直流双闭环有环流可逆调速系统设计

武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书

直流双闭环有环流可逆调速系统设计

1 配合控制有环流可逆调速系统环流问题及主电路设计

在V-M可逆直流调速系统中，必然会存在着环流的问题，而环流又分为动态环流和静态环流，在本课程设计中，仅考虑静态环流，对动态环流不做究论。动态环流仅在可逆 V—M系统处于过渡过程中可能出现。静态环流有分为直流平均环流和瞬时脉动环流。现在将对这两种环流进行讨论。

采用两组晶闸管整流装置反并联的可逆V-M系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，两组装置同时工作时，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。一般来说，这样的环流对系统无益，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，因此必须予以抑制或消除。

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。为了防止产生直流平均环流，应该在正组处于整流状态、Ud0f为正时，强迫让反组处于逆变状态，使Ud0r为负，且幅值与Ud0f相等，使逆变电压Ud0r把整流电压Ud0f顶住，则直流平均环流为零。

于是，Ud0r??Ud0f。由式：Ud0f?Ud0maxcos?f，Ud0r?Ud0maxcos?r

由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压Ud0max是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有cos?r??cos?f或????180?。如果反组的触发延迟角用逆变角?r表示，则：?f??r。由此可见，按照?f??r来控制就可以消除直流平均环流，这称做???配合控制[2]。为了更可靠的消除直流平均环流，可采用：?f??r。

为了实现???配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90?，即当控制电压Uc?0时，使?f0??r0??r0?90?，此时Ud0f?Ud0r?0，电动机处于停止状态。增大控制电压Uc移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等、符号相反就可以了，这样的触发控制电路如图1所示。

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图1 ???配合控制电路

GTF—正组触发装置 GTR—反组触发装置 AR—反号器

但在采用???配合控制以后，?f??r，使得Ud0r??Ud0f，消除了直流平均环流，但这只是就电压的平均值而言的，由于整流与逆变瞬时电压值上的差异，仍会出现瞬时电压Ud0f??Ud0r的情况，从而仍能产生瞬时的环流，这类因为瞬时电压差而产生的环流被称为瞬时脉动环流。直流平均环流可以用???配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，称作环流电抗器，或称均衡电抗器。

而三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个环流电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。同时在电枢回路中还有一个体积更大的平波电抗器，在流过较大的负载电流时，环流电抗器会饱和，而平波电抗器体积大，可以不饱和，从而发挥滤平电流波形的作用。三相桥式???配合控制的有环流可逆V—M系统原理框图如图2所示，由于每一组又有两条并联的环流通道，总共要设置四个环流电抗器。

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图2 ???配合控制的有环流可逆V—M系统原理框图

2调速系统集成触发电路设计

对三相桥式全控整流电路采用晶闸管触发，六个晶闸管需要依次轮流触发。为了确保实现每个晶闸管的准确导通，可采用两种方法实现：一是提供宽度大于60°小于120°的宽脉冲，二是提供间隔60°的双窄脉冲。前者需要触发电路输出较大的功率，进而使脉冲变压器功率也相应增大，所以很少采用，一般都采用双窄脉冲。

由分立元件组成的晶闸管电路的触发电路种类很多，有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路及同步信号为正弦波以及同步信号为锯齿波的触发电路等，这些电路都有自己的特点和适用范围。相比较而言，同步信号为锯齿波的触发电路由于不受电网波动和波形畸变的影响，同时具有较宽的调节范围和较强的抗干扰能力，因而得到了广泛应用。此电路的输出为双窄脉冲(也可为单窄脉冲)，适用于必须有两相的晶闸管同时导通才能形成通路的电路，例如本例中的晶闸管三相桥式全控电路。

如图3所示为同步信号为锯齿波的触发电路。它由5 个基本环节组成：锯齿波形成与脉冲移相控制环节；同步检测环节；脉冲形成、放大和输出环节；双窄脉冲形成环节和强触发环节[3]。

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图3 同步信号为锯齿波的触发电路

VT5、VT6两个晶闸管构成一个“或”门电路，当两个晶闸管都导通时，VT7、VT8截止，不会输出触发脉冲。但不论哪个管子截止，都会使晶体管VT5集电极电压u C5 变为正电压，使得VT7、VT8管导通，从而输出触发脉冲。所以只要用适当的信号来控制使VT5或VT6截止(前后间隔60° )，就可以产生符合要求的双窄脉冲。对照图4，同时参看图3的X，Y 接线端，1 号触发器内由晶体管VT4向VT5的基极送出的负脉冲信号使VT5截止，VT7、VT8导通一次，对元件1 输出第一个触发窄脉冲。经过60°后，2 号触发器同样对元件2 送出第一个窄脉冲，同时由该触发器中VT4管的集电极经的X 端送到与之相连的1号触发器的Y端，使1号触发器电路中电容C4微分，产生负脉冲送至VT6基极，使VT6截止，VT7、VT8又导通一次，从而由1 号触发器输出第二个窄脉冲，且第二个脉冲比第一个脉冲滞后60°。以下重复这样的过程，循环反复，就会使得六个晶闸管都得到相隔60°的触发脉冲。VD4、R17的作用是防止双脉冲信号互相干扰。

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