双闭环直流可逆调速系统建模与仿真课件.doc

V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 1设计任务与分析 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。 本设计是V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真，主要包括可逆部分和双闭环直流调速部分。可逆部分可以由两组晶闸管可控整流装置反并联实现，通过控制电路和触发电路来实现整流与逆变的转换。而设计要求调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作系统静特性良好，动态性能指标转速超调量δn＜%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性PWM变换器。较大功率的可逆直流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，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控直流装置反并联的可逆线路，如图2-1所示。 图2-1 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路 电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。两组晶闸管分别由两套触发装置控制，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。 2.1.2 V-M系统的回馈制动 在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。当控制角为，晶闸管装置处于整流状态；当控制角为，晶闸管装置处于逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为 因此在整流状态中，为正值；在逆变状态中， 为负值。为了方便起见，定义逆变角 ，则逆变电压公式可改写为 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。 2.1.3两组SCR反并联的整流和逆变 a) 正组晶闸管装置VF整流 VF处于整流状态： 此时， ，，-2 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 当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的。这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态。 VR处于逆变状态：此时，，，，V-M系统的反组逆变状态 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。 2.1.4 V-M系统的四象限运行 在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。这样，采用两组晶闸管装置的反并联，就可实现电动机的四象限运行。归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表2-1中. 表2-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态 2.2 ( = ( 配合控制电路 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生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。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。 在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组VF 和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。 为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是 由于， ， ，其中 和分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 或 如果反组的控制用逆变角表示，则 由此可见，按上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作 配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 2.3调速系统原理 2.3.1调速系统组成 直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电