直流電機調速

可逆直流調速系統

第五章

內容概要晶閘管-電動機可逆調速系統（V-M系統）；可逆直流脈寬調速系統。本章講述：*5.1晶閘管-電動機可逆調速系統（V-M可逆系統）5.1.1晶閘管-電動機可逆調速系統的基本結構直流調速分類：通過改變電樞電壓極性使電流反向實現可逆運行的系統，稱為電樞可逆系統；保持電樞電壓極性不變，通過改變勵磁電流方向實現可逆運行的系統，稱為磁場可逆系統。*1.可逆運行的實現方法

可逆運行的實現方法多種多樣，不同的生產機械可根據各自的要求去選擇。要求頻繁快速正反轉的生產機械，目前廣泛采用的是兩組晶閘管整流裝置構成的可逆線路，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。當電流方向為正時，VF工作；當電流方向為負時，VR工作。對于由兩組變流裝置構成的可逆線路，按接線方式不同又可分為反并聯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.電樞可逆系統及磁場可逆系統的比較

由晶閘管供電的直流凋速系統，直流電動機的勵磁功率約為電機額定功率的3%～5%。當電機容量相當大，而且對快速性要求又不高時，才考慮采用磁場可逆系統。*5.1.2電樞可逆系統中的環流產生原因：由兩組晶閘管變流裝置組成的電樞可逆系統中，除了流經電樞支路的負載電流之外，還有只流經兩組晶閘管變流裝置之間的電流，這個電流稱作環流。*

環流具有兩重性：一方面它增加了晶閘管變流裝置的負擔，環流太大時甚至會導致晶閘管損壞，應該加以限制；另一方面，可以利用環流作為流過晶閘管的基本負載電流，即使在電動機空載時也可以使晶閘管裝置工作在電流連續區，避免了電流斷續引起的非線性對系統靜、動態性能的影響。*分類：

環流可以分為靜態環流及動態環流兩大類。當可逆線路在一定的控制角下穩定工作時，所出現的環流稱為靜態環流，靜態環流又可分為直流平均環流和瞬時脈動環流。只在系統處于過渡過程中，由于晶閘管觸發相位發生突然改變時出現的環流，叫做動態環流。*1.直流平均環流的處理

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流稱為直流平均環流。為了避免電源短路和確保不產生直流平均環流，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，用邏輯裝置封鎖另一組晶閘管裝置的觸發脈沖，從根本上切斷環流通路，這稱為邏輯無環流系統。另一種辦法是在一組晶閘管裝置在整流狀態下工作時，讓另一組晶閘管裝置的觸發脈沖處于逆變位置，亦即工作在待逆變狀態。*圖5-3所示系統的移相控制特性可以避免出現直流平均環流。圖5-3可逆系統的移相控制特性2.瞬時脈動環流的抑制

整流組輸出電壓和逆變組輸出電壓的瞬時值并不相等，當整流組輸出電壓瞬時值大于逆變組輸出電壓瞬時值時，便產生正向瞬時電壓差，從而產生瞬時脈動環流。該環流對系統一般來說是不利的，應當加以限制。通常采用的抑制方法是在環流回路中串入環流電抗器。*5.1.3有環流可逆調速系統

在

工作制配合控制下，可逆線路中沒有直流平均環流，但始終存在瞬時脈動環流，這樣的系統稱為有環流可逆調速系統，它又可分為自然環流系統和可控環流系統。*自然環流系統系統組成原理：1）具有正、反向轉速給定信號；2）轉速調節器ASR和電流調節器ACR的輸出端，均應設置雙向限幅裝置；3）轉速反饋信號

和電流反饋信號

應反映電機的轉向和主回路電流的極性；*4）觸發裝置GTF和GTR分別向正組和反組晶閘管提供觸發脈沖；5）引入環流電抗器以抑制瞬時脈動環流。*自然環流系統原理圖圖5-4自然環流系統原理圖*

電動機正向運行時，轉速給定值

為正值，經ASR使ACR輸出移相控制信號

為“+”，GTF輸出觸發脈沖

，正組VF處于整流狀態，電動機正向運轉。*

與此相對應，

經反號器AR使反組觸發器GTR的移相控制信號

為“-”，反組輸出的觸發脈沖

，且

，反組VR處于待逆變狀態。由于系統在

配合控制工作制下工作，系統無直流平均環流。而系統中的脈動環流，由環流電抗器~限制。*

在實際運行中，由于讀數的誤差等各種干擾原因，會造成系統參量發生變化，實際系統無法絕對保證

，而可能出現

，即

，從而引起直流平均環流。為了避免這種情況發生，在系統調整時，可將初始相位角定得稍大于90

，即采用

工作機制。*可控環流系統因環流有其有利的一面，它的存在可防止晶閘管變流裝置的電流斷續，保證過渡特性平滑。為此又提出一種給定環流系統，即在兩套晶閘管變流裝置之間，保留一個較小的恒定直流環流，使電動機在輕載時電流連續、穩態特性平滑。*幾種可控環流線路中以交叉反饋系統最為實用，如圖5-6所示。圖5-6交叉反饋可控環流系統圖5-6與圖5-4所示的自然環流系統的主要區別是：1）主回路采用交叉連接線路；2）在交叉反饋可控環流系統中，除了轉速調節器ASR和電樞電流調節器ACR之外，還設有兩個環流調節器1ALR和2ALR。*5.1.4無環流可逆調速系統1.邏輯控制無環流調速系統

邏輯控制的無環流可逆調速系統的一種典型結構如圖5-7所示。*圖5-7邏輯控制的無環流可逆調速系統原理圖*

邏輯控制器DLC的基本任務是，根據系統工作情況的要求，發出邏輯指令：當要求電動機產生正向轉矩時，開放正組脈沖，封鎖反組脈沖，使正組VF工作；當要求電動機產生反向轉矩時，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開放，以確保主回路不產生環流，從而使系統正常可靠運行。工作機理*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開關周期中，輸出電壓的極性會有一次變化。即5.2可逆直流脈寬調速系統（PWM可逆系統）*圖5-9雙極式H型PWM變換電路圖*

在一個開關周期內，當0≤t≤

時，

和

為正，VT1和VT4導通；

和

為負，VT2和VT3截止。這時

，電樞電流

沿回路l流通。當

≤t≤

時，

和

變負，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VD2、VD3續流，VD2和VD3上的壓降使VT2和VT3承受反壓，VT2和VT3仍不能導通，這時

。電壓、電流波形如圖5-10所示。工作機理*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開關周期中，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：（電動機正轉時）（電動機反轉時）*

在單極式工作制中，左邊兩個器件的驅動電壓

，與雙極式控制時一樣。右邊兩個器件VT3和VT4的控制信號則根據電動機的轉向施加不同的直流驅動信號。*3.受限單極式可逆PWM變換器

單極式變換器在減少開關損耗