矿井提升机电控系统讲座(8)

第四节 磁场换向直流提升机可逆调速系统

选用直流提升的功率一般都在2000kW左右，功率较大，为减少投资通常选用磁场换向的V－M可逆调速系统。图31所示为一典型的磁场换向速度、电流双闭环逻辑无环流V—M可逆调速系统的结构框图。下面将依次介绍系统各部分的原理及系统的工作原理。

~6kV10161529UUfnfdiUGD1USt2ttgnUdxi34ULt568911RJ1DF127914TGSTDXT17JBtLTRJ2FGT1813M26Ugfi2223UgfFB1921UffiUfLttFLT24DK25251DKt1t2FJJLYT20外来2810227?J

图31 磁场换向的V－M可逆调速系统方框图

1－速度调节器ST； 2－电流上升率限制器DXT(也称电流给定积分器)；3－绝对值变换器JB；4－电枢电流调节器LT；5－倒相器DF；6、7－顺序控制器SGT；8－电枢触发装置CF；9－变流器；10－电流检测装置；11－平波电抗器；12－快速开关；13－直流电动机；14－测速发电动机；15－整流变压器；16－交流侧高压断路器；17－励磁给定值调节器ＦＧT；18－符号变换器FB； 19－方向记忆单元FJ；20－零电流鉴别器JL；21－延时单元；22－励磁电流调节器FLT；23－磁场触发装置CF；24－电子开关；25－磁场变流器；26－励磁绕组；27－磁场变流变压器；28－导通角θ检测器θJ；29－速度给定积分器GD

一、系统组成

各单元的名称已标注在图31中，系统有多个单元组成。主回路包括交流侧高压断路器、整流变压器、变流器、平波电抗器、直流快速开关、直流电动机、磁场变流器、磁场变流变压器等。电枢控制是由速度调节器和电流调节器组成的典型双闭环调节系统。励磁控制则是电流闭环控制系统。虚线框中的18、19、20、21等单元电路组成磁场控制逻辑电路，简称场控罗辑电路，其功能是实现励磁回路两组整流桥的无环流切换。

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二、电枢主回路及调节回路

电枢主回路包括整流变压器、晶闸管整流桥、基本负载电阻、电抗器和直流快速开关等组成。

1、整流变压器

由于直流电动机电压等级和交流电网电压等级往往不能很好的匹配，通常需要将电网电压变换为所需要的电压水平。因此在大容量的系统中，需要在电网和变流器之间接入整流变压器。

在图31所示的系统中，变流器采用双桥串联，两组桥都需通过变压器接入电网，所以选取了两台。当然也可以利用三线圈：一个原边，两个副边，分别接成星形和三角形，并使两变压器的副边输出在相位上错开30o，这样可以使变流器输出6～12脉波的直流电压，以降低电流脉动。

2、变流器（整流器）

变流器采用双桥串联、顺序控制的方式，两组桥的触发脉冲与整流变压器一样错开30o，理想情况下可以输出12脉波的直流电压，输出电压平滑，可以减少谐波和提高功率因数。

由于晶闸管变流使得电流波形畸变，以及由于输人电流的相位滞后，使得变流器功率因数降低，高次谐波分量增大，给电网带来较大的“污染”。对于大容量高电压的电动机，如果采用两组晶闸管整流桥串联供电，并通过改变变压器联接方式，不仅可以减少谐波分量，提高功率因数，而且还可以降低对晶闸管耐压值的要求。图32为串联顺序控制的主电路接线方式，其中：Ud?Ud1?Ud2。

（1）串联顺序调节的工作原理

TuARJ1Ud1uBRJ2Ud2MUduC

图32串联顺序控制的主电路

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在图32中，变压器两个副边绕组电压相等，相位差30°，而两组整流桥输出电压不一 定相同，但输出电流始终相等，电枢电流为桥电流，而电枢电压为两桥输出电压的和。在 整个控制过程中，仅有一个整流桥的触发控制角在变化，另一个整流桥的触发控制角保持在一个固定位置，即最大整流或最大逆变，这视电动机的工作状态而定。当一个整流桥处于最大整流状态，另一个整流桥处于最大逆变时，电动机电枢两端电压为零；当控制逆变桥的触发脉冲由最大逆变向最大整流方向移动时，在电枢两端可以得到从零到最大整流电压的电压；反之，当整流桥的触发脉冲由最大整流向最大逆变方向移动时，则可获得从零到最大逆变的电压，以吸收电动机发电状态的能量馈送给电网。整流波形如图33所示。

图33 串联顺序控制的电压波形

33

两组整流桥输出电压：

Ud1?1.35U2lcos?1 Ud2?1.35U2lcos?2

其中：U2l为变压器副边线电压的有效值；?1、?2分别为整流桥的触发控制角。

根据触发角与功率因数的关系，可以得到不同触发角下功率因数的值，用图示法描述如图34所示。

从图34中可以看出，与普通三相全控整流桥相比，采用串联顺序控制可以很大程度地减小无功功率，尤其是低速运行时的无功功率。

Q/S一般控制可减少的无功功率顺序控制?min?minP/S-1图34有功和无功功率图示法

1

图中虚线---三相桥式整流功率关系，实线---串联顺序控制功率关系，Q---顺序控制的无功功率，P---顺序控制的有功功率。

6KV100K?40K?TM1D,yTM2Y,yULt100K?20K?UK1RJ1DFUd1UdUd240K?40K?UK2RJ220K?图35双桥顺序控制器电路图

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（2）顺序控制器

双桥串联顺序控制电路如图35所示，特性如图36所示。

来自电枢LT的输出信号ULt被限制在0～＋10V之间，经倒相后的输出信号Udf为0～－10V。倒相器DF的特性如图36(a)所示。Uk1=f(Udf)持性如图36(b)所示，Uk2=f(Udf)特性如图36(c)所示。每一个桥的触发整流特性如图36(d)所示。由图(a)、(b)特性可得Uk1 =f(ULt)、Uk2 =f(ULt)特性，如图36(e)所示。由图(d)、(e)特性可得Ud1 =f(ULt)、Ud2 =f(ULt)特性，如图36(f)所示。由Ud= Ud1＋ Ud2则可得总的触发整流特性Ud=f（ULt）。当ULt＝0V时，Ud=－Udm；当ULt＝－5V时，Ud=0V；当ULt＝－10V时，Ud=＋Udm 。

Udf10VUdf10VUdf10VUlt-5V-10V(a)(b)Uk1Uk2(c)UdmUk1Udl10VUdUd1UltUd2Ult10VUk25V10V5V10VUk110VUlt5V10V(d)(e)-Udm(f)

图36 双桥串联顺序控制特性

3、基本负载电阻

在图31所示图中，与电枢整流桥并联的电阻Rj1、Rj2称为基本负载电阻，其作用是为整流桥提供续流电流。通常在大容量的变流器中，对于大功率变流器，一般采用双窄脉冲触发，这样对于双桥串联供电的电枢回路，需要同时给出四个脉冲，两组桥才能运行，形成电枢电流。如果两组桥的触发脉冲不同步，两组桥就不能同步运行，就不能形成电枢电流。当设置了基本负载电阻后，每个桥通过基本负载电阻单独构成电流通路，每个桥都能形成电枢电流。保证了在触发脉冲不同步的情况下也能正常工作。若采用宽脉冲触发，可以不设置基本负载电阻。另外，在负载减半的情况下，可以采用一组桥工作、一组桥备用的运行方式。

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