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电机拖动系统第三章本讲稿第一页，共七十九页3-1 晶闸管晶闸管-电动机系统的可逆线路电动机系统的可逆线路 改变电动机的旋转方向就必须改变电动机电磁转矩的方向。由直流电动机的转矩公式改变电动机的旋转方向就必须改变电动机电磁转矩的方向。由直流电动机的转矩公式 可知，改变转矩的可知，改变转矩的方向有两种方法，一是改变电动机电枢电流方向，二是改变电动机励磁磁通的方向。与此对应，晶闸管方向有两种方法，一是改变电动机电枢电流方向，二是改变电动机励磁磁通的方向。与此对应，晶闸管电动机系统电动机系统的可逆线路就有两种方式，即电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路。的可逆线路就有两种方式，即电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路。一。一。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是多种多样的，可采用通常的晶闸管电枢反接可逆线路的形式是多种多样的，可采用通常的晶闸管电动机系统，这种线路只要一组电动机系统，这种线路只要一组晶闸管整流装置给电动机电枢供电，再用接触器切换加在电动机上整流电压的极性就可以了，晶闸管整流装置给电动机电枢供电，再用接触器切换加在电动机上整流电压的极性就可以了，见见图图3-1。返回返回返回返回M图图3-1 用接触器切换的可逆线路用接触器切换的可逆线路本讲稿第二页，共七十九页 这种方案比较简单、经济，但是接触器频繁切换，其动作噪声较大，寿命较低，而且需要零点几秒的动作时间，所以这种方案比较简单、经济，但是接触器频繁切换，其动作噪声较大，寿命较低，而且需要零点几秒的动作时间，所以只适合不经常正反转的生产机械。只适合不经常正反转的生产机械。为了避免有触点电器的缺点，也可采用无触点的晶闸管开关代替接触器，如为了避免有触点电器的缺点，也可采用无触点的晶闸管开关代替接触器，如图图3-2所示。这种方案的线路比所示。这种方案的线路比较简单，工作可靠性也高，但该方案的耐压性和电流容量的要求比较高，与下面讨论的采用两组晶闸管较简单，工作可靠性也高，但该方案的耐压性和电流容量的要求比较高，与下面讨论的采用两组晶闸管装置供电的可逆线路比较，在经济上并不节省很多。装置供电的可逆线路比较，在经济上并不节省很多。在要求频繁正反转的生产机械上，经常采用的是两组晶闸管装置反并联的可逆线路，见在要求频繁正反转的生产机械上，经常采用的是两组晶闸管装置反并联的可逆线路，见图图3-3a图图3-2 用晶闸管开关切换的可逆线路用晶闸管开关切换的可逆线路Mb)M图图3-3a 用晶闸管开关切换的可逆线用晶闸管开关切换的可逆线路路本讲稿第三页，共七十九页整流变压器单输出反整流变压器单输出反并联线路并联线路整流变压器双输整流变压器双输出交叉连接线路出交叉连接线路本讲稿第四页，共七十九页励磁反接的方案只适用于对快速性要求不高，正、反转不太频繁的大容量可逆系统。励磁反接的方案只适用于对快速性要求不高，正、反转不太频繁的大容量可逆系统。M图图3-5 晶闸管装置反并联励磁反接可逆线路晶闸管装置反并联励磁反接可逆线路二、二、励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路 要使直流电动机反转，除了改变电枢电压的极性之外，改变励磁磁通的方向也能得到同样的效果，因此又要使直流电动机反转，除了改变电枢电压的极性之外，改变励磁磁通的方向也能得到同样的效果，因此又有励磁反接的可逆线路，见有励磁反接的可逆线路，见图图3-5。本讲稿第五页，共七十九页3-2 晶闸管晶闸管-电动机系统的回馈制动电动机系统的回馈制动一一、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 同一套晶闸管装置既可工作在整流状态，也可以工作在逆变状态。两种状态中电流方向不变，而晶闸管装置直流侧同一套晶闸管装置既可工作在整流状态，也可以工作在逆变状态。两种状态中电流方向不变，而晶闸管装置直流侧输出的平均电压的极性相反。输出的平均电压的极性相反。平均理想空载输出电压平均理想空载输出电压 与控制角与控制角 间存在一个余弦函数关系间存在一个余弦函数关系 参看参看P5的公式：的公式：返回返回返回返回晶闸管装置产生逆变状态时普遍适用的两个必要条件：晶闸管装置产生逆变状态时普遍适用的两个必要条件：（1）内部条件：控制角）内部条件：控制角 使晶闸管直流测产生使晶闸管直流测产生 （2）外部条件：外电路必须要有一个直流电源，且其极性）外部条件：外电路必须要有一个直流电源，且其极性 须与须与 的极性相同，其数值的极性相同，其数值应稍大于应稍大于 +-+-M+-VF+-M本讲稿第六页，共七十九页 为避免为避免 的角度值过大，定义了逆变角的角度值过大，定义了逆变角则逆变工作时，输出电压平均值公式改写为则逆变工作时，输出电压平均值公式改写为 二、二、电动机的发电回馈制动电动机的发电回馈制动 电动机的发电回馈制动和第一小节所讨论的电动机带位势性负载反转制动状态相比，有本质上的区电动机的发电回馈制动和第一小节所讨论的电动机带位势性负载反转制动状态相比，有本质上的区别：别：（1）发电回馈制动时电动机工作在第二象限，转速的方向还是正的，转矩变负；而带位势性负载反转制动是在第四象）发电回馈制动时电动机工作在第二象限，转速的方向还是正的，转矩变负；而带位势性负载反转制动是在第四象限，转矩的方向变成负的，转矩未变。限，转矩的方向变成负的，转矩未变。（2）电动机带位势负载反转制动是一种稳定的运行状态，而发电回馈制动一般是一个过渡过程，最终仍要回到第一）电动机带位势负载反转制动是一种稳定的运行状态，而发电回馈制动一般是一个过渡过程，最终仍要回到第一象限才能稳定下来，或者最终回到零点而停止运行。象限才能稳定下来，或者最终回到零点而停止运行。接近接近0（即：（即：）逆逆 变颠覆变颠覆 （3）位势负载反转制动运行时电动机反电动势的极性而改变其方向，以维持原来方向电流的流通；）位势负载反转制动运行时电动机反电动势的极性而改变其方向，以维持原来方向电流的流通；而发电回馈制动时，从电动机方面来看，任何负载在减速制动过程中都不可能帮助电动机改变其反电而发电回馈制动时，从电动机方面来看，任何负载在减速制动过程中都不可能帮助电动机改变其反电动势的极性，要回馈电能必须设法使电流反向动势的极性，要回馈电能必须设法使电流反向本讲稿第七页，共七十九页三三 如何在如何在V-M系统中实现发电回馈制动系统中实现发电回馈制动 电动机在发电回馈制动时恰恰需要回馈能量，因此必须利用晶闸管装置的逆变状态。反组晶闸管的逆变状态来实现电动电动机在发电回馈制动时恰恰需要回馈能量，因此必须利用晶闸管装置的逆变状态。反组晶闸管的逆变状态来实现电动机的发电回馈制动。以机的发电回馈制动。以图图3-7的反并联线路为例，我们不难从中得到答案。的反并联线路为例，我们不难从中得到答案。M图图3-7 V-M系统正组整流电动机运行和反组逆变回馈制动系统正组整流电动机运行和反组逆变回馈制动n正组整流正组整流电动运动电动运动反组逆变反组逆变回馈制动回馈制动本讲稿第八页，共七十九页3-3 两组晶闸管可逆线路中的环流两组晶闸管可逆线路中的环流返回返回返回返回一一 环流及其种类环流及其种类 所谓环流：是指不流过电动机或其它负载，而直接在两组所谓环流：是指不流过电动机或其它负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，如晶闸管之间流通的短路电流，如图图3-8中所示反并联线路中的电流中所示反并联线路中的电流 。缺点：环流的存在会显著地加重晶闸管和变压器的负担，消耗无用的功率，缺点：环流的存在会显著地加重晶闸管和变压器的负担，消耗无用的功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。环流太大时会导致晶闸管损坏。优点：但环流也并非一无是处，可一利用环流作为流过晶闸管优点：但环流也并非一无是处，可一利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流的基本负载电流。环流可分两类：环流可分两类：静态环流：静态环流：1.直流平均环流直流平均环流 2.瞬时脉动环流瞬时脉动环流 动态环流：仅在动态过程中存在动态环流：仅在动态过程中存在 图图3-8反并联中的换流反并联中的换流M本讲稿第九页，共七十九页二二。直流平均环流与配合控制。直流平均环流与配合控制 由图由图3-8的反并联可逆线路可以看出，两组晶闸管都处于整流转态，的反并联可逆线路可以看出，两组晶闸管都处于整流转态，将将 造成电源短路，此短路电流为直流平均环流。消除方法造成电源短路，此短路电流为直流平均环流。消除方法更能消除直流平均环流更能消除直流平均环流这就叫做这就叫做 配合控制消除平均环流配合控制消除平均环流本讲稿第十页，共七十九页实现实现 线路上很容易见图线路上很容易见图3-9。M-1图图3-9 工作制配合控制的可逆线路工作制配合控制的可逆线路本讲稿第十一页，共七十九页图图3-10 触发装置的移相控制特性触发装置的移相控制特性触发装置的移相控制特性：触发装置的移相控制特性：当：当：防止逆变失败：防止逆变失败：有电流调解器限定有电流调解器限定不赘述：不赘述：本讲稿第十二页，共七十九页在：在：配合时配合时 平均电压相等，瞬时的电压不等所以平均电压相等，瞬时的电压不等所以瞬时的电流也不等瞬时的电流也不等正组整流电压正组整流电压 和反组逆变电压和反组逆变电压 的瞬时值不相同，当整流电压瞬时的瞬时值不相同，当整流电压瞬时值值 大于逆变电压瞬时值大于逆变电压瞬时值 时，便产生正向瞬时电压差时，便产生正向瞬时电压差 ，从而产生，从而产生瞬时环流。瞬时环流。以三相零式整流电路为例以三相零式整流电路为例：见图：见图3-11当当 画出电压和电流画出电压和电流的波形的波形三三 瞬时脉动环流及其抑制瞬时脉动环流及其抑制M图图3-11本讲稿第十三页，共七十九页抑制瞬时环流的方法是在环流回路中串入电抗器，叫作环流电抗器抑制瞬时环流的方法是在环流回路中串入电抗器，叫作环流电抗器或均衡电抗器，一般要求把瞬时脉动环流中的直流分量或均衡电抗器，一般要求把瞬时脉动环流中的直流分量 限制在限制在负载额定电流的负载额定电流的5%10%。本讲稿第十四页，共七十九页MVFVRabcABCabc-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，每一组桥只有一条环流通道，因此只要设置2个环流电抗器。本讲稿第十五页，共七十九页3-4 有环流可逆有环流可逆V-M系统系统.一一.=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.系统组成系统组成 MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-本讲稿第十六页，共七十九页 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：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，VF整流；整流；反转时，反转时，VF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，VR整流；整流；正转时，正转时，VR逆变。逆变。本讲稿第十七页，共七十九页 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、转速反馈电压、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负的极性。这里电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。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=“+”。本讲稿第十八页，共七十九页 给定与检测电路（电流）给定与检测电路（电流）电流反馈电压：电流反馈电压：正转时，正转时，Ui=“+”；反转时，反转时，Ui=“-”。注意：由于电流反馈应能否反映极性，因注意：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直流电流互此图中的电流互感器需采用直流电流互感器或霍尔变换器，以满足这一要求。感器或霍尔变换器，以满足这一要求。本讲稿第十九页，共七十九页 控制电路控制电路 控制电路采用典型的转速、电流双闭控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：环系统，其中：转速调节器转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电控制转速，设置双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；路，以限制最大起制动电流；电流调节器电流调节器ACR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，以限制最小控制角以限制最小控制角 min 与最小逆变角与最小逆变角 min。本讲稿第二十页，共七十九页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，移相控制特性是线性的，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。两组触发装置的控制特性如图所示。rmin180o 0o-UcmUcmUc90o90o0o 180o fmin fmin rmin r fCTRCTFUc1本讲稿第二十一页，共七十九页反转时：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。本讲稿第二十二页，共七十九页 AR =“-”VR逆变逆变3.工作过程工作过程正向运行过程：正向运行过程：KF闭合，闭合，U*n=“+”U*i=“-”Uc=“+”电动机电动机正向运行正向运行VF整流整流 本讲稿第二十三页，共七十九页正向运行过程系统状态正向运行过程系统状态+-+Id有环流系统正向运行过程有环流系统正向运行过程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc-Pn本讲稿第二十四页，共七十九页n制动过程制动过程 整个制动过程可以分为两个主要阶段，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：其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.本组逆变阶段；本组逆变阶段；II.它组制动阶段。它组制动阶段。现以正向制动为例，说明有环流可逆现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。调速系统的制动过程。本讲稿第二十五页，共七十九页I.本组逆变阶段本组逆变阶段 在这阶段中，电流由正向负载电流下在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组正组VF流通，具体过程如下：流通，具体过程如下：l发出停车（或反向）指令后，转速给定电压发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；突变为零（或负值）；lASR输出跃变到正限幅值输出跃变到正限幅值+U*im；lACR输出跃变成负限幅值输出跃变成负限幅值-Ucm；lVF由整流状态很快变成的逆变状态，同时由整流状态很快变成的逆变状态，同时反组反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。由待逆变状态转变成待整流状态。本讲稿第二十六页，共七十九页l在在VF-M回回路路中中，由由于于VF变变成成逆逆变变状状态态，极极性性变变负负，而而电电机机反反电电动动势势 E 极极性性未未变变，迫迫使使电电流流迅迅速速下下降降，主主电电路路电电感感迅迅速速释释放放储储能能，企图维持正向电流，这时企图维持正向电流，这时大部分能量通过大部分能量通过 VF 回馈电网，所以称作回馈电网，所以称作“本组逆变阶本组逆变阶段段”。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很短，。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化，其波形图见图转速来不及产生明显的变化，其波形图见图4-10中的阶中的阶段段 I。本讲稿第二十七页，共七十九页本组逆变过程系统状态本组逆变过程系统状态MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+-+Id0+-+-本讲稿第二十八页，共七十九页.它组制动阶段它组制动阶段 当主电路电流下降过零时，本组逆变终当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第止，第 I 阶段结束，转到反组阶段结束，转到反组 VR 工作，工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称过程结束，统称“它组制动阶段它组制动阶段”。它组制动阶段又可分成三个子阶段：它组制动阶段又可分成三个子阶段：l它组建流子阶段；它组建流子阶段；l它组逆变子阶段；它组逆变子阶段；l反向减流子阶段。反向减流子阶段。本讲稿第二十九页，共七十九页l 它组建流子阶段它组建流子阶段 （1）Id 过零并反向，直至到达过零并反向，直至到达-Idm 以前，以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为并未脱离饱和状态，其输出仍为-Ucm。这时，这时，VF和和 VR 输出电压的大小都和本组逆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，电流变变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，化延缓，的数值略减，使的数值略减，使本讲稿第三十页，共七十九页（2）反组）反组VR由由“待整流待整流”进入整流，进入整流，向主电路提供向主电路提供 Id。由于反组整流电压由于反组整流电压 Ud0r 和反电动势和反电动势 E 的极性相同，反向电流很快增长，电机处的极性相同，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作又可称作“它组反接制动状态它组反接制动状态”。本讲稿第三十一页，共七十九页反接制动过程系统状态反接制动过程系统状态+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id-本讲稿第三十二页，共七十九页l它组逆变子阶段它组逆变子阶段 当反向电流达到当反向电流达到 Idm 并略有超调时，并略有超调时，ACR输出电压输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而回到逆变状态，而 VF 变成待整流状态。变成待整流状态。此后，在此后，在ACR的调节作用下，力图维持的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流接近最大的反向电流 Idm，因而，因而本讲稿第三十三页，共七十九页 电机在恒减速条件下回馈制动，把动电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过能转换成电能，其中大部分通过 VR 逆逆变回馈电网，过渡过程波形为图变回馈电网，过渡过程波形为图4-10中中的第的第 II2 阶段，称作阶段，称作“它组回馈制动阶段它组回馈制动阶段”或或“它组逆变阶段它组逆变阶段”。由图可见，这个阶段所占的时间最长，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。是制动过程中的主要阶段。本讲稿第三十四页，共七十九页 它组回馈制动过程系统状态它组回馈制动过程系统状态+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id+-+-本讲稿第三十五页，共七十九页l反向减流子阶段反向减流子阶段 在这一阶段，转速下降得很低，无法再在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持维持-Idm，于是电流立即衰减。，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感在电流衰减过程中，电感 L上的感应电上的感应电压压 LdId/dt 支持着反向电流，并释放出存储支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过通过VR逆变回馈电网。逆变回馈电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。结束。本讲稿第三十六页，共七十九页+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTA LdUc+-+0+-+Id+-+-反向减流过程系统状态反向减流过程系统状态0000000-本讲稿第三十七页，共七十九页tttOOOId n Uc 制动过程系统响应曲线制动过程系统响应曲线I II1II2II3-Idm IdL-Ucm E 图图4-10 配合控制有环配合控制有环流可逆直流调速系统流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波正向制动过渡过程波形形本讲稿第三十八页，共七十九页n 反向起动反向起动 如果需要在制动后紧接着反转，如果需要在制动后紧接着反转，Id=-Idm的过程就会延续下去，直到的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为止。反向转速稳定时为止。由于正转制动和反转起动的过程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。于要求快速正反转的系统。本讲稿第三十九页，共七十九页MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+-+Id0+-+反向起动过程系统状态反向起动过程系统状态Id-+-+-00-+-+-+-本讲稿第四十页，共七十九页IdL Id n Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 ttIVVVIt5 t6-Idm-IdL n*-n*有环流系统可逆运行曲线有环流系统可逆运行曲线本讲稿第四十一页，共七十九页三三.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 概述概述 有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统究是个累赘。因此，当工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很高时，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有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。无环流控制可逆系统。本讲稿第四十二页，共七十九页 系统分类系统分类 按按照照实实现现无无环环流流控控制制原原理理的的不不同同，无无环环流可逆系统又有大类：流可逆系统又有大类：逻辑控制无环流系统；逻辑控制无环流系统；错位控制无环流系统。错位控制无环流系统。本讲稿第四十三页，共七十九页控制原理控制原理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 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路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（硬件）或逻辑算法（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，这就作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。是逻辑控制的无环流可逆系统。本讲稿第四十四页，共七十九页1.逻辑控制的无环流可逆系统逻辑控制的无环流可逆系统 本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆系统的系统结构、控制原理和电路设计。的系统结构、控制原理和电路设计。（1）系统的组成）系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简称“逻逻辑无环流系统辑无环流系统”）的原理框图示于下图该系统结构）的原理框图示于下图该系统结构的特点为：的特点为：本讲稿第四十五页，共七十九页 逻辑控制无环流系统结构逻辑控制无环流系统结构图图4-11 逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR-+本讲稿第四十六页，共七十九页系统结构的特点系统结构的特点主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器仍保留平波电抗器 Ld，以保证稳定运行时，以保证稳定运行时电流波形连续；电流波形连续；控制系统采用转速、电流双闭环方案；控制系统采用转速、电流双闭环方案；电流环分设两个电流调节器，电流环分设两个电流调节器，1ACR用来控用来控制正组触发装置制正组触发装置GTF，2ACR控制反组触发控制反组触发装置装置GTR；本讲稿第四十七页，共七十九页系统结构的特点（续）系统结构的特点（续）1ACR的给定信号经反号器的给定信号经反号器AR作为作为2ACR的给的给定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变定信号，因此电流反馈信号的极性不需要变化，可以采用不反映极性的电流检测方法。化，可以采用不反映极性的电流检测方法。为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节环节DLC，这是系统中的关键环节。它按照，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号自动切换，其输出信号 Ublf 用来控制正组触用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，发脉冲的封锁或开放，Ublr 用来控制反组触发用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。脉冲的封锁或开放。本讲稿第四十八页，共七十九页 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR（2）工作原理）工作原理正向运行：正向运行：+-+-+-+-本讲稿第四十九页，共七十九页 ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdARn 反向运行反向运行-+-本讲稿第五十页，共七十九页2无环流逻辑控制环节无环流逻辑控制环节（1）逻辑控制环节的设计要求）逻辑控制环节的设计要求DLC的输入要求：的输入要求：分析分析V-M系统四象限运行的特性，有如下共同特征：系统四象限运行的特性，有如下共同特征：l正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正向运行和反向制动时，电动机转矩方向为正，即电流为正；正，即电流为正；l反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为反向运行和正向制动时，电动机转矩方向为负，即电流为负。负，即电流为负。因此，应选择转矩信号作为因此，应选择转矩信号作为DLC的输入信号。的输入信号。本讲稿第五十一页，共七十九页 由于由于ACR的输出信号正好代表了转矩方向，即有：的输出信号正好代表了转矩方向，即有：正向运行和反向制动时，正向运行和反向制动时，U*i为正；为正；反向运行和正向制动时，反向运行和正向制动时，U*i为负。为负。又因为又因为 U*I 极性的变化只表明系统转矩反向的意图，转矩极性的变化只表明系统转矩反向的意图，转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，极性的真正变换还要滞后一段时间。只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为才开始反向，因此，需要检测零电流信号作为DLC的另一的另一个输入信号。个输入信号。本讲稿第五十二页，共七十九页n DLC的输出要求的输出要求l正向运行：正向运行：VF整流，开放整流，开放VF，封锁，封锁VR；l反向制动：反向制动：VF逆变，开放逆变，开放VF，封锁，封锁VR；l反向运行：反向运行：VR整流，开放整流，开放VR，封锁，封锁VF；l正向制动：正向制动：VR逆变，开放逆变，开放VR，封锁，封锁VF；因此，因此，DLC的输出有两种状态：的输出有两种状态：VF开放开放 Ublf =1，VF封锁封锁 Ublf =0；VR开放开放 Ublr=1，VR封锁封锁 Ublr=0。本讲稿第五十三页，共七十九页 DLC的内部逻辑要求的内部逻辑要求l对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；对输入信号进行转换，将模拟量转换为开关量；l根据输入信号，做出正确的逻辑判断；根据输入信号，做出正确的逻辑判断；l为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延为保证两组晶闸管装置可靠切换，需要有两个延时时间：时时间：(1)t1延时延时 关断等待时间，以确认电流已经过关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；零，而非因电流脉动引起的误信号；(2)t2延时延时 触发等待时间，以确保被关断的晶触发等待时间，以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。本讲稿第五十四页，共七十九页l具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不容许两组下，两个信号必须是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。环流的可能。本讲稿第五十五页，共七十九页（2）电路总体结构电路总体结构 这样，根据上述分析这样，根据上述分析DLC电路应具有电路应具有如下结构：如下结构：电平电平检测检测逻辑逻辑判断判断延时延时电路电路连锁连锁保护保护Ui0U*iUblfUblr本讲稿第五十六页，共七十九页1。电平检测器。电平检测器电平检测器其任务是将模拟量电平检测器其任务是将模拟量“1”“0”的两个数字量的两个数字量检测器有两个检测器有两个1）极性鉴别极性鉴别2）零电流检测）零电流检测电平检测器的基本原理电平检测器的基本原理b)图图3-20 由带正反馈的运算放大器构成的电平检测器由带正反馈的运算放大器构成的电平检测器a）本讲稿第五十七页，共七十九页带正反馈的运算放大器的输入输出关系：带正反馈的运算放大器的输入输出关系：本讲稿第五十八页，共七十九页c)环的宽度：环的宽度：这恰恰是我们（转矩极性鉴别器）所需要的这恰恰是我们（转矩极性鉴别器）所需要的我们从电路上分析我们从电路上分析a）本讲稿第五十九页，共七十九页b)零电流检测器零电流检测器本讲稿第六十页，共七十九页转矩极性鉴别器：转矩极性鉴别器：零电流检测器零电流检测器2。逻辑判断电路。逻辑判断电路输入信号输入信号输出信号输出信号封锁正组脉冲封锁正组脉冲开放正组脉冲开放正组脉冲封锁反组脉冲封锁反组脉冲开放反组脉冲开放反组脉冲根据系统运行状况的要求写出逻辑表根据系统运行状况的要求写出逻辑表-并推出逻辑表达式并推出逻辑表达式本讲稿第六十一页，共七十九页逻辑表见逻辑表见P121页页111010100010010100011001本讲稿第六十二页，共七十九页求出的逻辑表达式为见求出的逻辑表达式为见P121页页根据逻辑表达式可设计出逻辑电路图根据逻辑表达式可设计出逻辑电路图逻辑电路图中还要加入延时和连锁保护逻辑电路图中还要加入延时和连锁保护本讲稿第六十三页，共七十九页电平检电平检测测逻辑判断电逻辑判断电路路延时电路延时电路联锁保护联锁保护图图3-22 无环流逻辑控制器无环流逻辑控制器DLC原理图原理图本讲稿第六十四页，共七十九页（四）逻辑无环流系统的优缺点和改进措施（四）逻辑无环流系统的优缺点和改进措施优点是：可省去环流电抗器，没有附加的环流损耗，优点是：可省去环流电抗器，没有附加的环流损耗，从而可节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量，环从而可节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量，环流失败造成的事故率大为降低。流失败造成的事故率大为降低。缺点是：由于延时造成了电流换相死区，影响缺点是：由于延时造成了电流换相死区，影响过渡过程的快速性。过渡过程的快速性。加入推加入推 环节环节.电路形式电路形式如下如下本讲稿第六十五页，共七十九页M-1TG图图3-17 逻辑控制的无环流可逆调速系统逻辑控制的无环流可逆调速系统DLC无环流逻辑控制器无环流逻辑控制器本讲稿第六十六页，共七十九页上面两中逻辑无环流系统采用两个触发装置上面两中逻辑无环流系统采用两个触发装置,和两个和两个调节器调节器.但都有一组不使用但都有一组不使用,所以我们采用一套触发装所以我们采用一套触发装置置(实验就是这样的装置实验就是这样的装置)使其接有电子开关使其接有电子开关-原理见下页原理见下页本讲稿第六十七页，共七十九页（3）无环流逻辑控制环节的实现）无环流逻辑控制环节的实现 无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系无环流逻辑控制环节是逻辑无环流系统的关键环节，它的任务是：当需要切统的关键环节，它的任务是：当需要切换到正组晶闸管换到正组晶闸管VF工作时，封锁反组工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换触发脉冲而开放正组脉冲；当需要切换到反组到反组VR工作时，封锁正组而开放反组。工作时，封锁正组而开放反组。通常都用数字控制，如数字逻辑电路、通常都用数字控制，如数字逻辑电路、微机软件、微机软件、PLC等，用以实现同样的逻等，用以实现同样的逻辑控制关系。辑控制关系。本讲稿第六十八页，共七十九页 软件逻辑控制图4-12 逻辑控制切换程序流程图 开始 Ui*极性变化？电流过零？发出逻辑切换指令封锁延时tdbl封锁本组脉冲开放延时tdt开放它组脉冲继续开放本组脉冲互锁保护NNYY本讲稿第六十九页，共七十九页3.逻辑无环流系统的其他方案逻辑无环流系统的其他方案 在图在图4-11的逻辑控制无环流可逆调速系的逻辑控制无环流可逆调速系统中，采用了两个电流调节器和两套触发统中，采用了两个电流调节器和两套触发装置分别控制正、反组晶闸管。实际上任装置分别控制正、反组晶闸管。实际上任何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组何时刻都只有一组晶闸管在工作，另一组由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它由于脉冲被封锁而处于阻断状态，这时它的电流调节器和触发装置都是等待状态。的电流调节器和触发装置都是等待状态。采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关采用模拟控制时，可以利用电子模拟开关选择一套电流调节器和触发装置工作，另选择一套电流调节器和触发装置工作，另一套装置就可以节省下来了。一套装置就可以节省下来了。本讲稿第七十页，共七十九页 逻辑选触无环流可逆系统逻辑选触无环流可逆系统 图图4-13 逻辑选触无环流可逆系统的原理框图逻辑选触无环流可逆系统的原理框图本讲稿第七十一页，共七十九页 图中：图中：SAF，SAR分别是正、反组电子模分别是正、反组电子模拟开关。拟开关。-原理见下图原理见下图 (实验就是这样的装置实验就是这样的装置)本讲稿第七十二页，共七十九页实验装置中电子开关的连法实验装置中电子开关的连法电平电平检测检测逻辑判逻辑判断电路断电路延时电延时电路路联锁保联锁保护护图图3-22 无环流逻辑控制器无环流逻辑控制器DLC原理图原理图电流调节器的电流调节器的正反组输入端正反组输入端的电子开关的电子开关触发电路触发电路42端端触发电路触发电路43端端本讲稿第七十三页，共七十九页采用数字控制时，电子开关的任务采用数字控制时，电子开关的任务可以用条件选择程序来完成，实际可以用条件选择程序来完成，实际系统都是逻辑选触系统。此外，触系统都是逻辑选触系统。此外，触发装置可采用由定时器进行移相控发装置可采用由定时器进行移相控制的数字触发器，或采用集成触发制的数字触发器，或采用集成触发电路电路。本讲稿第七十四页，共七十九页4.无环流系统可逆运行曲线无环流系统可逆运行曲线IdL Id n n*Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt-n*IVVVIt5 t6-Idm-IdL 电流换向死区电流换向死区本讲稿第七十五页，共七十九页5.逻辑无环流系统的评价逻辑无环流系统的评价优点：优点：l省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；省去环流电抗器，没有附加的环流损耗；l节省变压器和晶闸管装置等设备的容量；节省变压器和晶闸管装置等设备的容量；l降低因换流失败而造成的事故。降低因换流失败而造成的事故。缺点：缺点：由于延时造成了电流换向死区，影响由于延时造成了电流换向死区，影响 过渡过程的快速性。过渡过程的快速性。本讲稿第七十六页，共七十九页在错位无环流系统中，不用设置复杂的逻辑控制器，而是巧妙地借助于触在错位无环流系统中，不用设置复杂的逻辑控制器，而是巧妙地借助于触发脉冲的错开来实现无环流。发脉冲的错开来实现无环流。静态环流的错位消除原理静态环流的错位消除原理在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用配合控制的触发