第4章 可逆调速系统Liu1.ppt

内 容 提 要 直流PWM可逆直流调速系统 V-M可逆直流调速系统 弱磁控制的直流调速系统 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。 电机的运行状态可处在转速和电磁转矩的坐标系的四个象限中，称为四象限运行。 问题的提出（续） 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，这本来是很简单的事。 然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。 4.1 直流PWM可逆调速系统 中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器，其中功率开关器件采用 IGBT ，在小容量系统中则可用将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。 4.1 直流PWM可逆调速系统 PWM变换器电路有多种形式，可分为不可逆与可逆两大类， 还有一种带制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统，其电流能够反向。之所以不可逆是因为平均电压始终大于零，因而转速不能反向。 如果要求转速反向，需要改变PWM变换器输出电压的正负极性，使得直流电动机可以在四象限中运行，由此构成了可逆的PWM变换器-直流电动机系统。 （2）有制动的不可逆PWM变换器 2）制动状态 3）轻载电动状态 二象限不可逆PWM变换器在不同工作状态下的导通器件和电流回路与方向 4.1.1 桥式可逆PWM变换器 电流波形存在两种情况。 电动机负载较重的情况时，负载电流id1大，在续流阶段电流仍维持正方向，电动机始终工作在第Ⅰ象限的电动状态。 负载很轻时，平均电流小，在续流阶段电流很快衰减到零，于是二极管终止续流，而反向开关器件导通，电枢电流反向，电动机处于制动状态。 id2电流中的线段3和4是工作在第Ⅱ象限的制动状态。 电枢电流的方向决定了电流是经过续流二极管还是经过开关器件流动。 双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 占空比ρ和电压系数γ的关系为 当ρ1/2时，γ为正，电动机正转； 当ρ1/2时， γ为负，电动机反转； 当ρ=1/2时， γ =0，电动机停止。 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点： （1）电流一定连续； （2）可使电动机在四象限运行； （3）电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区； （4）低速平稳性好，系统的调速范围大； （5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 双极式控制方式的不足之处是： 在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 a点过渡到b点，Id从正向IdL降低为零。 b点过渡到c点 ， Id从零反向上升到允许的制动电流-Idm 。 c点过渡到d点 ，回馈制动状态，转速将减速到0 。 d点过渡到e点 ，反向起动状态 ,转速要超调，转速环退饱和 。 在f点稳定工作，电枢电流与负载电流-IdL相等。 4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈 当可逆系统进入制动状态时，直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧， 由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高，称作泵升电压。 在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压， 当PWM控制器检测到泵升电压高于规定值时，开关器件VTb导通，使制动过程中多余的动能以铜耗的形式消耗在放电电阻中。 如果在大容量的调速系统中希望实现电能回馈到交流电网，以取得更好的制动效果并且节能，可以在二极管整流器输出端并接逆变器，把多余的电能逆变后回馈电网。 在突加交流电源时，大电容量滤波电容C相当于短路，会产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻。 合上电源后，经过延时或当直流电压达到一定值时，闭合接触器触点K把电阻短路，以免在运行中造成附加损耗。 4.1.4 单片微机控制的PWM可逆直流 调速系统 三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。 检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，转速检测用数字测速。 微机控制具备故障检测功能，对电压、电流、温度等信号进行实时监测和报警。 一般选用专为电机控制设计的单片微机，配以显示、