电力拖动自动控制系统陈伯时第4章.pptVIP

可逆调速系统和位置随动系统 电力拖动自动控制系统 本章在前三章的基础上进一步探讨可逆调速系统和位置随动系统。考虑到大多数学校教学学时的限制和电气工程及其自动化专业的一般教学需求，本课件选择可逆调速系统为主要内容。 4.1 可逆直流调速系统 内容提要 问题的提出 晶闸管-电动机系统的可逆线路 晶闸管-电动机系统的回馈制动 两组晶闸管可逆线路中的环流 有环流可逆调速系统 无环流可逆调速系统 4.1.0 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。 4.1.0 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。 4.1.1 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 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，如本书第 1.3.1 节中第 2 小节所述。第1.3.4 节图1-22 绘出了 PWM 可逆调速系统的主电路，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。 系统组成 系统组成（续） 图中 UR—整流器； UPEM—桥式可逆电力电子变换器，主电路与图1-22相同，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的； GD—驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放大电路； 系统组成（续） UPW—PWM波生成环节，其算法包含在单片微机软件中； TG—为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用数字测速码盘； TA—霍尔电流传感器； 给定量 n*，I*d 和反馈量 n，Id 都已经是数字量。 系统控制 该原理图的硬件结构如图3-4所示，控制系统一般采用转速、电流双闭环控制，电流环为内环，转速环为外环，内环的采样周期小于外环的采样周期。无论是电流采样值还是转速采样值都有交流分量，常采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延缓动态响应，为此可采用硬件滤波与软件滤波相结合的办法。 系统控制（续） 当转速给定信号在-n*max ~ 0 ~ +n*max 之间变化并达到稳态后，由微机输出的PWM信号占空比ρ在 0 ~ ? ~ 0 的范围内变化，使UPEM的输出平均电压系数为 ? = –1 ~ 0 ~ +1 [参看式（1-20）]，实现双极式可逆控制。 在变流中，为了避免同一桥臂上、下两个电力电子器件同时导通而引起直流电源短路，在由 VT1、VT4 导通切换到 VT2、VT3 导通或反向切换时，必须留有死区时间。 对于功率晶体管，死区时间约需30μs；对于IGBT，死区时间约需5μs或更小些。 4.1.2 有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统 一. V-M系统的可逆线路 根据电机理论，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。因此，V-M系统的可逆线路有两种方式： 电枢反接可逆线路； 励磁反接可逆线路。 1. 电枢反接可逆线路 电枢反接可逆线路的形式有多种，这里介绍如下3种方式： （1）接触器开关切换的可逆线路 （2）晶闸管开关切换的可逆线路 （3）两组晶闸管装置反并联可逆线路 （1） 接触器开关切换的可逆线路 （2）晶闸管开关切换的可逆线路 接触器切换可逆线路的特点 优点： 仅需一组晶闸管装置，简单、经济。 缺点：有触点切换，开关寿命短； 需自由停车后才能反向，时间长。 应用：不经常正反转的生产机械。 （3）两组晶闸管装置反并联可逆线路 较大功率的可逆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整流装置反并联的可逆线路，如下图所示。 ? 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。 2. 励磁反接可逆线路 改变励磁电流的方向也能使电动机改变转向。与电枢反接可逆线路一样，可以采用