《电力拖动自动控制系统》-第四章可逆直流调速系统和位置随动系统

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1、第四章可逆直流调速系统和位置随动系统木章在前三章的基础上进一步探讨可逆调速系统和位置随动系统。考虑到人多数学校教学学时的限制和电气工程及其白动化专业的一般教学需求，本课件选择可逆调速系统为主耍内容。4.1可逆直流调速系统内容提要问题的提出■品闸管■电动机系统的可逆线路■晶闸管■电动机系统的回馈制动■两纟R晶闸管可逆线路屮的环流■有环流可逆调速系统■无环流可逆调速系统4.1.0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。改变电枢电压的极

2、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，这木來是很简单的事。然而当电机采用电力电了装置供电时，由于电力电了器件的单向导电性,问题就变得复杂起來了，需耍专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。4.1.1单片微机控制的PWM可逆直流调速系统中、小功率的可逆直流调速系统多釆用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器，如木书1.3.1内容中第2小节所述。图1-22绘出了PWM可逆调速系统的主电路，具屮功率开关器件采用IGBT,在小容量系统屮则可用将IGBT、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块IPM。系

3、统组成图中■UR—幣流器；■UPEM-桥式可逆电力电子变换器，主电路与图1-22^11同，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的；■GD—驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放人电路；■UPW—PWM波住成环节，其算法包含在单片微机软件屮；■TG—为测速发电机，当调速精度要求较高吋町釆用数字测速码盘；■TA—霍尔电流传感器；■给定量n*,1备和反馈量n,k都已经是数字量。系统控制该原理图的硬件结构如图3・4所示，控制系统一般采用转速、电流双闭环控制，电流环为内环，转速环为外环，内环的采样周期小于外环的采样周期。无论是电流采样值还是转速采样值都有

4、交流分量，常采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延缓动态响应，为此可釆用硬件滤波与软件滤波相结合的办法。当转速给定信号在-n*max~0~+n*maxZ间变化并达到稳态后，由微机输出的PWM信号占空比P在0〜％〜0的范围内变化，使UPEM的输出平均电压系数丫的变化范围为-1~0〜+1,［见式（1-20）］,实现双极式可逆控制。在变流中，为了避免同一桥臂上、下两个电力电子器件同时导通而引起直流电源短路,在由VT1、VT4导通切换到VT2、VT3导通或反向切换时，必须留有死区时间。对于功率晶体管，死区时间约需30ps；对于IGBT,死区时间约需5ps或

5、更小些。4.1.2有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统一.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系统的可逆线路冇两种方式：■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冇多种，这里介绍如下3种方式:（1）接触器开关切换的可逆线路（2）品闸管开关切换的可逆线路（3）两组晶闸管装證反并联可逆线路V*VKMrVKMR_—V]7*5--¥IVT,-——vr2¥'6（1）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。

6、（2）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。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，吋间长。应用：不经常正反转的生产机械。（3）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，需耍可逆运行吋经常采用两组品闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如下图所示。■两纽晶闸管装置可逆运行模式电动机正转时，山正组品闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。两组品闸管

7、分别山两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、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。1.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，励磁绕纟fl由另外的两组晶闸管装置供电。■励磁反接町逆供电方式■励磁反接的特点优点：供电装迸功率小山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

8、，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。缺点：改变转向时间长由于励磁绕纽的电感人，励磁反向的过程较慢；乂因电动机不允许在失磁的情况下运