直流可逆调速系统制动过程优化

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：本桥逆变阶段电枢回路的电压方程为式中，Udβ为逆变状态变流器输出电压；E为电动机反电动势；Id为电枢电流。该阶段电流图2.6 反组桥建流阶段图2.7 回馈制动阶段在回馈制动中随着转速下降，反电动势E下降，在E下降的同时，应使Udβ同步下降，以保持最大电流Idm制动，使制动速度最快。到制动末期转速已经很低，即使β→90°、Udβ→0，反电动势E也不能再维持最大电流，Id将减小直到0，随之转速也下降到0，制动过程结束。

下面以正转到反转为例分析电动机和变流器的工作状态。在正转指令下，电动机经历电流上升（建流）、恒流升速和转速调节三个阶段，进入正向运行。发出制动指令（U_n^∗=0）或反转指令（U_n^∗为“-”）后，首先电动机要制动（正转制动），在转速下降到“0”后，电动机才能开始反转，然后经过反转起动过程再进入反转运行状态。电动机的起动过程在前面已经介绍，这里重点介绍制动过程。电动机制动可以分为本桥逆变、反桥建流和回馈制动三个子阶段。

图2.5 本桥逆变阶段

1.本桥逆变阶段

电动机制动或反转，电枢电流要经历下降到0，然后再反向的过程。其中电流下降意味着电枢回路的电感在释放储能，是电感储能在维持下降中的电流，电流方向不变，对正转制动，电流仍流经正组变流器，如图2.5所示。这时应将正组变流器从整流状态拉到逆变状态（正组VF控制角从α→β，反组VR控制角从β→α），电流I_d1从正组变流器电压U_dβ的正极端流入，正组变流器吸收电感释放的储能并回馈交流侧电源，这称为本桥逆变阶段。在本桥逆变阶段，另一组变流器VR没有电流通过，处于待整流状态。本桥逆变阶段电枢回路的电压方程为

式中，U_dβ为逆变状态变流器输出电压；E为电动机反电动势；I_d为电枢电流。

在本桥逆变中，随电感储能的释放，电流很快下降，电动机的转速变化不大，电感释放的储能一部分维持电动机转矩，一部分在回路电阻中消耗，还有一部分经变流器回输电源。

2.反桥建流阶段

随着正向电流下降到0，本桥（VF）逆变结束，控制角为α的反组变流器要开始输出电流I_dII，电枢电流I_d从0上升且方向改变，系统进入反桥建流阶段，如图2.6所示。这时处于整流状态的反组变流器VR输出电压U_dα与电动机反电动势E顺向连接，电动机为反接制动状态，I_dII迅速上升，即

3.回馈制动阶段

在反桥建流中，当反向电流上升到允许的最大值时，由系统的控制将使反组变流器的控制角从α推到β（正组变流器从β→α），反组变流器从整流改变为逆变状态，电动机进入了回馈制动阶段，如图2.7所示。在回馈制动阶段中，电动机的惯性动能转化为电能经反组变流器回馈电源，电动机转速迅速下降。该阶段电流

图2.6 反组桥建流阶段

图2.7 回馈制动阶段

在回馈制动中随着转速下降，反电动势E下降，在E下降的同时，应使U_dβ同步下降（即控制角β增大），以保持最大电流I_dm制动，使制动速度最快。到制动末期转速已经很低，即使β→90°、U_dβ→0，反电动势E也不能再维持最大电流，I_d将减小直到0，随之转速也下降到0，制动过程结束。

制动结束后，如果给出反转指令，则电动机开始反转起动过程，如果转速指令是直接从正转切换到反转（U_n^∗从“+”→“-”），则正转制动的第Ⅲ阶段没有电流的衰减，将直接进入反转的恒流起动过程。制动过程的转速和电流波形如图2.8所示，电动机正转和反转时电动机和变流器的工作状态见表2.1。表中，变流器的“封锁”是指无环流控制系统，变流器的“待整流”和“待逆变”是指有环流的配合控制系统，待整流时变流器控制角为α，但是变流器没有电流通过，待逆变时变流器控制角为β，但是变流器没有电流通过。

图2.8 制动过程中转速和电流波形

表2.1 电动机正转和反转时电动机和变流器的工作状态

直流可逆调速系统制动过程优化

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