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第3章直流电动机V-M可逆调速系统,3.1V-M可逆系统主电路结构形式及工作状态,可逆系统的目的获得电机四象限的运行特性（正、反转和电、制动）。,3.1.1单组晶闸管供电切换电流极性的可逆电路,1．切换电机电枢与电源之间连接极性,Ud,,Id,–Id,,,,,,,,,,,接触器开关切换的可逆线路,KMF闭合，电动机正转；KMR闭合，电动机反转。,接触器切换可逆线路的特点,优点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；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。,晶闸管开关切换的可逆线路,,,,Ud,–Id,,,,VT1,VT2,VT3,VT4,,Id,,,,,,,,,,,VT1、VT4导通，电动机正转；VT2、VT3导通，电动机反转。,适用于中、小功率的可逆系统,2．切换电机励磁电流,此方案比较经济，但只能用于不太频繁切换的场合。,3.1.2两组晶闸管供电的可逆电路,两组晶闸管整流电路供电的可逆电路有两种连接方式，反并联连接及交叉连接。,1．反并联连接,2．交叉连接,a三相半波电路构成的交叉可逆电路b）三相桥式电路构成的交叉可逆电路,区别反并联连接电路的两组整流桥VF、VR使用的是同一个交流电源，交叉连接电路的两组整流桥VF、VR使用的是无电气连接的两个独立电源,3.1.3反并联可逆电路的工作状态,双桥反并联连接的可逆电路有两种不同的工作模式无环流系统和有环流系统。环流是指不流过电动机（或负载）而直接在两组晶闸管整流桥之间流通的电流。,1．无环流系统,优点安全可靠，无环流，体积小。,缺点存在换流死区，动态响应慢。,主要特征任何时刻都不让VF、VR两组桥同时工作，若VF工作，则VR封锁；若VR工作，则VF封锁；或VF、VR同时封锁。以此使产生环流的必要条件不再存在。,2．有环流系统,基本工作方式VF、VR同时加触发脉冲信号，但它们的控制角满足，其目的是使两组整流桥输出同一个数值、同一个方向的Ud。这种控制方式称为αβ配合控制。,哪一组真正工作由电流来决定，不工作的那一组处于待逆变或待整流状况。,3.2可逆电路中的环流及其抑制办法,3.2.1环流及其种类,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。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，环流太大时甚至会导致晶闸管损坏，因此必须予以抑制。对环流的分析必须一分为二。,环流分类,,静态环流系统稳定工作时所出现的环流。,动态环流系统处于过渡过程中出现的环流。,直流平均环流瞬时脉动环流,静态环流动态环流,,,,3.2.2直流平均环流产生的原因及消除办法,1．产生的原因,正组VF输出为,,两端的电势差即两个电源的直流平均电压差为,,电压差如能产生直流平均环流则其流向与图中的Ic反向，与晶闸管装置所允许的电流流动方向相反而实际不能流通。可知，这时也不会产生直流平均环流。,,产生直流平均环流Ic。由于两边电源的内阻都较小，很小的也会引起较大的直流平均环流，且是一个直流平均量，它无法依靠电抗器来抑制Ic的大小，只能靠改变来减弱或消除它。,2．消除办法,（1）使略大于1800,（2）使,反组输出为,1．产生的原因,,2．抑制办法,晶闸管装置输出的电压是脉动的，正组整流电压UdoF和反组逆变电压UdoR的瞬时值并不相同，当整流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，从而产生瞬时环流。,抑制瞬时脉动环流的办法是在环流回路中串入电抗器，叫做限环流电抗器或称均衡电抗器，一般要求把瞬时脉动环流中的直流分量Icp限制在负载额定电流的5～10之间。,图3-7三相半波反并联可逆电路及其时的环流电压和电流,,3.2.3瞬时脉动环流产生原因及抑制办法,3．环流电抗器的配置位置及数量,3.3有环流V-M可逆调速系统,3.3.1α＝β配合控制的反并联连接的有环流可逆调速系统,1．系统原理图,,三相桥式供电，2条环流通道，配备四个环流电抗器。可正反转，四象限运行。,4．调节器输出双向限幅,2．配合控制的实现,3．信号双极性,通过放大倍数为－1的反向放大器得到－Uct，来实现α＝β的配合控制。,ASR设置限幅，限制最大动态电流，ACR设置限幅，限制最小控制角αmin和最小逆变角βmin,系统原理图,信号都是双极性的，相应的实际量都是可反相或可反向的，这正是四象限运行系统的一个特征。,a图VZ1限制反向输出电压的幅值VZ2限制反向输出电压的幅值,调节器输出双向限幅电路,∴当VD-kE时，VC0，VD1不起作用；当VD0，电动机正向电动。电路的电压平衡方程为,电动工作时，VT2、VD1并没有参与工作，去掉这两个元件后，电路与单象限工作电路完全一致，是一个典型的降压斩波电路。,VT1、VT2互补工作，VD2是I0为正时的续流二极管，VD1是为I0为负时的续流二极管。为了防止直流电源经VT1、VT2直通短路，GD2、GD1中应设延时电路以形成“死区”。,输出电压平均值,电动机最高空载转速是,图4-3电流可反向两象限斩波调速系统,正向制动工况。当UoUd，则发电电流不再可控，电流将变得很大而不允许。,该电路用作发电运行，则发电机直流电机可变速发电，在转速0～n0max的范围内，都可向恒直流电压源实现电流大小可控的发电。,制动时，VT2或VD1有电流，VT1和VD2无电流。把不参与工作的VT1、VD2去掉，可把电路重画于右图，图中按习惯画法把能量输入方即电机画在了左边。这就是典型的升压斩波器电路。,电流的参考方向同前，实际为负值,,,从上面的分析可知，图4-3所示的电路可以实现正向回馈制动，制动时电流转矩反向，其运行象限为Ⅰ、Ⅱ象限。该电路称电流可反向的两象限工作电路。,3波形分析及能量传递,,,电压可反向的两象限工作电路,3．可四象限运行的电路,,1.工作原理H型桥式斩波电路的工作模式非常灵活，以最常用的可逆运行模式说明之。VT1、VT2为一组，VT3、VT4为另一组，两组在一个PWM斩波周期内互补工作。2.输出电压的平均值3.优点调节连续平滑，四象限工作。,,4.2直流斩波调速系统,,1．系统原理图,转速、电流双闭环,GM为载波（三角波或锯齿波）发生器,PWM为脉宽调制单元，其输入信号是控制电平Uc，输出的是占空比为的PWM信号,GT为驱动电路,内应设置防止上下桥臂直通的“死区”,2．交流电源供电时的制动,泵升电压的产生原因,泵升电压的抑制与能耗制动,回馈制动状态时，机械能变成电能送回直流侧。这部分能量输入直流环节的滤波电容，对电容充电的结果是使电容器两端的电压不断地升高。,设正常工作时Ud500V,C2200uF,回馈电功率是P2.2kW,1秒钟后电容的电压值为Ux,抑制办法,2）能耗制动。见右图,1）回馈制动。,改不控整流桥为能量能双向流通的PWM整流桥。,习题,1、电流可反向的两象限直流PWM调速系统稳态工作时，当直流斩波器输出电压的平均值大于电机反电势时，它工作在象限；当输出电压的平均值小于电机反电势时，它工作在象限。2、直流斩波调速系统在回馈电流可控的回馈发电制动时，直流电动机的反电动势直流电源的电压。（a）大于（b）等于（c）小于（d）不一定,