直流可逆调速系统

§4直流可逆调速系统学习目标：1.了解V-M可逆线路接线形式及各自的优、缺点。2.了解V-M可逆线路中电动机和整流装置的工作状态。3.了解环流的定义、利弊及抑制措施。4.理解配合控制的方法及工作原理，掌握有环流可逆系统正向制动过程。5.掌握逻辑无环流可逆调速的组成、工作原理及DLC的作用。6.掌握逻辑无环流可逆调速系统的一般调试方法。§4.1V-M系统的可逆线路改变直流电机转向有两种方法：§4.1.1V-M系统可逆线路的选择电枢反接：励磁反接：改变电枢电压的极性改变励磁电压的极性认识两种方法的特点及适用场合，然后选择合适的方法。一、电枢反接可逆线路根据电动机正、反转的切换方式不同，电枢反接可逆线路一般有3种形式(一)用接触器切换的可逆线路1。正反转切换：KMF触点闭合时，电枢电压极性是A（+）、B（−），电动机正转KMR触点闭合时，电枢电压极性是A（−）、B（+），电动机反转2。特点：优点：简单、经济。缺点：有噪音、切换慢。3。应用场合：不需要频繁切换、对切换快速性要求不高的生产机械。一、电枢反接可逆线路(二)用晶闸管开关切换的可逆线路1。正反转切换：2。特点：克服了接触器切换的缺点，简单、经济。3。应用场合：VD1、VD4导通时，电动机正转；VD2、VD3导通时，电动机反转适用于中小容量的可逆系统。一、电枢反接可逆线路(三)两组晶闸管反向并联的可逆线路1。正反转切换：2。特点：3。应用场合：当正组晶闸管装置VF供电时，电动机正转；当反组晶闸管装置VR供电时电动机反转。不仅能控制电动机的正、反转，而且能灵活地控制电动机的启动、制动和调速。在可逆调速系统中得到广泛应用注意：该线路不允许两组晶闸管装置同时处于整流工作状态，否则将造成电源短路。二、励磁反接可逆线路励磁反接也有3种切换方式，即①接触器切换的励磁反接可逆线路。②晶闸管开关切换的励磁反接可逆线路。③两组晶闸管装置反并联的可逆线路。下图为两组晶闸管装置反并联的可逆线路综合以上分析，可逆直流调速系统中应用较多的是电枢反接可逆线路，且一般采用两组晶闸管装置反并联的可逆线路，后面主要分析这种线路构成的可逆调速系统。三、电枢反接与励磁反接可逆线路的比较•电枢反接：电流反向速度快，但初期投资较大。•励磁反接：电流反向速度慢，且控制复杂；初期投资小。励磁换向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，例如卷扬机，电力机车等。3．电枢反接与励磁反接各有什么优缺点？各适用于什么场合？1．直流电动机实现可逆运行有哪两种方法？2．从正、反转的切换方式上，可逆线路有哪些形式？思考题：4．可逆直流调速系统的主电路一般采用什么形式的线路？§4.1.2可逆线路中电机和晶闸管的工作状态一、电机的工作状态1。电动运行状态：电机的电磁转矩方向与电机的转向同方向，电磁转矩是驱动电机转运的动力。可逆线路中，电机即可正转，又可反转；即可工作于电动运行状态，又可工作于制动状态。2。制动状态：电机的电磁转矩方向与电机的转向反方向，电磁转矩是驱动电机转运的阻力。电磁转矩与电枢电流成正比，即mdTKI电磁转矩的方向与电枢电流方向一致。一、电机的工作状态3。电机的四象限工作状态第四象限，电动机转速为负向，但电流为正向，电磁转矩的方向与转速相反，电动机处于反向制动工作状态。第一象限，电动机转速为正向，电流也为正向，电磁转矩的方向与转速相同，电动机处于正向运行工作状态。第二象限，电动机转速为正向，但电流为负向，说明电磁转矩的方向与转速相反，起阻转作用，电动机处于正向制动工作状态。第三象限，电动机转速为负向，电流也为负向，电磁转矩的方向与转速相同，电动机处于反向运行工作状态。二、晶闸管的工作状态，晶闸管装置输出电压为正，且向电动机提供能量时，其处于整流工作状态；1。可逆线路中，正组晶闸管装置（VF）和反组晶闸管装置（VR）均有整流和逆变两种工作状态。以三相桥式整流电路为例，输出直流电压d2.34cosUU，晶闸管装置输出电压为负，且从外电路吸收能量回馈给电网时，其处于逆变工作状态。090≤901802。晶闸管装置逆变工作的条件：90180(1)内部条件是(2)外部条件是外电路存在维系电流的直流电源二、晶闸管的工作状态3。可逆线路中晶闸管装置工作状态的判定(1)VF与VR哪一组工作取决于负载电流的方向如图所示：M中电流向下，则VF工作；电流向上，则VR工作。(2)工作晶闸管是处于整流还是逆变状态，取决于电机工作状态。电机电动运行时，工作的晶闸管输出电能，处于整流状态；电机制动工作时，电机处于发电状态，动态减小，转换为电能，通过晶闸管的逆变，将电能回馈到电网二、晶闸管的工作状态4。晶闸管装置的四象限工作状态可逆线路中，取M中电流向下为电枢电流的正方向，则：(1)Id0,VF工作；Id0，VR工作(2)电机电动运行时，晶闸管处于整流状态；电机制动时，晶闸管处于逆变。思考题：3．V-M可逆调速系统中，电动机的四象限运行状态与晶闸管装置的四象限工作状态有着怎样的对应关系？1．什么是电动机的电动运行和制动运行？2．晶闸管装置实现逆变的条件是什么？§4.2可逆线路的环流问题§4.2.1环流及其利弊所谓环流，是指不流过电动机或其他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。如图中电流Ic所示。一．环流的定义Rrec为整流装置内阻但工业实际生产中，直流电动机的容量一般较大，系统本身能满足电流连续的需求，环流的优点不能体现，因此，对环流常常加以抑制。2．环流的优缺点(1)缺点：环流的存在会加重晶闸管和变压器的负担、消耗无用的功率，环流太大时甚至会导致晶闸管损坏。(2)优点：①避免电流断续。②加快电流换向。理论上，环流有利的一面主要表现在电机空载或轻载时。不同类型的环流，产生的机制不同，抑制方法也不一样。§4.2.2环流类型及其抑制措施一．环流的种类直流平均环流静态环流动态环流瞬时脉动环流•静态环流：系统稳定工作时，所出现的环流叫做静态环流。•直流平均环流：由于两组晶闸管装置之间存在正向的直流电压差而产生的环流，称为直流平均环流。由于两组晶闸管装置输出电压的瞬时值不相等而产生的环流，称为瞬时脉动环流。•瞬时脉动环流：•动态环流：当系统由一种工作状态过渡到另一种工作状态时才出现的环流，叫做动态环流。(不做分析)2．直流平均环流的抑制措施(1)产生原因：两组晶闸管装置之间存在正向的直流电压差。若Udf与Udr始终大小相等，方向也相同，则可消除偏差，即dfdrUUdfd0maxfcosUUdrd0maxrcosUUfrcoscos故有frr180当VF整流时让VR处于待逆变，且VF的整流角等于VR的逆变角，以消除直流电压差；反之亦然。这种措施称之为配合控制。(2)抑制措施：采用配合控制。(3)采用配合控制的可逆线路主要特征：两组晶闸管触发电路的控制电压大小相等，符号相反。3．瞬时脉动环流的抑制措施dfUdrU但这只是对输出电压的平均值而言的，整流电压和逆变电压的瞬时值是不相等的，二者之间仍存在瞬时电压差，从而产生瞬时脉动环流。dfdrUU在配合控制条件下，，因而没有直流平均环流，(1)瞬时脉动环流的产生(2)瞬时脉动环流的抑制---在主回路上串入环流电抗器脉动环流是自然存在的，不能根除，只能通过在主回路中串环流电抗器来加以抑制，使其幅值减小。(3)环流电抗器的接法假设某时刻，电源A相的电位高B相的电位，根据晶闸管的单向导电线，存在如图所示两条环流回路。为什么要串四个环流电抗器？原因1：两条环流回路。原因2：流过负载电流的环流电抗器因饱和而失去作用。电动机回路平波电抗器仍保留，以改善电枢电流的平滑性思考题：2．环流有哪些种类？怎样抑制环流？1．什么是环流？环流有什么优点和缺点？§4.3有环流可逆调速系统一．有环流可逆调速系统的定义§4.3.1配合控制有环流可逆调速系统在配合控制下，电枢可逆线路中虽然没有直流平均环流，但有瞬时脉动环流，所以这样的控制系统称为有环流可逆调速系统。由于脉动环流是自然存在的，所以又称为自然环流系统。二．系统的构成思想：双闭环控制+配合控制①主电路构成②控制电路采用典型的转速、电流双闭环控制。③配合控制的体现。④电流反馈⑤电动机的转向控制三．系统的工作过程分析（1）电动机停止状态：*n0U*i0Uct0Uct0Uf0r090df0dr00UU0n（2）电动机正向启动运行分析：*n0Uct0UVF处于整流工作状态，电机正转。ct0UVR处于待逆变状态。1．什么是自然环流可逆调速系统？其构成有何特点？2.配合控制中，VF与VR的触发控制电压、输出直流电压各有怎样的关系？思考题：§4.3.2制动过程分析可逆调速系统由正转直接反向，则可看作是正向制动与反向启动过程的衔接，所以只需对其正向制动过程加以分析。可逆调速系统双闭环不可逆调速系统启动过程分为电流上升、恒流升速、转速调节3个阶段分为电流上升、恒流升速、转速调节3个阶段停车过程无制动，自然停车有制动，快速停车§4.3.2制动过程分析一、制动过程的波形电机由正转到停车过渡过程1。电流变化过程：正向电流电流反向，并升到最大值电流保持电流减小至零初如状态为制动做准备主要制动过程转速减至零，电流回零§4.3.2制动过程分析一、制动过程的波形电机由正转到停车过渡过程2。转速变化过程：正向转速转速减小转速减小到零初如状态电流反向后开始制动减速停车§4.3.2制动过程分析3。能量转换(1)平波电抗器：(3)晶闸管：当电枢电流减小时，释放磁场能；当电枢电流增大时，储存磁场能。(时段分析)(2)电动机：制动过程中，电机动能减小，转化为电能送出，工作于发电状态。电流为正时，VF工作；电流为负电VR工作(4)电枢电阻：消耗电能。整流状态输出能量，逆变状态吸收能量。§4.3.2制动过程分析4。制动过程划分(根据电流变化分)阶段I：本组逆变阶段正向电流减小，但尚未反向，无制动阶段II：它组制动阶段VF工作，电感释放能量，VF逆变电流反向，产生制动作用，VR工作。阶段II又分为三个子阶段：II1：它组建流子阶段II2：它组逆变子阶段II3：反向减流子阶段(制动准备)(主要制动过程)(停车前调整)§4.3.2制动过程分析二、正向制动过程分析初始工作状态：VF整流输出能量转化为电机的动能，VR待逆变§4.3.2制动过程分析二、正向制动过程分析I本组逆变阶段：正向电流减小，Ld释放能量，经VF逆变回馈电网。§4.3.2制动过程分析二、正向制动过程分析II1它组建流子阶段：电流反向增大，Ld储存能量，VR整流输出能量，电机动能减小，发电输出能量。§4.3.2制动过程分析二、正向制动过程分析II2它组逆变子阶段：电流恒定，电机转速下降，动能减小，发电输出能量。VR逆变向电网回馈能量。§4.3.2制动过程分析二、正向制动过程分析II3反向减流子阶段：恒流制动阶段，电机的平衡方向为：drdmarecEUIRR随着转速下降，E和Udr同步减小，VR的逆变电压减小为0时，平衡被打破，电流将不能再保持恒定，电流减小，进入II3子阶段。II3反向减流子阶段，VR逆变终止，转速已接近于0，余下的动能转换为电能，消耗在电阻上。转速减为0时，电流也减为0，电机停车。3．制动各阶段维系电流Id的电压源分别是什么？1．正向制动过程分为哪几个阶段？分别是哪组晶闸管在工作？处于什么工作状态？2．制动过程各阶段的主要能量转换分别是什么？思考题：§4.4逻辑无环流可逆调速系统•有环流可逆调速系统的缺点：需要在主电路中串入四个环流电抗器，不经济；大容量系统中，环流电抗器的容量不容易满足。•无环流可逆调速系统既没有直流平均环流，也没有瞬时脉动环流，不需要串入环流电抗器。•常见无环流可逆调速系统逻辑控制无环流可逆调速系统错位控制无环流可逆调速系统两大类§4.4.1逻辑无环流可逆调速系统的组成1．什么是逻辑无环流可逆调速系统？当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸