直流可逆电力拖动系统优化

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2.46两种变流器的反并联可逆线路环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动，把电动机轴上的机械能变为电能回送到电网中去，此时电动机的电磁转矩由拖动转矩变成制动转矩。改变反组桥的逆变角β，就可改变电动机制动转矩。这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，称为逻辑控制无环流系统。

两套变流装置反并联联接的可逆电路如图2.46 所示，图（a）为三相半波有环流可逆电路，图（b）为三相全控桥的无环流电路。

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图2.46　两种变流器的反并联可逆线路

环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。电动机正向运行时由正组变流器供电的；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的不同处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（即α=β 工作制）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。

不论采用哪种反并联供电线路，都可使电动机在四个象限内运行。在任何时间内，两组变流器中只有一组投入工作，则可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态（整流或逆变）。图2.46（c）绘出了电动机四象限运行时两组变流器（简称正组桥、反组桥）的工作情况：

第1 象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，αP < π/2，EM < Udα（下标中有α 表示整流，P 表示正组）。

第2 象限：正转，电动机作发电运行，反组桥工作在逆变状态，βN < π/2（ αN > π/2），EM >Udβ （下标中有β 表示逆变，N 表示反组）。

第3 象限：反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，αN < π/2，EM < Udα 。

第4 象限：反转，电动机作发电运行，正组桥工作在逆变状态，βP < π/2（αP > π/2），EM > Udβ 。

直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动，把电动机轴上的机械能（包括惯性能、位能）变为电能回送到电网中去，此时电动机的电磁转矩由拖动转矩变成制动转矩。图2.46（c）所示电动机在第1 象限正转，电动机从正组桥取得电能，如果需要反转，应先使电动机迅速制动，就必须改变电枢电流的方向。但对正组桥来说，电流不能反向，需切换到反组桥工作在逆变状态，并要求反组桥在逆变状态下工作，保证Udβ 与EM 同极性相接，使得电动机的制动电流Id=（EM-Udβ）/RΣ 限制在容许范围内。此时电动机进入第2 象限作正转发电运行，电磁转矩由拖动转矩变成制动转矩，电动机轴上的机械能经反组桥逆变为交流电能回馈电网。改变反组桥的逆变角β，就可改变电动机制动转矩。为了保持电动机在制动过程中有足够的转矩，一般应随着电动机转速的下降，不断地调节β ，使之由小变大直至β=π/2（n=0）。如继续增大β，即α < π/2，反组桥将转入整流状态下工作，电动机开始反转进入第3 象限的电动运行。以上就是电动机由正转到反转的全过程。同样，电动机从反转到正转，其过程则由第3 象限经第4 象限最终运行在第1 象限上。

（1）α=β 配合控制的有环流可逆系统

当系统工作时，对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证α=β 的配合控制关系，假设正组为整流，反组为逆变，即有αP=βN ，UdαP=UdβN ，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流，但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。为防止环流只经晶闸管流过而使电源短路，必须串入环流电抗器LC 限制环流。

（2）逻辑无环流可逆系统

逻辑无环流可逆系统在工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器，如图2.46（b）所示。其控制原则是在任何时刻只有一组桥投入工作（另一组关断），所以两组桥之间不存在环流。

两组桥之间的切换不能简单地把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的另一组桥立即开通，因为已导通的晶闸管并不能在触发脉冲取消的那一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组桥的触发脉冲的封锁和开放是同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁的那组桥却已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理主回路内电感储存的电磁能量，使其以续流的形式释放，通过原工作桥本身处于逆变状态，把电感储存的一部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原导通晶闸管恢复阻断能力。随后再开通原封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通。

这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，称为逻辑控制无环流系统。

直流可逆电力拖动系统优化

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