电力拖动自动控制系统第十八讲.ppt

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1、第十八讲,要求：1.了解故障检测的种类和故障保护的类型； 2.理解故障自诊断的方法； 3.理解有环流控制时反并联线路与可逆V-M 系统的四象限运行；,提醒,下一讲将有一节课考试,3.6.1 故障检测 1、供电电源故障检测 检测电路 三相供电电源常见的故障为过电压、欠电压和缺相，电源故障检测电路如图3-22示。,图3-22 电源故障检测电路,检测原理 A.过电压或欠电压检测 由三相供电电源经电压互感器、三相不可控整流桥和滤波环节，得到与供电电压幅值成正比的直流电压，经A/D转换输入计算机 数字控制系统定时采样该直流电压，并与上下限值进行比较，即可判断出是否过电压或欠电压故障。,B.缺相检测 缺相

2、检测采用缺相继电器，正常时继电器常开触点打开，缺相输出信号为低电平； 缺相时继电器常开触点闭合，缺相输出信号为高电平，定时电平信号，即可判断出是否出现缺相故障。,2、过电流、过载故障检测 检测功率变换器UPE的输入、输出电流就可判别是否出现故障及故障类型，如图323所示。,图3-23 电流故障检测电路,当 或 大于或等于设定的故障电流值 时，认为出现过电流故障； 当 或 大于过载电流值 时，且持续时间 时，认为出现过电载故障。,同时检测 和 ，还可以判别故障点。 若 大于或等于 ，而 ，则表明故障出现在UPE内部； 若 和 都大于或等于 ，则故障表明出现在负载回路。,3、失磁故障 检测励磁电流

3、 ，当 时，出现失磁故障,4、超速故障 若转速n超过最高限定转速 ，出现失磁故障。,3.6.2 故障保护 1、种类 两种：硬件保护、软件保护 2、硬件保护 快速封锁功率变换器UPE的驱动信号，并将UPE与供电电源断开。,3、软件保护 进入故障保护中断程序，锁存故障信号，禁止UPE的驱动信号输出，通过外围电路显示故障类型，产生声光报警信号等。 硬件保护起作用后，故障消失，如果没有软件保护，系统重新运行，再次导致故障出现。,3.6.3 故障自诊断 故障自诊断可以有多种，下面以直流不可逆PWM调速系统为例进行简单的介绍。 1、IGBT驱动信号为ON IGBT驱动信号为ON时，IGBT应正常开通， ，

4、 ， ，此时为正常工作状态。,若E0、 Ud0 ，这说明IGBT有故障，不能正常开通；,若UdE ，而Id=0，则表明电动机电枢回路断路；,若UdE，Id很大，而n=0，则表明电动机机械轴卡死；,若UdE，Id不大，而n超速，则表明电动机失磁；,若E0 、Ud0，IE很大，Id=0，则表明续流二极管反向击穿。,2. IGBT驱动信号为OFF IGBT驱动信号为OFF时，IGBT应可靠关断，,若 ，则说明IGBT有故障，不能可靠关断。,当IGBT驱动信号由ON变为OFF时， 下降过快，且 呈上升趋势，则表示续流二极管不能正常续流,第4章 可逆调速系统和 位置随动系统 4.1 可逆直流调速系统,4

5、.1.0 问题的提出 1、可逆运行的必要 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。,2、可逆运行的困难 改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。 然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。,4.1.1 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 1、主电路 中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器，如本书第1.3.

6、1节中图1-22绘出了PWM可逆调速系统的主电路,图1-22 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路原理图,VTb,其中功率开关器件采用IGBT，在小容量系统中则可用将IGBT、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块IPM。,2、原理图 PWM可逆直流调速系统的原理图如图41，图中 ： GD驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放大电路； UPWPWM波生成环节，其算法包含在单片微机软件中；,TG为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用数字测速码盘； TA霍尔电流传感器； 图中给定量 ， 和反馈量n， 都已经是数字量。,3、硬件结构图 双闭环控制 该原理图的硬件结构如图3-

7、4所示； 控制系统一般采用转速、电流双闭环控制； 电流环为内环，转速环为外环； 内环的采样周期小于外环的采样周期。,滤波 无论是电流采样值还是转速采样值都有交流分量，常采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延缓动态响应，为此可采用硬件滤波与软件滤波相结合的办法；,调节器 转速调节环节ASR和电流调节环节大多采用PI调节，当系统要求高时，还可以采用各种非线性和智能化的控制算法 。,转速给定信号 可以是由电位器给出的模拟信号，经A/D转换后送入微机系统，也可以直接由计数器或码盘发出数字信号。,双极式可逆控制 当转速给定信号在 0 之间变化并达到稳态后，由微机输出的PWM信号占空比在0 0的范围内变化，

8、使UPEM的输出平均电压系数为 = 10+1，实现双极式可逆控制。,设置死区 在变流中，为了避免同一桥臂上、下两个电力电子器件同时导通而引起直流电源短路，在由VT1、VT4导通切换到VT2、VT3导通或反向切换时，必须留有死区时间。 对于功率晶体管，死区时间约需30s；对于IGBT，死区时间约需5s或更小些。,4.1.2 有环流控制的可逆晶闸管-电 动机系统 1、两组晶闸管装置反并联线路与可逆V M系统的四象限运行 反并联的可逆线路 较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管-电动机系统。 由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，如图42所示。,两组晶

9、闸管装置可逆运行模式 电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电； 反转时，由反组晶闸管装置VR供电。 两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。 注意：不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提出了严格的要求。,晶闸管装置的整流和逆变状态 在两组晶闸管反并联线路的V-M系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。 相应的控制角为 （整流），和 （逆变） 。,A.整流输出电压 在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为： 因此在整流状态中， Ud0为正值；,B.逆变输出电压 在逆变状态中， Ud0为负值。 为了方便起见

10、，定义逆变角=180- 则逆变电压公式可改写为：Ud0=Ud0maxcos,单组晶闸管装置的有源逆变 单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态。,A.整流状态 当E0，整流电流 Id 产生电磁转矩 Te 使电机做电动运行，提升重物，n0，此时由电网经晶闸管装置V向电动机提供能量，V处于整流状态，系统运行于第一象限。,图43 单相V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态（a）90，提升重物,B.逆变状态 当90时， Ud0为负，晶闸管装置V不能产生电流，不能产生电磁转矩提升重物，相反在重物的作用下反转下降，n0，产生反向的E，当Ud0E，产生同上一样

11、的电流，因此也产生同向的转矩，但这是个制动转矩，阻止重物下降过快。,图43 单相V-M系统带起重机类型负载时的整流和逆变状态（b）90，放下重物,这时电机成为受重物拖动的发电机，将重物位能转化为电能，通过晶闸管由电动机向电网回馈，系统运行于第四象限。,两组晶闸管装置反并联的整流和逆变 两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样。 现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。,图44a表示正组晶闸管装置VF给电动机供电，VF处于整流状态，此时f0，电机从电网输入能量作电动运行； 系统运行于第一象限，和

12、图43a的整流状态一样，如图44c 。,图44 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态（a）正组整流电动运行,当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的。 这时，可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR，如图44b所示，并使它工作在逆变状态。此时， r90，当E Ud0r时，反向电流便通过VR流通，电机输出电能实现回馈制动。 系统运行于第二象限，如图44c。,图44 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态（b）反组逆变回馈制动,图44 两组晶闸管反并联可逆V-M系统的正组整流和反组逆变状态（c

13、）机械特性运行范围,V-M系统的四象限运行 在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动； 反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动。 归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表4-1中。,表4-1 V-M系统反并联可逆线路的工作状态,反并联的晶闸管装置的其他应用 即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。,这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。,课后思考,1.什么是故障自诊断？ 2.故障检测有哪些种类？故障保护有哪些类型？ 3.如何实现故障自诊断的方法？ 4. 可逆调速系统如何构成？ 5.有环流控制时反并联线路与可逆V-M系统的四象限运行是如何实现的？,