现代运动控制系统工程课件.ppt

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1、2023/4/1,1,第四章 可逆调速控制系统和,全数字调速控制器,本讲主要内容：第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,第411讲,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,一、研究目的 主要解决控制系统时间最优制动问题。在第3章中解决了控制系统时间最优起动问题，但是没有解决时间最优制动问题，如下图所示。,转速给定,电枢电流,实际转速,2023/4/1,3,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,一、研究目的 所谓最优制动：在充分发挥电动机过载能力的条件下和其它条件能允许的情况下，运动物体的制动时间最短并且运动物体所减少的能量能回馈给电网或被其它用电设备回收利用。我们模仿在实现最优

2、时间起动时控制系统的构造过程很容易就能解决这个问题，如图所示。,转速给定,电枢电流,实际转速,2023/4/1,4,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,一、研究目的,转速给定,电枢电流,实际转速,2023/4/1,5,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,一、研究目的在第三章中所采用的能耗制动无法实现最优制动，原因是：1)此能耗制动无法实现恒流制动，(制动电压随着转速的降低而下降，制动电阻不能自动变小只能有级的变小，)也就无法实现按照最大允许的制动加速度；2)能耗制动无法把能量回馈电网或回收利用。根据电机学知识和最优制动定义可知：当给定突然减少时，要实现最优制动，电枢电流必须要迅速突

3、降才能实现最优制动。那么如何让电枢电流迅速突降呢？,2023/4/1,6,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,二、研究的核心问题为了解决电枢电流迅速突降的问题，最简单的方法是采用两组控制系统反并联的方法。如右图所示 为什么采用两组控制系统反并联的方法就是解决控制系统电枢电流迅速突降问题的最佳方案？,-Id,Id,2023/4/1,7,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,二、研究的核心问题 采用两组控制系统反并联的方法，不但能解决电枢电流迅速突降的问题同时也解决了转速由高变低时的转速失控问题、振荡次数的控制问题和轻载时电流断续的问题。这种系统一般称为：反并联可逆调速系统。,但是此系统

4、如果正反两组配合不好，就会出现两套可控整流桥短路的现象发生。因此研究可逆调速系统的核心问题就是：正反两组如何正确配合问题。,2023/4/1,8,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,三、与前三章的主要区别 第一章研究的核心问题是控制系统构造理论问题 第二、三章研究的核心问题：如何根据控制系统构造理论设计满足生产工艺要求的控制系统。第二章主要解决如何满足生产工艺提出的静态指标要求和控制系统如何进行仿真的问题；第三章主要解决如何满足生产工艺提出的部分动态指标要求和网络组态问题。,2023/4/1,9,第四章可逆调速控制系统和全数字调速控制器,三、与前三章的主要区别,第四章研究的核心问题：正反

5、两组正确配合问题(同时解决了满足其它动态指标的要求)。目前世界各大直流调速器生产厂家所生产的四象限直流调速器都是反并联结构的。,2023/4/1,10,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及其回馈制动,一、可逆运行理论分析 如果负载不变，给定电压突然降低，由于主电路的电流不能反向导致电枢电流不能迅速进入第象限，失去了对降速过程的控制机会。那么如何让电枢电流迅速突降甚至反向呢？,2023/4/1,11,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 尽管单纯一组晶闸管整流系统的电枢电流不能迅速反向(不能进入第象限)，但是当电机带位能负载时，单纯一组晶闸管整流系统能由第象限迅

6、速进入第象限。,2023/4/1,12,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 系统在第象限电枢电流尽管没有改变方向，但是系统处于逆变状态，整流极性发生了变化。如右图所示。,2023/4/1,13,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 我们也很自然的想到：反向电动状态的晶闸管整流系统也能从第象限进入第象限。,2023/4/1,14,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 从能量守恒的观点出发我们也很容易产生了这样的一种想法：当需要制动时，为了让电机的动能迅速降低，把工作在第象限的电动机迅速让其工作在第象

7、限并且处于逆变状态的反组晶闸管整流系统将能量吸收。,图4-1-2,2023/4/1,15,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 这样作不但让电枢电流迅速突降，也将电机降低的动能转换成电能回馈给了电网。同理，如果反向电动状态的晶闸管整流系统的电枢电流需要迅速突降，可将正组晶闸管整流系统工作在第象限。,2023/4/1,16,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,一、可逆运行理论分析 综上所述：晶闸管整流极性与电动机的原状态相反可使电枢电流迅速突降 从电机拖动的理论说：晶闸管整流极性与电动机的原状态相反可使晶闸管-电动机系统能够在四个象限内迅速转换运行。,

8、2023/4/1,17,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统四个象限运行方法 根据理论分析我们已经知道：要想使电枢电流迅速突降，必须迅速将晶闸管整流极性与电动机的原状态相反。能够实现晶闸管可控整流器极性与电动机的原状态相反的方法有两大类：其一：改变电动机电枢极性；其二：改变电动机励磁极性。,改变电动机励磁极性这种方法显然不能满足快速制动的要求，因为励磁回路的电感比较大所以惯性也比较大。经常采用的是改变电动机电枢极性的方法，实现改变电动机电枢极性的方法有如下三种：,2023/4/1,18,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象

9、限运行方法 1、有触点开关可逆线路,原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：控制简单，造价低。主要缺点是：1)正反两组切换时有死区、不能满足快速制动的要求；2)寿命低、有噪声。,2023/4/1,19,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法 1、有触点开关可逆线路,原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：控制简单，造价低。主要缺点是：1)正反两组切换时有死区、不能满足快速制动的要求；2)寿命低、有噪声。,2023/4/1,20,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法 2、无触点开关可逆线路,原理图如

10、右图所示。这种方案的主要优点是：控制简单、可靠性较高、寿命高、无噪声。,2023/4/1,21,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法 2、无触点开关可逆线路,原理图如右图所示。这种方案的主要优点是：控制简单，可靠性较高、寿命高、无噪声。主要缺点是：正反两组切换时死区时间太长、不能满足快速制动的要求。,2023/4/1,22,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法 3、两组晶闸管反并联可逆线路,最理想的方案是如右图所示 选择反并联方案可逆线路的主要原因是：1)无触点式开关换向，寿命高、无噪声；,2)

11、正反两组切换时可以实现无死区或基本无死区切换、能满足各种快速制动的要求。3)两组对称容易实现系统集成制造，并能提高控制系统的可靠性。,2023/4/1,23,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,二、晶闸管-电机系统的四个象限运行方法 3、两组晶闸管反并联可逆线路,在详细研究反并联可逆调速系统之前，我们应该知道晶闸管整流装置具备什么条件才能够进行回馈制动；才能进行能量吸收。,从宏观能量守恒的观点分析：电动机能量降低是由于电动机对外输出了能量才会降低。电动机对外输出的能量变成了其它能量的形式，如果变成热能一般情况下这是一种浪费；如果变成电能这是一种节能和最有效的一种储能方法。那么如何让

12、电动机的动能变成电能呢？,2023/4/1,24,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,三、晶闸管-电动机系统的回馈制动条件,“电力电子技术”告诉我们：对于电动机负载，晶闸管可控整流装置要实现有源逆变必须满足两个条件：,1)内部条件：控制角90，使晶闸管可控整流装置侧产生一个负的平均电压-Ud。,2)外部条件：外电路必须要有一个直流电源，并且极性必须与-Ud0的极性相同，其数值应稍大于-Ud0，以产生和维持逆变电流。,2023/4/1,25,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,三、晶闸管-电动机系统的回馈制动条件NOTES：1)如果在两个条件中只有内部条件 满足称为待逆变状态。如右图所示。2)对于供电电源中的电压或电流只要有一个传输方向发生了变化供电电源就由输出电能变成吸收电能。如下图所示。,2023/4/1,26,第一节 晶闸管-电动机系统的可逆线路及回馈制动,三、晶闸管-电动机系统的回馈制动条件,这种能量的传输过程用“电机拖动”观点可下如下定义：电动机自身的能量由于回馈给电网而产生的能量下降称为回馈制动。,课间休息,