直流電機(jī)調(diào)速

可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

第五章

內(nèi)容概要晶閘管-電動機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）；可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。本章講述：*5.1晶閘管-電動機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)（V-M可逆系統(tǒng)）5.1.1晶閘管-電動機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)直流調(diào)速分類：通過改變電樞電壓極性使電流反向?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，稱為電樞可逆系統(tǒng)；保持電樞電壓極性不變，通過改變勵(lì)磁電流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，稱為磁場可逆系統(tǒng)。*1.可逆運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方法

可逆運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，不同的生產(chǎn)機(jī)械可根據(jù)各自的要求去選擇。要求頻繁快速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，目前廣泛采用的是兩組晶閘管整流裝置構(gòu)成的可逆線路，如圖5-1所示。*圖5-1兩組晶閘管供電的可逆線路*工作機(jī)理

一組供給正向電流，稱為VF組，另一組供給反向電流，稱為VR組。當(dāng)電流方向?yàn)檎龝r(shí)，VF工作；當(dāng)電流方向?yàn)樨?fù)時(shí)，VR工作。對于由兩組變流裝置構(gòu)成的可逆線路，按接線方式不同又可分為反并聯(lián)連接和交叉連接兩種線路。如圖5-2示。*圖5-2三相橋式電樞可逆線路*2.電樞可逆系統(tǒng)及磁場可逆系統(tǒng)的比較

由晶閘管供電的直流凋速系統(tǒng)，直流電動機(jī)的勵(lì)磁功率約為電機(jī)額定功率的3%～5%。當(dāng)電機(jī)容量相當(dāng)大，而且對快速性要求又不高時(shí)，才考慮采用磁場可逆系統(tǒng)。*5.1.2電樞可逆系統(tǒng)中的環(huán)流產(chǎn)生原因：由兩組晶閘管變流裝置組成的電樞可逆系統(tǒng)中，除了流經(jīng)電樞支路的負(fù)載電流之外，還有只流經(jīng)兩組晶閘管變流裝置之間的電流，這個(gè)電流稱作環(huán)流。*

環(huán)流具有兩重性：一方面它增加了晶閘管變流裝置的負(fù)擔(dān)，環(huán)流太大時(shí)甚至?xí)?dǎo)致晶閘管損壞，應(yīng)該加以限制；另一方面，可以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，即使在電動機(jī)空載時(shí)也可以使晶閘管裝置工作在電流連續(xù)區(qū)，避免了電流斷續(xù)引起的非線性對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的影響。*分類：

環(huán)流可以分為靜態(tài)環(huán)流及動態(tài)環(huán)流兩大類。當(dāng)可逆線路在一定的控制角下穩(wěn)定工作時(shí)，所出現(xiàn)的環(huán)流稱為靜態(tài)環(huán)流，靜態(tài)環(huán)流又可分為直流平均環(huán)流和瞬時(shí)脈動環(huán)流。只在系統(tǒng)處于過渡過程中，由于晶閘管觸發(fā)相位發(fā)生突然改變時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，叫做動態(tài)環(huán)流。*1.直流平均環(huán)流的處理

由于兩組晶閘管變流裝置輸出直流平均電壓不相等引起的環(huán)流稱為直流平均環(huán)流。為了避免電源短路和確保不產(chǎn)生直流平均環(huán)流，有兩種辦法可循：解決方式：*一種辦法是在一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯裝置封鎖另一組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖，從根本上切斷環(huán)流通路，這稱為邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。另一種辦法是在一組晶閘管裝置在整流狀態(tài)下工作時(shí)，讓另一組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖處于逆變位置，亦即工作在待逆變狀態(tài)。*圖5-3所示系統(tǒng)的移相控制特性可以避免出現(xiàn)直流平均環(huán)流。圖5-3可逆系統(tǒng)的移相控制特性2.瞬時(shí)脈動環(huán)流的抑制

整流組輸出電壓和逆變組輸出電壓的瞬時(shí)值并不相等，當(dāng)整流組輸出電壓瞬時(shí)值大于逆變組輸出電壓瞬時(shí)值時(shí)，便產(chǎn)生正向瞬時(shí)電壓差，從而產(chǎn)生瞬時(shí)脈動環(huán)流。該環(huán)流對系統(tǒng)一般來說是不利的，應(yīng)當(dāng)加以限制。通常采用的抑制方法是在環(huán)流回路中串入環(huán)流電抗器。*5.1.3有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

在

工作制配合控制下，可逆線路中沒有直流平均環(huán)流，但始終存在瞬時(shí)脈動環(huán)流，這樣的系統(tǒng)稱為有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，它又可分為自然環(huán)流系統(tǒng)和可控環(huán)流系統(tǒng)。*自然環(huán)流系統(tǒng)系統(tǒng)組成原理：1）具有正、反向轉(zhuǎn)速給定信號；2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出端，均應(yīng)設(shè)置雙向限幅裝置；3）轉(zhuǎn)速反饋信號

和電流反饋信號

應(yīng)反映電機(jī)的轉(zhuǎn)向和主回路電流的極性；*4）觸發(fā)裝置GTF和GTR分別向正組和反組晶閘管提供觸發(fā)脈沖；5）引入環(huán)流電抗器以抑制瞬時(shí)脈動環(huán)流。*自然環(huán)流系統(tǒng)原理圖圖5-4自然環(huán)流系統(tǒng)原理圖*

電動機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速給定值

為正值，經(jīng)ASR使ACR輸出移相控制信號

為“+”，GTF輸出觸發(fā)脈沖

，正組VF處于整流狀態(tài)，電動機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。*

與此相對應(yīng)，

經(jīng)反號器AR使反組觸發(fā)器GTR的移相控制信號

為“-”，反組輸出的觸發(fā)脈沖

，且

，反組VR處于待逆變狀態(tài)。由于系統(tǒng)在

配合控制工作制下工作，系統(tǒng)無直流平均環(huán)流。而系統(tǒng)中的脈動環(huán)流，由環(huán)流電抗器~限制。*

在實(shí)際運(yùn)行中，由于讀數(shù)的誤差等各種干擾原因，會造成系統(tǒng)參量發(fā)生變化，實(shí)際系統(tǒng)無法絕對保證

，而可能出現(xiàn)

，即

，從而引起直流平均環(huán)流。為了避免這種情況發(fā)生，在系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，可將初始相位角定得稍大于90

，即采用

工作機(jī)制。*可控環(huán)流系統(tǒng)因環(huán)流有其有利的一面，它的存在可防止晶閘管變流裝置的電流斷續(xù)，保證過渡特性平滑。為此又提出一種給定環(huán)流系統(tǒng)，即在兩套晶閘管變流裝置之間，保留一個(gè)較小的恒定直流環(huán)流，使電動機(jī)在輕載時(shí)電流連續(xù)、穩(wěn)態(tài)特性平滑。*幾種可控環(huán)流線路中以交叉反饋系統(tǒng)最為實(shí)用，如圖5-6所示。圖5-6交叉反饋可控環(huán)流系統(tǒng)圖5-6與圖5-4所示的自然環(huán)流系統(tǒng)的主要區(qū)別是：1）主回路采用交叉連接線路；2）在交叉反饋可控環(huán)流系統(tǒng)中，除了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電樞電流調(diào)節(jié)器ACR之外，還設(shè)有兩個(gè)環(huán)流調(diào)節(jié)器1ALR和2ALR。*5.1.4無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)1.邏輯控制無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)

邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的一種典型結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。*圖5-7邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖*

邏輯控制器DLC的基本任務(wù)是，根據(jù)系統(tǒng)工作情況的要求，發(fā)出邏輯指令：當(dāng)要求電動機(jī)產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩時(shí)，開放正組脈沖，封鎖反組脈沖，使正組VF工作；當(dāng)要求電動機(jī)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩時(shí)，開放反組脈沖，封鎖正組脈沖，使反組VR工作。二者必居其一，決不允許兩組脈沖同時(shí)開放，以確保主回路不產(chǎn)生環(huán)流，從而使系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行。工作機(jī)理*1.雙極式H形可逆PWM變換器

圖5-9給出了雙極式H形可逆PWM變換器的電路圖。所謂雙極式控制方式是指在一個(gè)開關(guān)周期中，輸出電壓的極性會有一次變化。即5.2可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（PWM可逆系統(tǒng)）*圖5-9雙極式H型PWM變換電路圖*

在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0≤t≤

時(shí)，

和

為正，VT1和VT4導(dǎo)通；

和

為負(fù)，VT2和VT3截止。這時(shí)

，電樞電流

沿回路l流通。當(dāng)

≤t≤

時(shí)，

和

變負(fù)，VT1和VT4截止；

和

變正，但電流不能立即改變方向，

將在電樞電感作用下沿回路2經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，VD2和VD3上的壓降使VT2和VT3承受反壓，VT2和VT3仍不能導(dǎo)通，這時(shí)

。電壓、電流波形如圖5-10所示。工作機(jī)理*圖5-10雙極式PWM變換器的電壓電流波形*單極式可逆PWM變換器

所謂單極式控制方式是指在一個(gè)開關(guān)周期中，輸出電壓僅有幅值的變化而無極性的變化，圖5-9所示電路可采用單極式工作制。*輸出特性：（電動機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)）（電動機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)）*

在單極式工作制中，左邊兩個(gè)器件的驅(qū)動電壓

，與雙極式控制時(shí)一樣。右邊兩個(gè)器件VT3和VT4的控制信號則根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向施加不同的直流驅(qū)動信號。*3.受限單極式可逆PWM變換器

單極式變換器在減少開關(guān)損耗