3-3 两组晶闸管可逆线路中的环流问题

“电力拖动控制系统”kewai 习题第一章习题1-1 某V-M 系统，电动机数据为：P nom =10kW ，U nom =220V ，I nom =55A ，n nom =1000r/min ，R a =0.1Ω。

若采用开环控制系统，且仅考虑电枢电阻引起的转速降。

1．要求s =10%，求系统调速范围。

2．要求调速范围D =2，则其允许的静差率s 为多少？3．若要求D =10，s =5%，则允许的转速降Δn nom 为多少？1-2 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数变化时系统对其是否有抑制调节作用，为什么？1．放大器的放大系数K p 。

2．供电电网电压。

3．电枢电阻R a 。

4．电动机励磁电流。

5．电压反馈系数γ。

1-3 某调速系统的调速范围是150~1500r/min ，即D =10，要求静差率s =2%，此时系统允许的稳态速降是多少？如果开环系统的稳态速降是100r/min ，此时闭环系统的开环放大系数应有多大？1-4 在教材图1-23（P 19）所示的转速负反馈有静差系统中，当U n *不变时调整转速反馈电位计RP 2，使转速反馈系数α增大至原来的2倍。

试问电动机转速n 是升高还是下降？系统的稳态速降比原来增加还是减小？对系统稳定是有利还是不利？为什么？1-5 在带电流截止环节的转速负反馈系统中，如果截止比较电压发生变化，对系统的静特性有什么影响？如果电流反馈电阻R s 的大小发生变化，对静特性又有什么影响？1-6 某调速系统原理图如下：已知数据如下：电动机：P nom =30kW ，U nom =220V ，I nom =157.8A ，n nom =1000r/min ，R a =0.1Ω。

采用三相桥式整流电路，等效内阻R rec =0.3Ω，K s =40。

最大给定电压为U nm *=15V ，当主电路电流最大时，整定U im =10V 。

设计指标：D =50，s =10%，I dbl =1.5I nom ，I dcr =1.1I nom 。

3-4 有环流调速系统及其控制方法本节提要□ α =β配合控制的有环流可逆调速系统□ 制动过程分析一、α =β配合控制的有环流可逆调速系统α =β配合控制可以清除直流平均环流，但一定有瞬时脉动环流存在，所以是有环流可逆调速系统，并是自然环流，其系统原理框图如下：① 主电路a) 主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，其中：·正组晶闸管VF，由GTF控制触发，—正转时，VF整流；—反转时，VF逆变。

·反组晶闸管VR，由GTR控制触发，—反转时，VR整流；—正转时，VR逆变。

b) 4个环流电抗器 L c1~Lc4。

L d 为平波电抗器。

c) 变压器 (TM) 付端绕组一套，给正反组VT供电。

② 控制电路a) 直流电流互感器或霍尔变换器( TA ),其输出作为电流负反馈。

（不用交流互感器是由于其不能反映极性）b) 控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，其中：ASR设置了双向输出限幅电路，以限制最大起制动电流；ACR设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角αmin 与最小逆变角β min 。

ASR、ACR 设计方法与第二章一样。

c) GTR前加反向器( AR )满足α =β要求。

当Uct=+，VT—整流；VR—逆变。

当Uct= -，VR—整流； VT—逆变。

d) 给定接两个电位器，分别控制正反向，由KF、KR 接触器触点切换。

根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压、转速反馈电压、电流反馈电压都应该能够反映正和负的极性。

这里·给定电压：正转时，KF↓( 闭合 )，U*n=“+”；反转时，KR↓( 闭合 )，U*n=“-”。

5. α =β工作制的优缺点·优点：①正组整流时，反组待逆变②反组逆变时，正组待整流③有利于减少电流不连续对系统的影响·缺点：对元件要求高因一旦出现α＜β（略小于）则产生较大平均直流环流，且电抗器无能为力。

（电抗器对直流不起作用，VT内阻很小）·解决：采用α > β工作制能保证逆变电压总大于整流电压，保证没有直流平均环流。

选择题一、1．当理想空载转速no一定时，机械特性越硬，静差率S＿＿＿。

A．越小B．越大C．不变D．可以任意确定2．当系统的机械特性硬度一定时，如要求的静差率S越小，调速范围D＿＿＿。

A．越大B．越小 C.不变D．可大可小3．晶闸管一电动机系统的主回路电流断续时，开环机械特性＿＿＿。

A．变软B．变硬C．不变D．变软或变硬4．在转速负反馈系统中，闭环系统的静态转速降减为开环系统静态转速降的＿＿＿倍。

A．1+K B。

l+2K C．1／(1+2K) D．1／(1+K)5．转速负反馈调速系统对检测反馈元件和给定电压造成的转速扰动＿＿＿补偿能力。

A．没有B．有C．对前者有补偿能力，对后者无D．对前者无补偿能力，对后者有6．调速系统的调速范围和静差率这两个指标＿＿＿。

A．互不相关B．相互制约C．相互补充D．相互平等7.调试时，若将比例积分(PI)调节器的反馈电容短接，则该调节器将成为( )A.比例调节器B.积分调节器C.比例微分调节器D.比例积分微分调节器8．调速系统的静差率一般是指系统在（）时的静差率。

A、高速时B、低速时 C 、额定转速时9无静差调速系统中必须有（）。

A、积分调节器B、比例调节器C、微分调节器10.转速负反馈有静差调速系统中，当负载增加以后，转速要下降，系统自动调速以后，可以使电动机的转速（）。

A、等于原来的转速B、低于原来的转速C、高于原来的转速D、以恒转速旋转11.转速负反馈调速系统对检测反馈元件和给定电压所造成的转速降（）。

A、没有补偿能力B、有补偿能力C、对前者有补偿能力，对后者无补偿能力二、1．速度、电流双闭环调速系统，在突加给定电压起动过程中第1、2阶段，速度调节器处于＿＿＿状态。

A。

调节B．零C．截止D．饱和2．双闭环调速系统包括电流环和速度环，其中两环之间关系是＿＿＿。

A．电流环为内环，速度环为外环B．电流环为外环，速度环为内环C．电流环为内环，速度环也为内环 D..电流环为外环，速度环也为外环3．在转速、电流双闭环调速系统调试中，当转速给定电压增加到额定给定值，而电动机转速低于所要求的额定值，此时应＿＿＿。

1、所谓环流在两组晶闸管并联可逆电路中的环流是指不流过电动机而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。

环流分为稳态环流和动态环流两大类。

稳态环流是可逆电路在一定的触发延迟角下稳定工作是出现的环流，它包括直流平均环流和瞬时脉动环流。

若两组晶闸管全都工作在整流状态，将出现很大的直流破平均环流。

烧坏管子，这是不允许的。

在α=β配合控制的可逆系统中，由于整流组和逆变组输出直流平均环流，电压大小相等，在回路中极性相反，所以没有直流平均环流，但由于两组输出电压的瞬时值，并不相同故还存在瞬时脉动环流。

动态环流是指在系统的过渡过程出现的环流。

2、逻辑控制无环流是指采用逻辑控制装置，当一组晶闸管工作时，封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使另一组处在阻断状态，切断环流通路，实现无环流。

错位控制的无环流，不用设置复杂的逻辑控制装置，巧妙的借助两组晶闸管的触发脉冲的相位，错开比较原αz+αf=300o 或αz+αf=360o，这样使得非整流借电组的触发脉冲到来时，它的晶闸管正承受反相电压，而不能触发导通，从而形成环流通路，实现无环流3、1）、转速环的作用○1、使转速跟随给定电压U g变化，稳定转速与U g成正比。

○2、负载变化是转速变化，通过转速环的调节使转速回到原来值，实现转速无静差，○3、转速调节器ST的输出限幅值用于限制电枢是最大电流。

2）、电流环○1、使电动机的电流跟随转速调节器的输出，即跟随LT给定信号U gi变化成正比。

○2、起动时，ST迅速饱和输出限幅值（即U gi为限幅值），电流环的调节作用，使电动机保持最大电流I dm恒加速起动，缩短起动时间。

○3、在过载阻转时，取得下垂的静特性（挖土机特性）。

限制电枢电流的最大值，起到过流保护的作用。

○4、对电流环内的扰动及时抗扰动，例如：电网电压波动引起电枢电流变化，电流环的调节作用使电枢电流稳定在原来值。

3）、电压环的作用○1、缩小电压死区，提高切换的快速性。

○2、防止动态环保证安全换向。

4.1.2 有环流控制的可逆晶闸管-电动机系统三．可逆V-M 系统中的环流问题1．环流及其种类：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M 系统解决了电机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，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，如图4-5中的c I 。

一般地说，这样的环流对负载无益，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，因此应该予以抑制或消除。

d I --负载电流 c I --环流 rec R --整流装置内阻 a R --电枢电阻在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：1）静态环流———两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：a) 直流平均环流———由晶闸管装置输出的直流平均电压差所产生的环流称作直流平均环流。

b) 瞬时脉动环流———两组晶闸管输出的直流平均电压差虽为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

2）动态环流———仅在可逆V-M 系统处于过渡过程中出现的环流。

2. 直流平均环流与配合控制由图4-5可以看出，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、+=f d U 0时，强迫让反组处于逆变状态，-=r d U 0，且幅值与f d U 0相等，使逆变电压r d U 0把整流电压f d U 0顶住，则直流平均环流为零。

于是f d r d U U 00-=由式（4-1）， f d f d U U αcos max 00=r d r d U U αcos max 00=其中f α和r α分别为VF 和VR 的控制角。

由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压max 0d U 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有f r ααcos cos -=或 ︒=+180f r αα（4-3）如果反组的控制角用逆变角r β表示，则 r f βα= （4-4）由此可见，按照式（4-4）来控制就可以消除直流平均环流，这称作βα=配合控制。

3-3 两组晶闸管可逆线路中的环流问题两组晶闸管的可逆线路既能保证正反运行，又能实现正方向的回馈制动，但也带来新问题—环流。

一、环流及其种类1. 环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，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，如下图中所示。

环流的形成Ic—环流Id —负载电流反并联可逆V-M系统中的环流环流的的两重性①危害：一般地说，环流是不利的：徒然加重晶闸管和变压器的负担，增加无功功率损耗；环流过大时会损坏晶闸管；增设环流电抗器,投资费用增大，因此应该予以抑制或消除。

②利用：利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使VT工作在连续区，避免电流断续引起的非线性现象对系统动静态性能的影响；VT 中存在少量的环流，使VT总处于微导通状态，使换流较为容易，加快过渡过程。

2. 环流的分类（1）静态环流系统在某一控制角下稳定工作时出现的环流，又可分为两类：·直流平均环流——环流电压有正向直流分量的环流。

也称为直流环流。

·瞬时脉动环流——环流电压没有正向直流分量的环流。

也称为脉动环流、交流环流。

（2）动态环流 VT触发相位改变，系统由一种状态过渡到另一种状态时产生的环流。

这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施。

2. 抑制办法：让正组晶闸管VF处于整流状态，其整流电压Ud0f = +让反组晶闸管VR处于逆变状态，其整流电压Ud0r = -于是 Ud0r = -Ud0f由式有Ud0f = Ud0 max cosαfUd0f = Ud0 max cosαr其中αf 和αr 分别为VF和VR的控制角。

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cosα r = –cosα f或α r + α f = 180反组的控制用逆变角β r 表示，则α f = β r由此可见，按照上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作α = β 配合控制。

3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm为什么答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。

3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。

答：转轴堵死，则n=0,比较大,导致比较大,也比较大,然后输出电压较大，最终可能导致电机烧坏。

3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变答：反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n减小，然后会有所减小，但是由于α增大了，总体还是增大的。

3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象答：（1）转速一直上升，ASR不会饱和，转速调节有静差。

（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。

3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数答：前者应调节，后者应调节。

3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数答：转速n是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。

改变Kn和Ks不行。

改变转速反馈系数α行。

若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。

3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：均为零。

因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。

各变量之间关系如下：3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。