运动控制系统期末复习3

环流的分类（续）
B 动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出 现的环流。
•这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论 其控制方法和抑制措施。
3 直流平均环流的抑制-配合控制
（1）什么是配合控制?
整流
VF
~
+
Rrec
Rrec
逆变
+
Ra
Ud0f M Ud0r
VR
~
--
-
_
Ud0f = Ud0 max cosf Ud0f = Ud0 max cosß r
2 可逆V-M系统中的环流
（1） 环流及其种类
环流的定义：
采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，不流过 负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作 环流。
环流
Rrec VF ~ +
Rrec Ra Ud0r Ic
+
VR ~
Ud0f Id
--
M
Ic — 环流 Id — 负载电流
反并联可逆V-M系统中的环流
电机输出电能实现回馈制动。
R
+ M
--
+
VR
E
-
-Ud0r
-
n
b) 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的反组逆变状态
c）机械特性范围
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。
-Id c) 机械特性运行范围 Id n 反组逆变 回馈制动 正组整流 电动运动
（4） V-M系统的四象限运行
I. 本组逆变阶段
此阶段：L(di/dt)-E＞Ud0f
+ KF
逆变
TM VF
U*
n
-
KR
•此过程时 间很短， 电流迅速 下降，转 速变化不 明显。
+ 0 + Un -
U*i= U*im + ASR + - - U
Uc=-Ucm GTF
ACR
i
+ -
+
+ Lc1 + TA
Id
--
M
Ld
Lc3
-1
AR U GTR c
整流状态：
n
提升
电动机工作于第1 象限；
逆变状态：
TL
Te
Id
电动机工作于第4 象限。
-n
放下
单组V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态
（3） 两组晶闸管装置反并联的整流和逆变
两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和 逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的 具体条件不一样。 现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装 置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆 线路的工作原理。
运动控制系统
第 3章
可逆直流调速系统
内 容 提 要
V-M可逆直流调速自动控制系统
直流PWM可逆直流调速自动控制系统
电动机除电动转矩外
还须产生制动转矩， 实现生产机械快速的 减速、停车与正反向 运行等功能。 在转速和电磁转矩的 坐标系上，就是四象 限运行的功能。 这样的调速系统需要 正反转，故称可逆调 速系统。
Lc2
+
VR
Lc4
+
-TG
待整流
2 本组VF组由整流状态很快变成βf=βmin的逆变状态，它组VR组由 待逆变状态转变成待整流状态。电动机反电动势 E极性未变，迫使 1 发出停车指令后，进入电动机制动过程中的正向电流衰 Id 迅速下降，主电路电感迅速释放储能，企图维持正向电流，但电 减阶段： Un*(=0) →ΔUn(-) →Ui*(=U*im) →Uc(=-Ucm) 流仍会下降，直到为0.
反并联的晶闸管装置的其他应用
即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈
制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正 组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变 制动。
这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反
组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供 稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。
d
0
ar
icp
Icp
w t
（3）瞬时脉动环流的抑制
直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动 环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在 环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡 电抗器，用Lc表示. 环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量 限制在负载额定电流的5%~10%来设计。
TA
--
VF
-
KR
M
Ld
Lc3
-1
AR U GTR c
Lc2
VR -TG
Lc4
（2） 系统的工作原理分析要点
电流给定与反馈电压： 根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈 ※=“ 转速调节器 ASR 控制转速，设置双向输出限幅电路， 电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。 正转时， Ui -” ，Ui =“+”； * 以限制最大起制动电流； 反转时， 给定电压：正转时， Ui ※=“+” ，KF Ui 闭合， =“-”。 U n=“+”； 反转时，KR闭合， U*n=“-”。 注意：由于电流反馈应能反映极性，因此图中的电流互感 电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路， 器需采用直流电流互感器或霍尔变换器，以满足这一要求。 转速反馈：正转时， Un=“-”， 以限制最小控制角 min 与最小逆变角 min 。 反转时， Un=“+”。
结论: α<β,电路有直流平均环流.
α≥β,无直流平均环流.(抑制环流)
•当刚好满足α=β时,称为配合控制.此控制方 法可以抑止平均环流.
（2）配合控制方法的实现
为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发 脉冲零位都定在90°，即
当控制电压 Uc= 0 时，使 f = r = 90°，此时
3.1 V-M可逆调速自动控制系统
3.1.1~ 3.1.2 V-M可逆系统的主回路及环流 3.1.3 不同控制方式下的V-M可逆系统
预备知识：晶闸管-电动机系统的可逆线路 ※如何实现可逆? 理论依据: Te=Cm（Φ）Id
① 改变电动机电枢电流的方向
改变转矩Te的方向
② 改变励磁电流的方向
3.1.1~3.1.2 V-M可逆系统主回路及环流
VR
（4） = 配合控制特性

180o 0o
fmin

90o

90o
rmin
r
CTR

- Ucm
rmin
CTF
f
0o 180o Uc1 配合控制移相特性

Ucm
fmin
Uc
（5） = 控制的工作状态
Rrec VF ~ +
Rrec Ra Ud0r
+
VR ~
Ud0f
--
M
待逆变状态 —— 实际上，这时逆变组除环流外并 未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说， 它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是 在逆变角控制下等待工作。
（5） = 控制的工作状态（续）
Rrec VF ~ +
Rrec Ra Ud0r
+
VR ~
Ud0f
--
M
逆变状态 ——只有在制动时，当发出信号改变控制角 后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电 机反电动势 E > |Ud0r| = |Ud0f|，整流组电流将被截止， 逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动， 将电能通过逆变组回馈电网。
（2）瞬时脉动环流产生情况 瞬时电压差和瞬时脉动环流的大小因控制角的不 同而异。 现以 f = r = 60°为例，分析三相零式反并
联可逆线路产生瞬时脉动环流的情况.
三相零式反并联可逆线路
a) 三相零式可逆线路 和瞬时脉动环流回路
VF + a b c
Rrec Lc1
~
A B C
Icp
Ud0f
并联的环流通道，总共要设置4个环流电抗器。
VF
1
A B C a b c M --
VR
~
2
注意： = 配合控制系统也称为有环流可逆系统
3.1.3 不同控制方式下的V-M可逆调速系统 1. = 配合控制
（1）系统组成
TM
+ KF
U*n + Un
U*i
ASR
+ - U i
ACR
Uc GTF Lc1
a) 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
a)正组整流电动运行 VF
+ Ud0 f -
R
+
P
Id
E
-
M --
n
两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态
b) 反组晶闸管装置VR逆变
VR逆变处于状态：
此时，r 90°，E > |Ud0r|， n > 0
环流的分类
在不同情况下，会出现下列不同性质的环流： A 静态环流 —— 两组可逆线路在一定控制角下稳 定工作时出现的环流，其中又有两类：
直流平均环流 —— 由晶闸管装置输出的直流平均
电压所产生的环流称作直流平均环流。
瞬时脉动环流 ——两组晶闸管输出的直流平均电
压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会 产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。
环流的利弊
危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然
加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太 大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消 除。 利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管 的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基 本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在 晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起 的非线性对系统性能的影响。