4 3.4 无环流的可逆调速系统无环流的可逆调速系统-重点内容重点内容重点内容重点内容第22页，共125页，编辑于2022年，星期二1.1.晶闸管装置的整流和逆变状态晶闸管装置的整流和逆变状态 在两组晶闸管反并联线路的在两组晶闸管反并联线路的V-MV-M系统中，系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为理想空载输出电压为第23页，共125页，编辑于2022年，星期二当控制角为当控制角为 90，晶闸管装置处于整流状态；晶闸管装置处于整流状态；当控制角为当控制角为 90，晶闸管装置处于逆变状态。晶闸管装置处于逆变状态。因此在整流状态中，因此在整流状态中，Ud0 为正值；在逆变状态中，为正值；在逆变状态中，Ud0 为负值。为了方便起见，定义逆变角为负值。为了方便起见，定义逆变角 =180 ，则，则逆变电压公式逆变电压公式可改写为可改写为 Ud0=Ud0 max cos 逆变电压公式逆变电压公式第24页，共125页，编辑于2022年，星期二-+Ud0RM+-nEV-2.2.单组晶闸管装置的有源逆变单组晶闸管装置的有源逆变 单组晶闸管装置供电的单组晶闸管装置供电的V-MV-M系统在拖动起重机类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。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，）整流状态：提升重物，90，Ud0 E，n 0由电网向电动机提供能量。由电网向电动机提供能量。PId第25页，共125页，编辑于2022年，星期二+-+-Ud0RMnEV-b）逆变状态：放下重物逆变状态：放下重物 90，Ud0 E，n 0 由由电动机向电网回馈能量。电动机向电网回馈能量。PId第26页，共125页，编辑于2022年，星期二n-nIdTe提升提升放下放下c c）机械特性）机械特性整流状态：整流状态：电动机工作于第电动机工作于第1 1象限；象限；逆变状态：逆变状态：电动机工作于第电动机工作于第4 4象限。象限。TL单组单组V-MV-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态 第27页，共125页，编辑于2022年，星期二3.3.两组晶闸管装置反并联的整流和逆变两组晶闸管装置反并联的整流和逆变 两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样。态的具体条件不一样。现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。可逆线路的工作原理。第28页，共125页，编辑于2022年，星期二两组晶闸管反并联可逆两组晶闸管反并联可逆V-MV-M系统的正组整流和反组逆变状态系统的正组整流和反组逆变状态R-+Ud0 fM+-nEVF-a)a)正组整流电动运行正组整流电动运行 a)a)正组晶闸管装置正组晶闸管装置VFVF整流整流VFVF处于整流状态：处于整流状态：此时，此时，f 90，Ud0f E，n 0 电机从电路输入能量作电动运行。电机从电路输入能量作电动运行。PId第29页，共125页，编辑于2022年，星期二b)b)反组晶闸管装置反组晶闸管装置VRVR逆变逆变 当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过而反向电流是不可能通过VF流通的。这时，可流通的。这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并，并使它工作在逆变状态。使它工作在逆变状态。第30页，共125页，编辑于2022年，星期二b)b)两组晶闸管反并联可逆两组晶闸管反并联可逆V-MV-M系统的反组逆变状态系统的反组逆变状态+-+-Ud0rRMnEVR-VRVR逆变处于状态：逆变处于状态：此时，此时，r 90，E|Ud0r|，n 0 电机输出电能实现回馈制动。电机输出电能实现回馈制动。PId第31页，共125页，编辑于2022年，星期二c c）机械特性范围）机械特性范围Id-Idn反组逆变反组逆变回馈制动回馈制动正组整流正组整流电动运动电动运动c)c)机械特性运行范围机械特性运行范围 整流状态：整流状态：V-M V-M系统工作在第系统工作在第一象限。一象限。逆变状态：逆变状态：V-M V-M系统工作在第系统工作在第二象限。二象限。第32页，共125页，编辑于2022年，星期二4.V-M4.V-M系统的四象限运行系统的四象限运行 在在可可逆逆调调速速系系统统中中，正正转转运运行行时时可可利利用用反反组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动动，反反转转运运行行时时同同样样可可以以利利用用正正组组晶晶闸闸管管实实现现回回馈馈制制动动。这这样样，采采用用两两组组晶晶闸闸管管装装置置的的反反并并联联，就就可可实实现现电电动动机机的的四象限运行。四象限运行。归归纳纳起起来来，可可将将可可逆逆线线路路正正反反转转时时晶晶闸闸管装置和电机的工作状态列于表管装置和电机的工作状态列于表3-13-1中。中。第33页，共125页，编辑于2022年，星期二表表3-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态系统反并联可逆线路的工作状态 V-M系统的工作状态正向运行正向制动反向运行反向制动电枢端电压极性+电枢电流极性+电机旋转方向+电机运行状态电动电动回馈发电回馈发电电动电动回馈发电回馈发电晶闸管工作的组别和状态正组整流正组整流反组逆变反组逆变反组整流反组整流正组逆变正组逆变机械特性所在象限一一二二三三四第34页，共125页，编辑于2022年，星期二0转矩转矩T(电流电流I)转速转速n +T，+n正向电动正向电动状态状态 -T，+n正向制动正向制动状态状态 -T，-n反向电动反向电动状态状态 +T，-n反向制动反向制动状态状态电动机的电动机的4 4个运行象限个运行象限第35页，共125页，编辑于2022年，星期二 反并联的晶闸管装置的其他应用反并联的晶闸管装置的其他应用 即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的即使是不可逆的调速系统，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，回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，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。供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。第36页，共125页，编辑于2022年，星期二本本 章章 提提 要要本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、本章主要介绍直流可逆调速系统的构成、有无环流时的可逆调速系统等内容。有无环流时的可逆调速系统等内容。3.1 3.1 直流可逆调速系统的构成直流可逆调速系统的构成3.2 3.2 晶闸管直流可逆系统的回馈制动晶闸管直流可逆系统的回馈制动3.3 3.3 有环流的可逆调速系统有环流的可逆调速系统3.4 3.4 无环流的可逆调速系统无环流的可逆调速系统-重点内容重点内容重点内容重点内容第37页，共125页，编辑于2022年，星期二3.3.1.3.3.1.可逆系统中的环流可逆系统中的环流环流的定义：环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆采用两组晶闸管反并联的可逆V-MV-M系统，如系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流电流，称作环流，如下图中所示。，称作环流，如下图中所示。第38页，共125页，编辑于2022年，星期二图图3-6 3-6 反并联可逆线路中的环流反并联可逆线路中的环流 MVR VFUd0f+-+Ud0rRrecRrecRa-环流的形成环流的形成IdIcIc 环流环流Id 负载电流负载电流 第39页，共125页，编辑于2022年，星期二 环流的危害和利用环流的危害和利用n危害：危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时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，因此应该予以抑制或消除。会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。n利用：利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管载电流，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，以避免电流断续引起的非线性装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。对系统性能的影响。第40页，共125页，编辑于2022年，星期二 环流的分类环流的分类 在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：（1 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定工作时出现的环流，其中又有两类：稳定工作时出现的环流，其中又有两类：n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所产生的环流称作直流平均环流。压所产生的环流称作直流平均环流。n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波形形不不同同，瞬瞬时时电电压压差差仍仍会会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。第41页，共125页，编辑于2022年，星期二环流的分类（续）环流的分类（续）（2 2）动态环流）动态环流仅在可逆仅在可逆V-MV-M系统处于过渡过系统处于过渡过程中出现的环流。程中出现的环流。这里，主要分析静态环流的形成原因，并这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施。讨论其控制方法和抑制措施。第42页，共125页，编辑于2022年，星期二3.3.2.3.3.2.直流平均环流与配合控制直流平均环流与配合控制 在两组晶闸管反并联的可逆在两组晶闸管反并联的可逆V-MV-M系统中，如系统中，如果让正组果让正组VF VF 和反组和反组VRVR都处于整流状态，两组的都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：取必要的措施，比如：u采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允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；许一组晶闸管装置工作；u采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。整流状态，另一组则工作在逆变状态。第43页，共125页，编辑于2022年，星期二（1 1）配合控制原理）配合控制原理 为了防止产生直流平均环流，应该当正组处为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是则直流平均环流为零。于是 Ud0r=Ud0f Ud0f=Ud0 max cos f Ud0f=Ud0 max cos r其中其中 f 和和 r 分别为分别为VF和和VR的控制角。的控制角。第44页，共125页，编辑于2022年，星期二 由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有应有 cos r=cos f或或 r+f=180 （3-5）如果反组的控制用逆变角如果反组的控制用逆变角 r 表示，则表示，则 f=r （3-6）第45页，共125页，编辑于2022年，星期二 由此可见，按照式（由此可见，按照式（3-6）来控制就可以消除直）来控制就可以消除直流平均环流，这称作流平均环流，这称作 =配合控制。为了更配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用可靠地消除直流平均环流，可采用 f r （3-7）第46页，共125页，编辑于2022年，星期二（2）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的触发脉冲零位都定在90，即，即n当控制电压当控制电压 Uc=0 时，使时，使 f=r=90，此时此时 Ud0f=Ud0r=0，电机处于停止状态。，电机处于停止状态。n增大控制电压增大控制电压Uc 移相时，只要使两组触发装置的移相时，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。控制电压大小相等符号相反就可以了。这样的触发控制电路示于下图。这样的触发控制电路示于下图。第47页，共125页，编辑于2022年，星期二图图3-7 =工作工作配合控制的可逆线路配合控制的可逆线路GTF-正组触发装置正组触发装置 GTR-反组触发装置反组触发装置 AR-反号器反号器 MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaM（3）=配合控制电路配合控制电路第48页，共125页，编辑于2022年，星期二 在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触在如图电路中，用同一个控制电压去控制两组触发装置，正组触发装置发装置，正组触发装置GTF由由 Uc 直接控制，而反组触直接控制，而反组触发装置发装置GTR由由 控制，控制，是经过反号器是经过反号器AR后获得后获得的。的。第49页，共125页，编辑于2022年，星期二（4）=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配合控制系统的移相控制特性示于下图。移相时，如果一组晶闸管装置处于整下图。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。制角的工作状态而言的。第50页，共125页，编辑于2022年，星期二图图3-8 3-8 配合控制移相特性配合控制移相特性 =移相控制特性（续）移相控制特性（续）-UcmUc90o rmin180o 0oUcm90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1第51页，共125页，编辑于2022年，星期二（5）=控制的控制的工作状态工作状态待逆变状态待逆变状态 实际上，这时逆变组除环流外并未流过实际上，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，它只是处负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于于“待逆变状态待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。下等待工作。逆变状态逆变状态 只有在制动时，当发出信号改变控只有在制动时，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，一旦电机反电动势旦电机反电动势 E|Ud0r|=|Ud0f|，整流组电流将被截，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。动，将电能通过逆变组回馈电网。第52页，共125页，编辑于2022年，星期二 =控制的控制的工作状态（续）工作状态（续）n待整流状态待整流状态 同样，当逆变组工作时，另一组同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态待整流状态”。所以，在所以，在 =配合控制下，负载电流可配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。第53页，共125页，编辑于2022年，星期二（6 6）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，出现小而导致换流失败，出现“逆变颠覆逆变颠覆”现象，必须在现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角 min保护。保护。与此同时，对与此同时，对 角也实施角也实施 min 保护，以免出现保护，以免出现 Ud0f Ud0r 而产生直流平均环流。通常取而产生直流平均环流。通常取第54页，共125页，编辑于2022年，星期二3.3.3 3.3.3 瞬时脉动环流及其抑制瞬时脉动环流及其抑制（1 1）瞬时的脉动环流产生的原因：瞬时的脉动环流产生的原因：采用配合控制已经消除了直流平均环流，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，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瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。这个流。这个瞬时脉动环流是自然存在的瞬时脉动环流是自然存在的，因此配，因此配合控制有环流可逆系统又称作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。第55页，共125页，编辑于2022年，星期二（2 2）瞬时脉动环流产生情况举例）瞬时脉动环流产生情况举例 瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制角的不同而异。角的不同而异。现以现以 f =r=60为例，分析三相零式为例，分析三相零式反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况，反并联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况，这里采用零式线路的目的只是为了绘制波形这里采用零式线路的目的只是为了绘制波形简单。简单。第56页，共125页，编辑于2022年，星期二图图3-9 3-9 配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流 a)三相零式可逆线路和瞬时脉动环流回路-Ud0fLc1RrecRrecUd0rVFVRn 三相零式反并联可逆线路三相零式反并联可逆线路IdIcp第57页，共125页，编辑于2022年，星期二 三相零式反并联的电压波形三相零式反并联的电压波形d)瞬时电压差和瞬时脉动环流波形 b)整流电压波形 c)逆变电压波形 abcaud0r0w tp2pUd0rw tIcpicpud0f ud0fw tabca0p2pUd0f0rud0第58页，共125页，编辑于2022年，星期二 瞬时脉动环流的产生瞬时脉动环流的产生 正组整流电压和反组逆变电压之间的瞬时正组整流电压和反组逆变电压之间的瞬时电压差，电压差，ud0=ud0f ud0r 其波形绘于图其波形绘于图3-9d。由于这个瞬时电压差。由于这个瞬时电压差的存在，便在两组晶闸管之间产生了瞬时脉动的存在，便在两组晶闸管之间产生了瞬时脉动环流环流 icp，也绘在图，也绘在图3-9d中。中。第59页，共125页，编辑于2022年，星期二 瞬时脉动环流的直流分量瞬时脉动环流的直流分量 由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于抗主要是电感，所以不能突变，并且落后于 u ud0 ；又由于晶闸管的单向导电性，只能在；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流分量分量 I Icp （见图（见图3-9d3-9d），但与平均电压差所），但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。第60页，共125页，编辑于2022年，星期二（3 3）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，叫做动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环环流电抗器流电抗器，或称均衡电抗器，如图或称均衡电抗器，如图3-9a中的中的 Lc1和和 Lc2。环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流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分量限制在负载额定电流的5%10%来设计。来设计。第61页，共125页，编辑于2022年，星期二 环流电抗器的设置环流电抗器的设置 三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。例如：例如：在图在图 3-9a 中当正组中当正组VF整流时，流过负载电流，整流时，流过负载电流，使使 Lc1 铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的铁芯饱和，只能依靠在逆变回路中的 Lc2 限制环限制环流。流。同理，当反组同理，当反组VR整流时，只能依靠整流时，只能依靠 Lc1限制环流。限制环流。第62页，共125页，编辑于2022年，星期二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，总共要设置的环流通道，总共要设置4 4个环流电抗器。个环流电抗器。12MVFVRabcABC-环流电抗器的设置（续）环流电抗器的设置（续）第63页，共125页，编辑于2022年，星期二MVFVRabcABCabc-环流电抗器的设置（续）环流电抗器的设置（续）l在三相桥式交叉连接可逆线路中，由于电源独立，在三相桥式交叉连接可逆线路中，由于电源独立，每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置2 2个环流个环流电抗器。电抗器。第64页，共125页，编辑于2022年，星期二3.3.4 3.3.4 =配合控制的有环流可逆配合控制的有环流可逆V-M系统系统1.1.系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-第65页，共125页，编辑于2022年，星期二n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主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：逆线路，其中：正组晶闸管正组晶闸管VF，由，由GTF控制触发，控制触发，正转时，正转时，VFVF整流；整流；反转时，反转时，VFVF逆变。逆变。反组晶闸管反组晶闸管VR，由，由GTR控制触发，控制触发，反转时，反转时，VRVR整流；整流；正转时，正转时，VRVR逆变。逆变。第66页，共125页，编辑于2022年，星期二 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、根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。这里负的极性。这里给定电压：正转时，给定电压：正转时，KF闭合闭合，U*n=“+”；反转时，反转时，KR闭合，闭合，U*n=“-”。转速反馈：正转时，转速反馈：正转时，Un=“-”，反转时，反转时，Un=“+”。第67页，共125页，编辑于2022年，星期二 给定与检测电路（电流）给定与检测电路（电流）l电流反馈电压：电流反馈电压：l 正转时，正转时，Ui=“+”；l 反转时，反转时，Ui=“-”。注意：注意：由于电流反馈应能否反映极性，因此图由于电流反馈应能否反映极性，因此图中的电流互感器需采用中的电流互感器需采用直流电流互感器直流电流互感器或或霍尔霍尔变换器变换器，以满足这一要求。，以满足这一要求。第68页，共125页，编辑于2022年，星期二 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，其控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：中：n转速调节器转速调节器ASRASR控制转速，设置双向输出限幅控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制电路，以限制最大起制动电流最大起制动电流；n电流调节器电流调节器ACRACR控制电流，设置双向输出限幅电路，控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制以限制最小控制角最小控制角 min 与与最小逆变角最小逆变角 min 。第69页，共125页，编辑于2022年，星期二2.2.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，两组触发装置的控制特性如图所示。特性是线性的，两组触发装置的控制特性如图所示。rmin180o 0o-UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1第70页，共125页，编辑于2022年，星期二反转时：反转时：0，r 90，VR整流：整流：Ud0r=“+”；Uc 0，f 0，f 90，VF整流整流：Ud0f=“+”；0，r 90，VR逆变：逆变：Ud0r=“-”。停转时：停转时：Uc=0，r=f =90，Ud0f=Ud0r=0。第7