运动控制--可逆弱磁控制的直流调速系统.ppt

1 1机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件第第3 3章章可逆控制的直流可逆控制的直流调调速系速系统统 5/27/20245/27/20242 2机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件主要内容主要内容 1 1、晶、晶闸闸管管-电动电动机系机系统统的可逆的可逆线线路及其路及其环环流流 2 2、有、有环环流控制的可逆晶流控制的可逆晶闸闸管管-电动电动机系机系统统 3 3、无、无环环流控制的可逆晶流控制的可逆晶闸闸管管-电动电动机系机系统统 4 4、单单片微机控制的片微机控制的PWMPWM可逆直流可逆直流调调速系速系统统5/27/20245/27/20243 3机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件 前述章前述章节讨论节讨论的直流的直流调调速系速系统统具有良好的静、具有良好的静、动态动态特特性，但不能施加反向性，但不能施加反向电压电压，无制，无制动动功能，不可逆。功能，不可逆。生生产产系系统统要求正反要求正反转转、要求制、要求制动动运行，要求机械特性运行，要求机械特性在在4 4象限运行象限运行直流可逆直流可逆调调速系速系统统。一、相控整流器一、相控整流器-电动电动机的可逆系机的可逆系统统：1 1、单组单组晶晶闸闸管管V V实现电动实现电动机正反机正反转转运行运行：图图3-23-2卷卷扬扬机械。机械。9090时时U Ud d为为正，正，U Ud0d0 E E，T Te e电动电动，V V整流状整流状态态，特性，特性运行运行I I象限，象限，电电能能机械能（机械能（电电网网电动电动机），重物提升。机），重物提升。9090时时：U Ud d为负为负，感生反向，感生反向-E-E，位能位能电电能，能，V V逆逆变变状状态态，特性运行，特性运行IVIV象限，重物下降。象限，重物下降。运行条件运行条件：外部外部条件：条件：电动电动机拖机拖动动位能性位能性负载负载；内部内部条件：条件：控制角控制角在在minminmaxmax（一般（一般3015030150）连续连续可可调调。5/27/20245/27/20244 4机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件2 2、两、两组组晶晶闸闸管可控整流器反并管可控整流器反并联联可逆可逆线线路：路：可逆运行模式：可逆运行模式：(图图3-43-4）产产生正反两个方向的生正反两个方向的I Id d,实现实现四象限运行四象限运行正正组组晶晶闸闸管装置管装置VFVF整流整流正向正向电动电动运行运行(I)(I)反反组组晶晶闸闸管装置管装置VRVR整流整流反向反向电动电动运行运行(III)(III)正正组组VFVF逆逆变变反向回反向回馈馈制制动动(IV)(IV)反反组组VRVR逆逆变变正向回正向回馈馈制制动动(II)(II)5/27/20245/27/20245 5机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件3、V-M系系统统反并反并联联可逆可逆线线路的工作状路的工作状态态：注意：不允许让两组晶闸管同时处于整流状态；反并联V-M系统不仅用于可逆调速，也用于不可逆系统的制动，比自由停车和能耗制动的效果都好些。5/27/20245/27/20246 6机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件二、可逆二、可逆V-MV-M系系统统的的环环流流 环环流流：在一定条件下（：在一定条件下（两两组组装置的整流装置的整流电压电压同同时时出出现现），会，会产产生不流生不流过负载过负载而直接在两而直接在两组组晶晶闸闸管之管之间间流通的短路流通的短路电电流。流。原因原因：两：两组组晶晶闸闸管装置的管装置的输输出存在出存在电压电压差。差。形式形式：直流平均：直流平均环环流；瞬流；瞬时时脉脉动环动环流流 图图3-5 3-5 反并反并联联可逆可逆V-MV-M系系统统中的中的环环流流5/27/20245/27/20247 7机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件危害危害：环环流流对负载对负载无益，加重晶无益，加重晶闸闸管和管和变压变压器的器的负负担，消担，消耗功率，耗功率，环环流太大流太大时时会会导导致晶致晶闸闸管管损损坏，因此坏，因此应该应该予以予以抑制或消除。抑制或消除。利用利用：合理地控制：合理地控制环环流，保流，保证证晶晶闸闸管安全工作，即可利用管安全工作，即可利用环环流作流作为为流流过过晶晶闸闸管的基本管的基本负载电负载电流，使流，使电动电动机在空机在空载载或或轻载时轻载时也能工作在晶也能工作在晶闸闸管装置的管装置的电电流流连续连续区，以避免区，以避免电电流断流断续续引起的非引起的非线线性性对对系系统统性能的影响。性能的影响。1 1、直流平均、直流平均环环流流：（1 1）环环流流IcIc的的产产生生：正：正组组VFVF和反和反组组VRVR都都处处于整流状于整流状态态，两，两组组的直流平均的直流平均电压电压正正负负相相连连,图图3-53-5。消除方法：。消除方法：*采用封采用封锁锁触触发发脉冲的方法，在任何脉冲的方法，在任何时时候，只允候，只允许许一一组组晶晶闸闸管装置工作管装置工作无无环环流系流系统统。*采用配合控制，当一采用配合控制，当一组组晶晶闸闸管装置工作在整流状管装置工作在整流状态时态时，另一另一组组工作在逆工作在逆变变状状态态，则则可消除直流平均可消除直流平均环环流，但仍流，但仍有脉有脉动环动环流流有有环环流系流系统统。5/27/20245/27/20248 8机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件（2 2）=配合控制配合控制：正正组组VFVF整流整流时时强强迫反迫反组组VRVR逆逆变变，且，且U Udordor=-U=-Udofdof,使逆使逆变电变电压压把整流把整流电压顶电压顶住。住。由由 U Udordor=-U=-Udof dof f f=r r I Ic c=0=0讨论讨论：I I）=配合控制下，始配合控制下，始终终是一是一组组整流装置工作，另一整流装置工作，另一组组不工作（不工作（“待待”工作状工作状态态）；）；II II）两）两组组晶晶闸闸管装置的触管装置的触发发脉冲零位都定在脉冲零位都定在9090；即：；即：U Udordor=U=Udofdof=0=0时时，=90 =90 见图见图3-63-6 III III）工程上）工程上为为更可靠消除直流平均更可靠消除直流平均电电流，采用流，采用f f r r IV)IV)逆逆变颠变颠覆：晶覆：晶闸闸管整流装置在逆管整流装置在逆变变状状态态工作中由于工作中由于逆逆变变角角太小而太小而导导致致换换流失流失败败的的现现象。象。措施：最小逆措施：最小逆变变角角minmin限幅保限幅保护护，对对角也角也实实施施minmin保保护护，通常取，通常取min min=minmin=30=305/27/20245/27/20249 9机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件（3）=配合控制配合控制电电路路 用同一个控制用同一个控制电压电压U UC C去控制两去控制两组组触触发发装置。装置。5/27/20245/27/20241010机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件（4 4）=配合控制的有配合控制的有环环流可逆流可逆V-MV-M系系统统图图3-9 3-9 =配合控制的有配合控制的有环环流可逆流可逆V-MV-M系系统统5/27/20245/27/20241111机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件2 2、瞬、瞬时时脉脉动环动环流流 由于整流与逆由于整流与逆变电压变电压波形上的差异，会出波形上的差异，会出现现瞬瞬时时u udordor u udofdof的情况，的情况，这这种因种因为为瞬瞬时电压时电压差而差而产产生的生的环环流叫瞬流叫瞬时时脉脉动动环环流。流。#自然存在：自然存在：图图3-83-8表示了三相零式可逆表示了三相零式可逆线线路及瞬路及瞬时时脉脉动动环环流回路，瞬流回路，瞬时电压时电压差和瞬差和瞬时时脉脉动环动环流的波形。流的波形。#瞬瞬时电压时电压差和瞬差和瞬时时脉脉动环动环流的大小因控制角不同而异。流的大小因控制角不同而异。瞬瞬时电压时电压差差uudodo=u=udordor-u udofdof#静静态环态环流：直流平均流：直流平均环环流和瞬流和瞬时时脉脉动环动环流是在一定控流是在一定控制角上的制角上的稳稳定工作定工作时时出出现现的的环环流。流。#动态环动态环流：可逆流：可逆V-MV-M系系统处统处于于过过渡渡过过程中出程中出现现的的环环流。流。5/27/20245/27/20241212机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件瞬瞬时时脉脉动环动环流的抑制流的抑制 为为了抑制瞬了抑制瞬时时脉脉动环动环流，可在流，可在环环流回路中串入流回路中串入电电抗器，抗器，叫做叫做环环流流电电抗器，或称均衡抗器，或称均衡电电抗器抗器 。如。如图图3-93-9中的中的L Lc1c1、L Lc2c2、L Lc3c3、L Lc4c4。环环流流电电抗的大小可以按照把瞬抗的大小可以按照把瞬时环时环流的直流分量限制在流的直流分量限制在负载额负载额定定电电流的流的510%510%来来设计设计。5/27/20245/27/20241313机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件 三、无三、无环环流控制的可逆流控制的可逆V-MV-M系系统统 无无环环流控制的可逆流控制的可逆V-MV-M系系统统是指既没有直流平均是指既没有直流平均环环流，流，又没有瞬又没有瞬时时脉脉动环动环流的可逆流的可逆调调速系速系统统。按照按照实现实现无无环环流控制原理的不同，无流控制原理的不同，无环环流流V-MV-M可逆系可逆系统统又又分分为为两两类类：（1 1）逻辑逻辑控制无控制无环环流系流系统统：当一当一组组晶晶闸闸管工作管工作时时，用，用逻辑电逻辑电路（硬件）或路（硬件）或逻辑逻辑算算法（法（软软件）去封件）去封锁锁另一另一组组晶晶闸闸管的触管的触发发脉冲，使它完全脉冲，使它完全处处于于封封锁锁状状态态，从根本上切断，从根本上切断环环流的通路，流的通路，这这就是就是逻辑逻辑控制的无控制的无环环流可逆系流可逆系统统。封封锁锁状状态态：整流装置无触：整流装置无触发发脉冲送入，没有脉冲送入，没有导导通条件。通条件。（2 2）错错位控制无位控制无环环流系流系统统：当无当无环环流控制可逆系流控制可逆系统统的一的一组组晶晶闸闸管整流管整流时时，另一，另一组处组处于待逆于待逆变变状状态态，而且两，而且两组组触触发发脉冲的零位脉冲的零位错错开的开的较远较远，避免，避免了瞬了瞬时时脉脉动环动环流流产产生的可能性。生的可能性。5/27/20245/27/20241414机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件 1 1、逻辑逻辑控制无控制无环环流系流系统组统组成及工作原理成及工作原理：图图3-123-12，基本部分与典型的，基本部分与典型的转转速、速、电电流双流双闭环闭环相同。区相同。区别别：（1 1）不）不设设置置环环流流电电抗器；抗器；（2 2）保留平波）保留平波电电抗器抗器L Ld d；（3 3）为为正反向正反向电电流流环环分分别设别设置置电电流流调节调节器：器：1ACR1ACR控制正控制正组组GTFGTF，2ACR2ACR控制反控制反组组GTFGTF；（4 4）新增无）新增无环环流流逻辑逻辑控制控制环节环节DLCDLC。2 2、无、无环环流流逻辑逻辑控制控制环节环节DLCDLC：任任务务：当需要切：当需要切换换到正到正组组晶晶闸闸管管VFVF工作工作时时，输输出出U Ublfblf,封封锁锁反反组组触触发发脉冲而开放正脉冲而开放正组组触触发发脉冲；当需要切脉冲；当需要切换换到反到反组组VRVR工作工作时时，输输出出U Ublrblr,封封锁锁正正组组而开放反而开放反组组。5/27/20245/27/20241515机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件四、四、PWM PWM可逆直流可逆直流调调速系速系统统 1 1、PWM PWM可逆直流可逆直流调调速系速系统统系系统组统组成：成：图图3-153-15。直流直流PWMPWM变换变换器器-电动电动机系机系统统的特有的的特有的电电能回能回馈问题馈问题：制：制动时动时会会产产生生泵泵升升电压电压。图图中，由于不控整流的中，由于不控整流的单单向性，制向性，制动时电动时电能不能送回到能不能送回到交流交流电电网，只能向网，只能向滤滤波波电电容充容充电电，形成，形成泵泵升升电压电压。措施措施：（：（1 1）大）大电电容：几千微法；容：几千微法；（2 2）能量）能量释释放回路：当放回路：当PWMPWM控制器控制器检测检测到到泵泵升升电电压压高于高于规规定定值时值时，开关器件，开关器件VTVTb b导导通，令制通，令制动过动过程中程中储储存在存在C C中的中的电场电场能量以能量以铜铜耗的形式消耗在放耗的形式消耗在放电电电电阻阻R Rb b中。中。#形式上的回形式上的回馈馈制制动过动过程，程，实际实际上的能耗制上的能耗制动过动过程程 5/27/20245/27/20241616机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件2 2、单单片机控制的片机控制的PWMPWM可逆直流可逆直流调调速系速系统统 图图3-163-16。特点。特点：（1 1）故障）故障检测检测功能：功能：电压电压、电电流、温度等多个流、温度等多个检测检测接口，接口，报报警，及警，及时处时处理；理；（2 2）数字控制器：系）数字控制器：系统统的核心。的核心。（3 3）控制）控制软软件：采用件：采用转转速、速、电电流双流双闭环闭环控制，内控制，内环环采采样样周期小于外周期小于外环环采采样样周期；周期；（4 4）硬件）硬件滤滤波与波与软软件件滤滤波相波相结结合；合；（5 5）ASRASR和和ACRACR采用采用PIPI调节调节器；器；（6 6）非）非线线性和智能控制的算法，提高系性和智能控制的算法，提高系统动态统动态性能。性能。5/27/20245/27/20241717机械与材料学院机械与材料学院首页上页下页末页结束运动控制系统课件本章作本章作业业 思考思考题题：3.3 3.4 习习 题题：3.2 3.4 3.85/27/20245/27/2024