可逆直流调速系统和位置随动系统.ppt
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1、可逆直流调速系统和位置随动系统,电力拖动自动控制系统,第 4 章,4.1 可逆直流调速系统,内容提要 问题的提出 晶闸管-电动机系统的可逆线路 晶闸管-电动机系统的回馈制动 两组晶闸管可逆线路中的环流 有环流可逆调速系统 无环流可逆调速系统,问题的提出,有许多生产机械要求电动机既能正转,又能反转,而且常常还需要快速地起动和制动,这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性,也就是说,需要可逆的调速系统。,问题的提出(续),只有改变电磁转矩的方向,才能改变转速的方向。,改变电枢电流的方向 改变励磁电流的方向,一。 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统,主电路:,正反转的实现,调速时, PWM信号占空
2、比 的可调范围为0 1 ,使UPEM的输出平均电压系数的变化范围为 10.5时, 为正,电机正转 当 0.5时, 为负,电机反转 当 = 0.5时, = 0 ,电机停止,二。 有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统,1. V-M系统的可逆线路 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的旋转方向。因此,V-M系统的可逆线路有两种方式: 电枢反接可逆线路 励磁反接可逆线路,(1) 电枢反接可逆线路,电枢反接可逆线路的形式有多种,这里介绍如下3种方式: 接触器开关切换的可逆线路 晶闸管开关切换的可逆线路 两组晶闸管装置反并联可逆线路,(a) 接触器开关切换的可逆线路,
3、KMF闭合,电动机正转; KMR闭合,电动机反转。,d,(b)晶闸管开关切换的可逆线路,VT1、VT4导通,电动机正转; VT2、VT3导通,电动机反转。,(c)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管-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装置反并联的可逆线路,如下图所示。,图4-2 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路,两组晶闸管装置反并联可逆供电方式, 两组晶闸管装置可逆运行模式,电动机正转时,由正组晶闸管装置VF供电; 反转时,由反组晶闸管装置VR供电。 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
4、升、降速。 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,因此对控制电路提出了严格的要求。,(2) 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向。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。,励磁反接可逆供电方式,晶闸管反并联励磁反接可逆线路, 励磁反接的特点,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1 % 5%,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。 缺点:改变转向
5、时间长 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,因此系统控制相对复杂一些。,小 结,(1)V-M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反向过程快,但需要较大容量的晶闸管装置; 励磁反接可逆线路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。,(2)每一类线路又可用不同的换向方式 接触器切换线路适用于不经常正反转的生产机械; 晶闸管开关切换线路适用于中、小功率的可逆系统; 两组晶闸管反并联线路适用于各种可逆系统。,二. 晶闸管-电动机系统的回馈制动,1. 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V-M系统中,晶闸管装置可以
6、工作在整流或有源逆变状态。 在电流连续的条件下,晶闸管装置的平均理想空载输出电压为,当控制角为 90,晶闸管装置处于整流状态; 当控制角为 90,晶闸管装置处于逆变状态。,因此在整流状态中,Ud0 为正值;在逆变状态中,Ud0 为负值。为了方便起见,定义逆变角 = 180 ,则逆变电压公式可改写为 Ud0 = Ud0 max cos,(4-2), 逆变电压公式,2. 单组晶闸管装置的有源逆变,单组晶闸管装置供电的V-M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。,(1)整流状态 提升重物, 90,Ud0 E,n 0 由电网向电动机提供能量。,Id,(2)逆变状态 放下重物 90,
7、Ud0 E,n 0 由电动机向电网回馈能量。,Id,n,- n,Id,Te,提升,放下,3)机械特性,整流状态 电动机工作于第一象限 逆变状态 电动机工作于第四象限,TL,图4-3c 单组V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态,O,3. 两组晶闸管装置反并联的整流和逆变,(1) 正组晶闸管装置VF整流,VF处于整流状态 此时, f 90,Ud0f E, n 0 电机从电路输入能量作电动运行。,P,Id,(2) 反组晶闸管装置VR逆变,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,而反向电流是不可能通过VF流通的。这时,可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置
8、VR,并使它工作在逆变状态。,VR逆变处于状态 此时,r 90,E |Ud0r|, n 0 电机输出电能实现回馈制动。,P,Id,(3)机械特性范围,图4-4c 机械特性运行范围, 整流状态 V-M系统工作在第一象限。 逆变状态 V-M系统工作在第二象限。,4. V-M系统的四象限运行,在可逆调速系统中,正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动,反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样,采用两组晶闸管装置的反并联,就可实现电动机的四象限运行。 归纳起来,可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表4-1中。,表4-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态, 反并联的晶闸管装置的其
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