直流傳動講義連軋第1頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程

nUIRKe式中

—轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（

）；

—勵磁磁通（Wb）；

—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。直流調(diào)速方法第2頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

由此可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：

（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵磁磁通；（3）改變電樞回路電阻R。第3頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵磁=N；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過程：改變電壓UN

U

Un，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。第4頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵磁=N

；保持電壓U=UN；調(diào)節(jié)過程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。第5頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：保持電壓U=UN

；保持電阻R=Ra；調(diào)節(jié)過程：減小勵磁N

n，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線第6頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月三種調(diào)速方法的性能與比較

對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。第7頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月通過觸發(fā)角度（α）來控制電樞電壓電力拖動自動控制系統(tǒng)課前說明2第8頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載觸發(fā)角度（α）=0°時的波形圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0°時的波形

第9頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載觸發(fā)角度（α）=30°時的波形圖2-19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=30°時的波形

第10頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載觸發(fā)角度（α）=60°時的波形圖2-20三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=60°時的波形

第11頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月PI調(diào)節(jié)器電力拖動自動控制系統(tǒng)第1節(jié)

第12頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種調(diào)節(jié)器優(yōu)缺點(diǎn)

采用P放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，Kp

越大，系統(tǒng)相應(yīng)快速性越高；但Kp

過大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動態(tài)不穩(wěn)定。

采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。

第13頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月階躍給定下兩種調(diào)節(jié)器特性比較。第14頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月。圖1-45積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程a)階躍輸入b)一般輸入

I調(diào)節(jié)器

輸入輸出的動態(tài)過程第15頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月為何要選用PI調(diào)節(jié)器

那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應(yīng)快，該怎么辦呢？只要把比例和積分兩種控制結(jié)合起來就行了，這便是比例積分控制。第16頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月PI調(diào)節(jié)器輸出時間特性UexUinUexmtUinUexOKpUina)PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線OtOtUcUc?Un121+2b)PI調(diào)節(jié)器輸出動態(tài)過程

圖1-39

PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線第17頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月分析結(jié)果

由此可見，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。

第18頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月速度調(diào)節(jié)器及電流調(diào)節(jié)器的

作用電力拖動自動控制系統(tǒng)第2節(jié)

第19頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用

（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。第20頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。第21頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。返回目錄第22頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月啟動過程分析電力拖動自動控制系統(tǒng)第3節(jié)

第23頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月理想的啟動過程理想起動過程波形如圖，這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。IdLntIdOIdm圖2-1b)理想的快速起動過程第24頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月解決思路

為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。第25頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月期望的控制方式我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。

怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？第26頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級）聯(lián)接。

為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。第27頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第28頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)節(jié)器限幅轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。第29頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月限幅作用

存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和——輸出未達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。

第30頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)靜特性實(shí)際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。第31頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm

后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。第32頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流IdL決定的；控制電壓Uc

的大小則同時取決于n和Id，或者說，同時取決于U*n

和IdL。第33頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月給定與檢測電路（轉(zhuǎn)速）

根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行的需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)的極性。這里給定電壓：正轉(zhuǎn)時，U*n=“+”；反轉(zhuǎn)時，U*n=“-”。轉(zhuǎn)速反饋：正轉(zhuǎn)時，Un=“-”，反轉(zhuǎn)時，Un=“+”。第34頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月給定與檢測電路（電流）電流反饋電壓：正轉(zhuǎn)時，Ui

=“+”；反轉(zhuǎn)時，Ui

=“-”。注意：由于電流反饋應(yīng)能否反映極性，因此圖中的電流互感器需采用直流電流互感器或霍爾變換器，以滿足這一要求。第35頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月控制電路

控制電路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動電流；電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角

min

與最小逆變角

min

。第36頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月起動過程分析

設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于下圖。第37頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2-7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形

n

OOttIdm

IdL

Id

n*

IIIIIIt4

t3

t2

t1

第38頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月起動過程

由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個階段。

第39頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第I階段電流上升的階段（0~t1）突加給定電壓U*n后，Id上升，當(dāng)Id

小于負(fù)載電流IdL時，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)Id≥

IdL

后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值U*im，強(qiáng)迫電流Id迅速上升。第40頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第I階段第41頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第I階段直到，Id=Idm

，Ui

=U*im

電流調(diào)節(jié)器很快就壓制Id

了的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第42頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第II階段恒流升速階段（t1~t2）

在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id

恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第43頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第II階段第44頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第II階段與此同時，電機(jī)的反電動勢E也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動，Ud0和Uc

也必須基本上按線性增長，才能保持Id

恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，

Id

應(yīng)略低于Idm。第45頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第II階段

恒流升速階段是起動過程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動過程中ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計時必須注意的。第46頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第Ⅲ階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）

當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im

，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，U*i

和Id

很快下降。但是，只要Id

仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。第47頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月IdL

Id

n

n*

Idm

OOIIIIIIt4

t3

t2

t1

tt第Ⅲ階段第48頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第Ⅲ階段直到Id

=IdL時，轉(zhuǎn)矩Te=TL

，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t=t3時）。第49頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第Ⅲ階段此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時間內(nèi)（t3~t4

），Id<

IdL

，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一些振蕩過程。第50頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第Ⅲ階段

在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使Id

盡快地跟隨其給定值U*i

，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。

第51頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月第Ⅲ階段

在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使Id

盡快地跟隨其給定值U*i

，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。

第52頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月分析結(jié)果

綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn)：（1）

飽和非線性控制；（2）

轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。

第53頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和非線性控制

根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。第54頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速超調(diào)

由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓△Un

為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。第55頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月準(zhǔn)時間最優(yōu)控制

起動過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。第56頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月正向運(yùn)行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id系統(tǒng)正向運(yùn)行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----Pn第57頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月制動過程分析電力拖動自動控制系統(tǒng)第4節(jié)

第58頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)的回饋制動1.晶閘管裝置的整流和逆變狀態(tài)在兩組晶閘管反并聯(lián)線路的V-M系統(tǒng)中，晶閘管裝置可以工作在整流或有源逆變狀態(tài)。在電流連續(xù)的條件下，晶閘管裝置的平均理想空載輸出電壓為（4-1）

第59頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)控制角為90°，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當(dāng)控制角為

90°，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)。

因此在整流狀態(tài)中，Ud0為正值；在逆變狀態(tài)中，Ud0為負(fù)值。為了方便起見，定義逆變角

=180–

，則逆變電壓公式可改寫為

Ud0=－Ud0maxcos逆變電壓公式第60頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月-+Ud0RM+-nEV--單組晶閘管裝置的有源逆變

單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在拖動起重機(jī)類型的負(fù)載時也可能出現(xiàn)整流和有源逆變狀態(tài)。

a）整流狀態(tài)：提升重物，90°，Ud0E，n

0由電網(wǎng)向電動機(jī)提供能量。PId第61頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月b）逆變狀態(tài)：放下重物90°，Ud0E，n0

由電動機(jī)向電網(wǎng)回饋能量。PId第62頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月c）機(jī)械特性整流狀態(tài)：電動機(jī)工作于第1象限；逆變狀態(tài)：電動機(jī)工作于第4象限。TL圖4-3單組V-M系統(tǒng)帶起重機(jī)類型負(fù)載時的整流和逆變狀態(tài)

第63頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的整流和逆變

兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的整流和逆變狀態(tài)原理與此相同，只是出現(xiàn)逆變狀態(tài)的具體條件不一樣?，F(xiàn)以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變?yōu)槔?，說明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。第64頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月a)正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態(tài)：此時，f90°，Ud0fE，

n

0

電機(jī)從電路輸入能量作電動運(yùn)行。PId第65頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月b)反組晶閘管裝置VR逆變

當(dāng)電動機(jī)需要回饋制動時，由于電機(jī)反電動勢的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過VF流通的。這時，可以利用控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)。第66頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月VR逆變處于狀態(tài)：此時，r90°，E>|Ud0r|，n

0

電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動。PId第67頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月c）機(jī)械特性范圍Id-Idn反組逆變回饋制動正組整流電動運(yùn)動c)機(jī)械特性運(yùn)行范圍

整流狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第一象限。逆變狀態(tài)：

V-M系統(tǒng)工作在第二象限。第68頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行

在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，正轉(zhuǎn)運(yùn)行時可利用反組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動，反轉(zhuǎn)運(yùn)行時同樣可以利用正組晶閘管實(shí)現(xiàn)回饋制動。這樣，采用兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，就可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的四象限運(yùn)行。歸納起來，可將可逆線路正反轉(zhuǎn)時晶閘管裝置和電機(jī)的工作狀態(tài)列于表中。

第69頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)

V-M系統(tǒng)的工作狀態(tài)正向運(yùn)行正向制動反向運(yùn)行反向制動電樞端電壓極性++－－電樞電流極性+－－+電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向++－－電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動回饋發(fā)電電動回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機(jī)械特性所在象限一二三四第70頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

反并聯(lián)的晶閘管裝置的其他應(yīng)用

即使是不可逆的調(diào)速系統(tǒng)，只要是需要快速的回饋制動，常常也采用兩組反并聯(lián)的晶閘管裝置，由正組提供電動運(yùn)行所需的整流供電，反組只提供逆變制動。

這時，兩組晶閘管裝置的容量大小可以不同，反組只在短時間內(nèi)給電動機(jī)提供制動電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電流，實(shí)際采用的容量可以小一些。第71頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月工作過程正向運(yùn)行過程：速度調(diào)節(jié)器Un*(正)=Un(負(fù))ΔUn=0Ui*(負(fù))恒定（I分量作用）電流調(diào)節(jié)器Ui*(負(fù))=Ui(正)ΔUi=0Uct(負(fù))恒定（I分量作用）此時，Id為正，且保持恒定值=IdlUdof為正，功率部分向電機(jī)供電，正組工作在整流狀態(tài)第72頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月正向運(yùn)行過程系統(tǒng)狀態(tài)+++----++Id系統(tǒng)正向運(yùn)行過程MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc----Pn第73頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月tttOOOId

n

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制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Idm

IdL

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圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形第74頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月制動過程

整個制動過程可以分為兩個主要階段，其中還有一些子階段。主要階段分為：

I.本組逆變階段；

II.它組制動階段。現(xiàn)以正向制動為例，說明有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的制動過程。

第75頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月I.本組逆變階段

在這階段中，電流由正向負(fù)載電流下降到零，其方向未變，因此只能仍通過正組VF流通，具體過程如下：速度調(diào)節(jié)器Un*(0),Un(負(fù))ΔUn(負(fù))Ui*(正)=Ui*m電流調(diào)節(jié)器Ui*(正)=Ui*m,Ui(正)ΔUi正Uct(負(fù))Uct*mUdof反向Id(正)↓且<Idl轉(zhuǎn)速開始下降。↑L兩端感應(yīng)出很大的電壓，起主導(dǎo)作用，開始向回路輸出存儲的能量，以阻止Id的減小，電能通過正組反饋回電網(wǎng)此時正組工作在逆變狀態(tài)。直到Id=0為止第76頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月本組逆變過程系統(tǒng)狀態(tài)MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----++Id0+--++----第77頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月tttOOOId

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制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Idm

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圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形第78頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ.它組制動階段

當(dāng)主電路電流下降過零時，本組逆變終止，第I階段結(jié)束，轉(zhuǎn)到反組VR工作，開始通過反組制動。從這時起，直到制動過程結(jié)束，統(tǒng)稱“它組制動階段”。它組制動階段又可分成三個子階段：它組建流子階段；它組逆變子階段；反向減流子階段。第79頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月它組建流子階段

在這階段中，電流過零并反向速度調(diào)節(jié)器Un*(0),Un(負(fù))ΔUn(負(fù))Ui*(正)=Ui*m電流調(diào)節(jié)器Ui*(正)=Ui*m,Ui(負(fù))ΔUi正Uct(負(fù))Uct*mUdof反向當(dāng)電流過零時減小，所以反組功率部分起主導(dǎo)作用，向回路輸出功率，提供了反向的電流，反組工作在整流狀態(tài)下。Udor方向與E的方向一致，導(dǎo)致Id迅速反向增大，電動機(jī)處于反接制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速下降。

直到Id接近-Idm為止第80頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月反接制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----+0+--++Id----第81頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月tttOOOId

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制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Idm

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圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形第82頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月它組逆變子階段在這階段中，電流反向并超調(diào)速度調(diào)節(jié)器Un*(0),Un(負(fù))ΔUn(負(fù))Ui*(正)=Ui*m電流調(diào)節(jié)器Ui*(正)=Ui*m,Ui(負(fù)且超調(diào))ΔUi(負(fù))

Uct(負(fù)到正)Udor正向當(dāng)電流反向并超調(diào)時，電流調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，由于調(diào)節(jié)器I分量的作用，使Id跟隨速度調(diào)節(jié)器保持在接近-Idm附近。所以轉(zhuǎn)速處于恒減速狀態(tài)。此時由于電流無變化，接近于零（充電完成）電感不釋放能量，電動機(jī)在負(fù)載的帶動下將負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過反組回饋電網(wǎng)，電動機(jī)處于回饋制動狀態(tài)，反組工作于逆變狀態(tài)。第83頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月它組回饋制動過程系統(tǒng)狀態(tài)+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc+++----+0+--++Id+-+-----第84頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月反向減流子階段在這一階段，轉(zhuǎn)速下降得很低，負(fù)載機(jī)械能很低，轉(zhuǎn)化的電能也很少，無法再維持-Idm，于是電流立即衰減。在電流衰減過程中，電感L上的感應(yīng)電壓LdId/dt

支持著反向電流，并釋放出存儲的磁能，與電動機(jī)斷續(xù)釋放出的動能一起通過VR逆變回饋電網(wǎng)。電機(jī)隨即停止，整個制動過程到此結(jié)束。第85頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月+-MVRVF-1ARGTRGTFUcASRACRU*n+-UnUiU*i+-TGLc1Lc2Lc3Lc4TMTALdUc++---+0+-++-反向減流過程系統(tǒng)狀態(tài)0000000----第86頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月tttOOOId

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制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Idm

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圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形第87頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)可逆運(yùn)行曲線第88頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月弱磁調(diào)速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)第5節(jié)

第89頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月概述

在他勵直流電動機(jī)的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速nN）向下調(diào)速。如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁調(diào)速的方法，通過降低勵磁電流，以減弱磁通來提高轉(zhuǎn)速。電壓與弱磁的配合控制第90頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種調(diào)速方式1.恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式按照電力拖動原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運(yùn)行時，為了充分利用電機(jī)，都應(yīng)使電樞電流達(dá)到其額定值IN。于是，由于電磁轉(zhuǎn)矩Te

=Km

Id，在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。第91頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月2.恒功率調(diào)速方式而在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)速方式”。第92頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

由此可見，所謂“恒轉(zhuǎn)矩”和“恒功率”調(diào)速方式，是指在不同運(yùn)行條件下，當(dāng)電樞電流達(dá)到其額定值IN時，所容許的轉(zhuǎn)矩或功率不變，是電機(jī)能長期承受的限度。實(shí)際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟有多少，還要由其具體的負(fù)載來決定。第93頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而恒功率類型的負(fù)載更適合于恒功率的調(diào)速方式。但是，直流電機(jī)允許的弱磁調(diào)速范圍有限，一般電機(jī)不超過1:2，專用的“調(diào)速電機(jī)”也不過是1:3或1:4。第94頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)負(fù)載要求的調(diào)速范圍更大時，就不得不采用調(diào)壓和弱磁配合控制的辦法，即在基速以下保持磁通為額定值不變，只調(diào)節(jié)電樞電壓，而在基速以上則把電壓保持為額定值，減弱磁通升速，這樣的配合控制特性示于下圖。電壓與弱磁的配合控制第95頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月TeNnNnmax變電壓調(diào)速弱磁調(diào)速UNUPPTeUnO圖2-35變壓與弱磁配合控制特性電樞電壓與勵磁配合控制特性第96頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

從圖中可知：調(diào)壓與弱磁配合控制只能在基速以上滿足恒功率調(diào)速的要求，在基速以下，輸出功率不得不有所降低。第97頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)組成TVDAE圖2-36非獨(dú)立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)TGnASRACRU*nRP1-UnUiU*i-UcTAVM-UdIdUPE-AFR+GTFCUif+VFCU*if+RP2AERUi-U*eUeTAFCUvTGM第98頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)部件說明圖中TVD——電壓隔離器；

AE——電動勢運(yùn)算器；AER——電動勢調(diào)節(jié)器；第99頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理控制的基本思想根據(jù)E=Ke

n原理，若能保持電動勢E不變，則減少電動機(jī)的勵磁磁通，可以達(dá)到提高轉(zhuǎn)速的目的。

為此，在勵磁控制系統(tǒng)中引入電動勢調(diào)節(jié)器AER，利用電動勢反饋，使勵磁系統(tǒng)在弱磁調(diào)速過程中保持電動勢E基本不變。第100頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月電動勢的檢測：

由于直接電動勢比較困難，因此，采用間接檢測的方法。通過檢測電壓Ud

和電流Id，根據(jù)E=Ud–RId+LdId/dt，由電動勢運(yùn)算器AE，算出電動勢E的反饋信號Ue

。電動勢的給定：由RP2提供基速時電動勢的給定電壓Ue*

，并使Ue*

=

90-95%UN。第101頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月控制過程在基速以下調(diào)壓調(diào)速:設(shè)置n<90%UN

，則，E<90%UN；此時，Ue*

>Ue

，

AER飽和，相當(dāng)于電勢環(huán)開環(huán)；AER的輸出限幅值設(shè)置為滿磁給定，加到勵磁電流調(diào)節(jié)器AFR，由AFR調(diào)節(jié)保持磁通為額定值；用RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用；第102頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月控制過程在基速以上弱磁升速:調(diào)節(jié)RP1提高轉(zhuǎn)速給定電壓，使轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)n>90%UN

時，E>90%UN，使Ue*

<Ue，AER開始退飽和，減少勵磁電流給定電壓，從而減少勵磁磁通，以提高轉(zhuǎn)速。第103頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)運(yùn)行分析如果負(fù)載是恒功率負(fù)載，則Id

和Ud

都保持滿磁時的穩(wěn)態(tài)值不變；如果是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則隨著下降，Id

和Ud

都上升，所以在電動勢給定設(shè)置時留有5%的余量，讓Ud

可以上升到100%UN

。第104頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月邏輯無環(huán)流系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)第6節(jié)

第105頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流問題

1.環(huán)流及其種類環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，如下圖中所示。第106頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-5

反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)中的環(huán)流

MVRVFUd0f+--+Ud0rRrecRrecRa--~~環(huán)流的形成IdIcIc

—

環(huán)流Id

—負(fù)載電流

第107頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)流的危害危害：一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。第108頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月控制原理邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

當(dāng)一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。第109頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)

本節(jié)將著重討論邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制原理和電路設(shè)計。

（1）系統(tǒng)的組成

邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)（以下簡稱“邏輯無環(huán)流系統(tǒng)”）的原理框圖示于下圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：第110頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4-11邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖

ASRDLC-1TAVRVFGTR2ACRMTGGTF1ACR+U*nUn-UiU*iUcfUblfUblrUcrU*i+UiU*iUi0LdAR----+邏輯控制的無環(huán)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第111頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路；由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器Ld

，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；第112頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（續(xù)）1ACR的給定信號經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動切換，其輸出信號Ublf

用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr

用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。第113頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（續(xù)）1ACR的給定信號經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動切換，其輸出信號Ublf

用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr

用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。第114頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于ACR的輸出信號正好代表了轉(zhuǎn)矩方向，即有：正向運(yùn)行和反向制動時，U*i為正；反向運(yùn)行和正向制動時，U*i為負(fù)。又因為U*I

極性的變化只表明系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩反向的意圖，轉(zhuǎn)矩極性的真正變換還要滯后一段時間。只有在實(shí)際電流過零時，才開始反向，因此，需要檢測零電流信號作為DLC的另一個輸入信號。第115頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月tttOOOId

n

Uc

制動過程系統(tǒng)響應(yīng)曲線III1II2II3-Id

IdL

-Uc

n圖4-10配合控制有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過渡過程波形第116頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

DLC的輸出要求正向運(yùn)行：VF整流，開放VF，封鎖VR；反向制動：VF逆變，開放VF，封鎖VR；反向運(yùn)行：VR整流，開放VR，封鎖VF；正向制動：VR逆變，開放VR，封鎖VF；因此，DLC的輸出有兩種狀態(tài)：VF開放—Ublf

=1，VF封鎖—Ublf=0；VR開放—Ublr=1，VR封鎖—Ublr=0。第117頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月

DLC的內(nèi)部邏輯要求對輸入信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為開關(guān)量；根據(jù)輸入信號，做出正確的邏輯判斷；為保證兩組晶閘管裝置可靠切換，需要有兩個延時時間：(1)t1延時——關(guān)斷等待時間，以確認(rèn)電流已經(jīng)過零，而非因電流脈動引起的誤信號；2-3ms(2)t2延時——觸發(fā)等待時間，以確保被關(guān)斷的晶閘管已恢復(fù)阻斷能力，防止其重新導(dǎo)通。5-7ms第118頁，課件共134頁，創(chuàng)作于2023年2月具