可逆控制和弱磁控制直流调速系统.ppt

可逆控制和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。 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 内容提要 桥式可逆PWM变换器 直流PWM可逆调速系统转速反向的过渡过程 直流PWM功率变换器的能量回馈 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 4.1.1 桥式可逆PWM变换器 可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图4-2所示。 这时，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM变换器。 H形主电路结构 图4-2 桥式可逆PWM变换器 输出波形 输出平均电压 双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为 如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中 ? = 2? – 1 注意：这里 ? 的计算公式与不可逆变换器中的公式就不一样了。 调速范围 调速时， ? 的可调范围为0~1， –1? +1。 当? 0.5时， ? 为正，电机正转； 当? 0.5时， ? 为负，电机反转； 当? = 0.5时， ? = 0 ，电机停止。 注 意 当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。 性能评价 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）可使电机在四象限运行； （3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区； （4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000 左右； （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。 性能评价（续） 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可逆调速系统转速反向的过渡过程 以系统从电动状态正向变换到反向工作为例： 4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈 中、小功率的可逆直流调速系统多采用全控器件组成的桥式可逆PWM变换器，如图4-5 绘出了 PWM 可逆调速系统的主电路。当可逆系统进入制动状态时， PWM变换器把机械能变为电能回馈到直流侧，由于二极管的单向导电性，电能不能送回电网，只能向滤波电容充电，使电容两端点压升高，称作泵升电压。 4. 2 V-M可逆直流调速系统 4.2.1 V-M可逆直流调速系统的主回路及环流 对于拖动位能性负载的起重机而言，采用单组晶闸管装置就能实现重物的提升与放下。如图所示 c）机械特性 整流状态： 电动机工作于第1象限； 逆变状态： 电动机工作于第4象限。 ? 两组晶闸管装置可逆运行模式 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。 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。 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 （4-3） 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 电机从电路输入能量作电动运行。 b) 反组晶闸管装置VR逆变 V