自然环流可逆调速系统

自然环流可逆调速系统
所谓自然环流可逆调速系统，是系统中没有直流环流仅有脉动环流，按a=p配合控制的有环流可逆调速系统。

系统的组成
α=β配合控制的可逆调速系统原理框图如图3.10所示。

图中主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的线路，因为有两条并联的环流通路，所以要用四个环流电抗器。

由于环流电抗器流过较大的负载电流就要饱和，因此在电枢回路中还要另设一个体积较大的平波电抗器Ld。

控制线路采用典型的转速、电流双闭环系统，速度调节器ASR和电流调节器ACR都设置了双向输出限幅，以限制最大动态电流、最小控制角αmin。

和最小逆变角βmin。

为了在任何控制角时都保持αf+αr=180°的配合关系，应始终保持控制电压U￣ct=-Uct，在GTR之前加放大倍数为1的反号器AR可以满足这一要求。

根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压Un应有正负极性，可由继电器KF和KR来切换，调节器输出电压对此能作出相应的极性变化。

为保证转速和电流的负反馈，必须使反馈信号也能反映出相应的极性。

测速发电机产生的电压是能随电动机转向的改变而改变极性的。

值得注意的是电流反馈必须反映电流的极性，图3. 10中绘出的是直接检测直流电流的方法，例如霍尔电流变换器。

在进行触发移相时，当一组晶闸管装置处于整流状态时，另一组便处于逆变状态，这是指控制角的工作状态而言的。

实际上，这时逆变组除环流外并不流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。

当需要制动时，只要改变控制角，同时降低Udof和Udor，一旦电动机的反电动势E>│Udor│=│Udof│时，整流组电流将被截止，逆变组才能真正投入逆变状态，使电动机产生回馈制动，将电能回馈电网。

同样，当逆变组回馈电能时，另一组也是在等待着整流，可称为处于“待整流状态”。

所以，在这种α=β配合控制下，负载电流可以很方便地按正反两个方向平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。

尽管a=p配合控制有很多优点，但是在实际系统中，由于参数的变化，元件的老化或其他干扰作用，控制角可能偏离α=β的关系。

一旦变成α＜β，此时整流电压大于逆变电压，即使这个电压差别很小，但由于均衡电抗器对直流不起作用，仍将产生较大的直流平均环流，如果没有有效的控制，将是危险的。

为了避免这些危险，在整定零位时应留出一定的
裕度，使α略大于β，例如α=β十ψ，零位应整定为
这样，使任何时候整流电压均小于逆变电压，可以保证不产生直流平均环流，当然由瞬时电压差产生的瞬时脉动环流也降低了。

只是ψ值不应过大，否则将产生两个问题：一是显著地缩小了移相范围，因为βmin。

是整定好的，而现在αmin。

必须大于βmin。

，所以αmin 比原来更大了，使晶闸管的容量得不到充分利用；二是造成明显的控制死区，例如在启动时，α从零位（α0=90°+1/2ψ）移到α=90°这一段时间内，整流电压一直为零。

系统的工作过程
(1)停车状态
开关KF和KR均打开，给定电压Un=0，转速调节器ASR的输出Ui=0，电流调节器ACR的输出Uct=0，反向器AR的输出U￣ct=0，则αfo=βro=90°，两组晶闸管变流器输出平均电压均为零，电枢电流Id=0，电动机转速n=0。

图3.11正向制动过程波形
Ⅰ-正组逆变；Ⅱ一反组制动；
Ⅱ1-反组建流（反接制动）；
Ⅱ2-反组逆变；Ⅱ3-反向减流
(2)正向制动停车
整个正向制动的过程可按电流方向的不同分成两个主要阶段。

在第一阶段中，电流Id 由正向负载电流+IdL下降到零，其方向未变，只能仍通过正组晶闸管装置VF流通，这时正组将处于逆变状态，所以称作“正组逆变阶段”。

在第二阶段里，电流方向变负，由零变为负向最大电流-Idm，维持一段时间后再衰减到负向负载电流-IdL，这时电流流过反组晶闸
管装置VR，在允许的最大制动电流（-Idm）下转速迅速降低，所以这个阶段称为“反组制动阶段”。

在正组逆变阶段中主要是电流降落，如图3. 11所示。

而在反组制动阶段中主要是转速降落。

下面对每个阶段作进一步的分析。

①正组逆变阶段
系统正向稳定运行时各主要环节的电位极性如图3. 10所示，其中正向继电器KF闭合，转速给定信号Un为正，转速反馈信号Un为负，由于ASR的倒相作用，ASR的输出即电流给定信号Ui为负，电流反馈信号Ui为正，再经过ACR倒相后输出Uct为正，正组VF整流，αf<90°；而Uct为负，反组VR逆变，βr<90。

由于αf=βr，│Udor│=│Udof│，这时逆变组除环流外并不流过负载电流，没有电能回馈电网，称之为“待逆变状态”，表示该组晶闸管在逆变角控制下等待工作，这时VF将交流电能变为直流电能送给电动机，电动机处于正向电动运行状态，如图3. 12(a)所示。

发出停车指令（或反向指令）后，转速给定信号Un突变为零（或负）。

由于转速反馈信号Un不能突变，则ASR跃变为正限幅值Urm。

这时由于主回路总电感L的作用，电枢电流的方向没有改变，电流反馈信号Ui的极性仍为正。

在（Uim+ui）信号的作用下，ACR的输出电压Uct跃变为负的限幅值-Uctm，使正组VF由整流状态很快变为βf=βmin。

的逆变状态。

同时反组VR由待逆变状态变成整流状态。

由于正组逆变阶段占时间很短，转速和反电势都来不及产生明显的变化，这时
反组VR虽然变成整流状态，但是并不通过负载电流，也是等待着整流，称作“待整流状态”，
(a)正向运行；(b)正组逆变；(c)反组建流；(d)反组逆变
由电感L释放的磁场能维持正向电流，大部分能量通过VF回馈电网，一部分送给电
动机，还有一小部分被电枢回路总电阻R所消耗，电流迅速下降到零。

由于在这一阶段中投入逆变工作的仍是原来处于整流状态工作的一组晶闸管装置，所以称为正组逆变阶段。

其波形见图3.11。

②反组制动阶段(Ⅱ)
当主回路电流Id下降到零时，正组逆变停止，转到反组VR工作，系统进入反组逆变阶段。

根据系统能量的变化情况，反组制动又可分为以下几个阶段：
A．反组建流阶段(Ⅱ1)
当Id过零并反向达到-Idm以前，Uim为负，但其数值小于Uim，△Ui>0，因此ACR仍处于饱和状态，其输出电压Uct仍为-Uctm，Udof和Udor都和正组逆变阶段一样。

但由于电感L的能量的释放，Ldid/dt数值略减，Ldid/dt-Ea＜Udof=Udor反组VR由待整流状态进入整流，整流电压Udor和反电动势Ea顺极性串联，反向电流迅速增长，电动势处于反接制动状态，开始减速。

在这一阶段中，VR将交流电能转变为直流电能，同时电机也将机械能变为电能，除去电阻上消耗的电能外，大部分转变成磁能储存在电感L中，如图3. 12(c)所示。

B．反组逆变阶段(Ⅱ2)
当反向电流达到-Im并略有超调时，ACR输入偏差信号△Ui变负，ACR退出饱和，其输出电压Uct从-Uctm急剧变正，使VR回到逆变状态，而VF变为待整流状态。

此后，在电流调节器的作用下，力图维持Id=-Im，使电动机在恒减速条件下回馈制动。

此阶段中，电动机的动能变为电能，其中大部分通过VR逆变回馈电网，一小部分经R变为热能，由于电流恒定，电感L中磁能基本不变。

能量流向参阅图3. 12(d)。

这一阶段是制动过程的主要阶段，所占时间最长。

C．反向减流(Ⅱ3)
在反组逆变阶段中，电压Uct、Udor、反电动势E和转速咒这几个量是同步衰减的，参阅图3. 11。

当Udor=0时，电枢电流Id=Ea/R，由于Ea继续下降，Ea无法维持-Idm 不变，开始反向减流。

但由于ACR的输入偏差△Ui=Uim-Ui仍为正。

使得Uct变负，从
而使VR又进入整流状态。

随着│Uct│增大，反组VR整流电压Udor增大，Udor与Ea
顺极性串联，使制动电流又恢复到-Im，这样反复调节，直到n=0、Ea=0为止。

在这一阶段中，电机将机械能变为直流电能，同尉反组VR将交流电能变为直流电能，这两部分能量由电阻R转变为热能。

当n=O，Un=Un*=0时，由于主回路电流仍为-Im，迫使转速超调（反转），Un
反号，ASR退出饱和，与ACR同时参与调节，从而使-Id迅速减小到零，转速又回到零，整个制动过程结束。