变流技术与运动控制--第 10 课

ACR输出电压 Uc 退出饱和，其数值很快 减小，又由负变正，然后再增大，使VR回 到逆变状态，而 VF 变成待整流状态。
此后，在ACR的调节作用下，力图维持 接近最大的反向电流 –Idm 。
因而：
L dId 0 dt
E Ud0f Ud0r
电机在恒减 Uc
速条件下回馈制
动，把动能转换 成电能，其中大 部分通过 VR 逆
O
I II
III
IV
t
本组逆变过程系统状态
TM
+ KF
U*n
U*i +
ASR
Uc GTF
ACR
VF
+0+ -
KR -
Un -
+- - Ui +
+-
+-
Lc1
Id
Lc3
TA +
Ld
-M-
AR Uc GTR
Lc2
-1
+-
Lc4 +-
VR
-TG-
Ⅱ.它组制动阶段（包含：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ子阶段）
当主电路电流下降过零时，本组逆变终止， 第 I 阶段结束，转到反组 VR 工作，开始通过反 组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称 “它组制动阶段”。
ACR
+0+ -
KR -
Un -
+- - Ui +-
+-
+-
Lc1
TA +
-M-
VF
Lc3 Ld
AR Uc GTR
Lc2
-1
Id
Lc4
+--
-+-
VR
-TG-
③ 反向减流子阶段(Ⅳ子阶段)
在这一阶段，转速下降得很低，并略 有反转，ASR开始退饱和，无法再维持-Idm， 于是电流立即衰减。
在电流衰减过程中，电感L上的感应电压
正转时，Ui =“+”； 反转时，Ui =“-”。
注意： 由于电流反馈应能反
映极性，因此图中的电流 互感器需采用直流电流互 感器或霍尔变换器，以满 足这一要求。
△Un
U*i +
ASR -
△Ui
Ui
TA -M-
（4）控制电路 控制电路采用典型的转速、电流双闭环
系统，其中：
① 转速调节器ASR控制转速，设置双向 输出限幅电路，以限制最大起制动电流；
的过程就会延续下去，直到反向转速稳定时为 止。
由于正转制动和反转起动的过程完全衔接起 来，没有间断或死区，这是有环流可逆调速系 统的优点，适用于要求快速正反转的系统。
反向起动过程系统状态
TM
+
KF
U*n
U*i +
ASR
Uc GTF
ACR
VF
+0-+ -
- KR
Un 0+-
+- - Ui
+-
+-
AR Uc GTR
② DLC的输出要求
正向运行：VF整流，开放VF，封锁VR； 反向制动：VF逆变，开放VF，封锁VR； 反向运行：VR整流，开放VR，封锁VF； 正向制动：VR逆变，开放VR，封锁VF；
O -Ucm
Id IdL
t
变回馈电网，过 O
t
渡过程波形为图 3-11中的第 III 阶 n E
-Idm
段，称作“它组
回馈制动阶段”
或“它组逆变阶
段”。
O
I II
III
IV
t
由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过 程中的主要阶段。
它组逆变过程系统状态
TM
+ KF
U*n
U*i +
ASR
Uc GTF
因此，应选择转矩信号作为DLC的输入信 号。
由于ASR的输出信号正好代表了转矩方向，即有： 正向运行和反向制动时，U*i 为正； 反向运行和正向制动时，U*i 为负。
U*i Ui0
DLC
因为U*i 极性的变化只表明系统转矩反向的意图， 转矩极性的真正变换还要滞后一段时间。
只有在实际电流过零时，才开始反向，因此，需 要检测零电流信号作为DLC的另一个输入信号。
-1
+-Lc1
Id
Lc3
TA +0- -M-
Ld
Lc2
Id
Lc4
+-+-
-+-
VR
T-G-
有环流系统可逆运行曲线
n I
II
III
IV
V
VI n*
O Id O
t1
t2
t3
t4
t
-n*
Idm IdL
t -IdL -Idm t5 t6
3.5 无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统
1、概述
有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡 平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究 是个累赘。
- Ublf
+Ui
2
+ Ucr
Ublr
ACR +GTR
T-G-
TA VF
Ld
M--
+
VR
5．无环流逻辑控制环节
（1）逻辑控制环节的设计要求 ① DLC的输入要求：
分析V-M系统四象限运行的特性，有如下 共同特征：
正向运行和反向制动时，电动机转矩方向 为正，即电流为正；
反向运行和正向制动时，电动机转矩方向 为负，即电流为负。
因此，当工艺过程对系统正反转的平滑 过渡特性要求不很高时，特别是对于大容 量的系统，常采用既没有直流平均环流又 没有瞬时脉动环流的无环流控制可逆系统。
2、系统分类 按照实现无环流控制原理的不同，无
环流可逆系统又有两大类：
（1）逻辑控制无环流系统；
（2）错位控制无环流系统。
3、控制原理
（1）逻辑控制的无环流可逆系统
发出停车（或反向）指令后，转速给定电压 U*n突变为零（或负值）；
ASR输出跃变到正限幅值 +U*im ； ACR输出跃变成负限幅值 -Ucm ； VF由整流状态很快变成逆变状态，同时反 组VR由待逆变状态转变成待整流状态。
在VF-M回路中，由于VF变成逆变状态，极性变
负，而电机反电动势 E 极性未变，迫使电流迅速下
TM
由GTF控制触发，
Uc GTF
——正转时，VF整流；
VF
——反转时，VF逆变。
反组晶闸管VR，
由GTR控制触发， ——反转时，VR整流； Uc GTR ——正转时，VR逆变。
Lc1 TA
-M-
Lc2
Lc3 Ld
Lc4
VR
（2）给定与检测电路（转速）
根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反 馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。这 里：
L×dId /dt 支持着反向电流，并释放出存储的 磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过 VR逆变回馈电网。
如果电机随即停止，整个制动过程到此结 束。
反向பைடு நூலகம்流过程系统状态
TM
+ KF
U*n
U*i +
ASR
Uc GTF
ACR
+0+ -
- KR
Un 0-
+0- - Ui +-0
+-0
+-
Lc1
TA +0 -M-
给定电压： 正转时，KF闭合，U*n=“+”； 反转时，KR闭合，U*n=“-”。
转速反馈： 正转时， Un=“-”； 反转时， Un=“+”。
+ KF
U+*n - △Un
KR -
Un
转速反馈
（3）给定与检测电路（电流）
电流给定电压：
正转时，U*i =“-”； 反转时，U*i =“+”。
电流反馈电压：
VF
Lc3 Ld
AR Uc GTR
Lc2
-1
Id
Lc4
+--
-+0-
VR
0
T-G-
制动过程系统响应曲线
Uc
O
-Ucm
t
Id IdL
O t
-Idm
nE
O
I II
III
IV
t
图3-11 配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形
(3) 反向起动
如果需要在制动后紧接着反转，Id = -Idm
fmin
Uc1 Ucm Uc
（1）停转时：Uc=0，r = f=90°， Ud0f=Ud0r=0
（2）正转时： Uc > 0， f < 90°，VF整流： Ud0f =“+”； Uc < 0， r < 90°，VR逆变： Ud0r =“-”。
（3）反转时： Uc > 0， r< 90°，VR整流： Ud0r =“+”； Uc < 0， f < 90°，VF逆变： Ud0f =“-”。
3. 工作过程 （1）正向运行过程： KF闭合：U*n=“+” U*i=“-” Uc
=“+”
————————VF整流
电动机正向运行
ARUc =“-”VR逆变
正向运行过程系统状态
TM
+
KF
U*n+
U*i +
ASR
Uc GTF
ACR
VF
+-
KR -
Un -
- - Ui +
+
+
Lc1 +
P
TA -M-
r + f = 300° 甚至是 r + f = 360°
也就是说，初始相位整定在
r = f = 150 ° 或 180°
这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸 管已经完全处于反向阻断状态，不可能导通，当然 就不会产生瞬时脉动环流了。
鉴于目前错位控制的无环流可逆系统实际应用已 经较少，本课程不再详细介绍。
当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件） 或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的 触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保 两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环 流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系 统。
（2）错位控制的无环流可逆系统
在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用配合 控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是
② 电流调节器ACR控制电流，设置双向
输出限幅电路，以限制最小控制角 min 与 最小逆变角 min 。
2. 控制方式
采用同步信号为锯齿波的触发电路时，移相控 制特性是线性的，两组触发装置的控制特性如图所 示。
fmin
rmin
- Ucm
180o 0o
r
90o
90o
f
0o 180o
rmin
GTR GTF
3.4 = 配合控制的有环流可逆V-M系统
1.系统组成
TM
+ KF
U*n
U*i +
Uc GTF
ASR
ACR
VF
+-
- KR
Un
- Ui
Lc1
Lc3
TA -M-
Ld
AR Uc GTR Lc2
Lc4
-1
VR
-TG-
（1）主电路
主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路， 其中：
正组晶闸管VF，
O
I II
III
IV
t
它组建流过程系统状态
TM
+
KF
U*n
U*i +
Uc GTF
ASR
ACR
VF
+0+ -
- KR
Un -
+- - Ui +-
+-
+-
Lc1
Lc3
TA +
Ld
-M-
AR Uc GTR
Lc2
-1
+-
Id Lc4 +-
VR
-TG-
② 它组逆变子阶段(Ⅲ子阶段)
当反向电流达到–Idm 并略有超调时，
它组制动阶段又可分成三个子阶段： ① 它组建流子阶段(Ⅱ子阶段)； ② 它组逆变子阶段(Ⅲ子阶段)； ③ 反向减流子阶段(Ⅳ子阶段)。
① 它组建流子阶段(Ⅱ子阶段)
（a）Id 过零并反向，直至到达 -Idm 以
前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为 -Ucm 。
这时，VF和 VR 输出电压的大小都和 本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止， 电流变化延缓， L的dI数d 值略减。
4、逻辑控制的无环流可逆系统
本节将着重讨论逻辑控制的无环流可逆 系统的系统结构、控制原理和电路设计。
（1）系统的组成 逻辑控制的无环流可逆调速系统（以下简
称“逻辑无环流系统”）的原理框图示于下 图，该系统结构的特点为：
① 逻辑控制无环流系统结构 电流环分设两个电流调 节器，1ACR用来控制正 组触发装置GTF，2ACR 控制系统采控用制反组触发装置GTR 转速、电流双
降，主电路电感迅速释放储能，企图维持正向电流，
这时：
L dId dt
E Ud0f
Ud0r
Uc O
大部分能量通
-Ucm
t
过 VF 回馈电网， Id IdL
所以称作“本组逆 O
变阶段”。由于电
t
流的迅速下降，这
个阶段所占时间很 n n
短，转速来不及产
生明显的变化，其
波形图见图3-11 中的阶段 I 。
-
ASR U*i
Ui
- Ui0
DLC U*i
-1 U*i +
AR
+
1 Ucf GTF
ACR +
+ Ublf
+Ui
2
Ucr
Ublr
ACR -
GTR
VF
+ Ld
-M-
VR
-TG-
② 反向运行
+U*n -
-+ Un
ASR U*i
Ui
+ Ui0
DLC
U*i
-1 U*i -
AR
+
1 Ucf GTF
ACR -
1 Ucf GTF
ACR
Ublf
+Ui 2 Ucr Ublr
ACR GTR
VF
Ld
-M-
VR
为了了无保环证流不逻出辑现控环制图流环3，节-设D1L2置C，逻辑控制无环流可逆调速系-TG- 统原理框由用图于设没置有环环流流电，抗不器
这是系统中的关键环节
（2）工作原理
① 正向运行：
TA
+U*n +
- Un
dt
使：
L dId dt
E
U d0f
Ud0r
（b）反组VR由“待整流”进入整流，向主电路 提供 –Id 。
由于反组整流 Uc
电压Ud0r 和反电 O
动势E 的极性相
-Ucm
t
同，反向电流很 Id IdL
快增长，电机处 O
t
于反接制动状态，
转速明显地降低，n n
Idm
因此，又可称作
“它组反接制动
状态”。
Id