CN201004290Y

CN201004290Y - 相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统

Info

Publication number: CN201004290Y
Application number: CNU2007200332483U
Authority: CN
Inventors: 张国荣; 苏建徽; 茆美琴; 汪海宁; 张健; 杜燕
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2017-01-10

Abstract

相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，其特征是设置两套相同的直流电机主控系统，引入380V三相电源，两只直流电机同轴设置，并分别以发电机和/或电动机的模式运行；分别设置四象限结构的晶闸管三相相控整流单元，其电能通过交流母线形成封闭；分别设置斩控单元，其电能通过直流母线封闭。本实用新型两台直流电机同轴连接，实现直流母线和电网交流母线的电封闭加载，其加载实验方便，无论是相控还是斩控方式，系统均可以实现稳定的四象限运行，可大量节约电能。

Description

相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统

技术领域

本实用新型涉及教学实验系统，更具体地说是一种针对应用在电力电子及电力传动中的电封闭直流电机调速的教学实验系统。

背景技术

随着数字信号处理技术的发展，愈来愈多的电力电子装置从模拟化过渡到数字化。

目前，大多数高校自动化专业、电力电子与电力传动专业的直流调速系统本科实验教学装置还仍然停留在采用分立模拟元件构成控制器，元器件数量多、接线繁杂，由于模拟器件存在离散性，控制器参数及结构不好调整。在实验的驱动、加载和控制等方面还存在不便之处，包括需要配置负载箱、滑线变阻器、调压器等。已有的系统通常为单机，难以实现动态加载和稳定的四象限运行。同时，这种形式的实验装置故障率高，稳定性差，已经远不能满足当前专业技术实验教学的发展需要。而市场现有的相关直流调速系统实验装置，其控制器一般采用的是专用集成电路，或采用进口整机集成构成，可靠性和稳定型方面有保障，但实验的开放型和灵活性较弱。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种全数字化相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，以巩固直流驱动系统的固有特点，丰富直流驱动系统的功能。

本实用新型的结构特点是：

设置A组和B两组两套相同的直流电机主控系统MDA和MDB，在A、B、C端引入380V三相电源，以主控系统的直流电压输出DA和DB分别接电机M1、M2的电枢绕组，以主控系统的励磁电压输出EA、EB分别接电机励磁绕组LF1、LF2，以主控系统的测速发电机输入端子NA、NB分别接测速发电机绕组，电机M1和M2同轴设置，并分别以发电机和/或电动机的模式运行；

分别设置两组四象限结构的晶闸管三相相控整流单元U1、U2，其电能通过交流母线形成封闭，以电网电能补充系统的电能损耗；

分别设置两组斩控单元PWM1和PWM2，其电能通过直流母线封闭，以电网电能补充系统的电能损耗。

本实用新型的结构特点也在于：

主控制系统中，在A、B、C三相压电输入端，设置三相隔离变压器T1，主电路包含四象限三相全桥相控整流单元、电压型PWM斩控单元和单相半控桥励磁单元，相应电路中每组分别设置电枢电压表V1、电枢电流表A1、励磁电压表V2和励磁电流表A2。

在相控整流单元、斩控单元和励磁单元中，分别设置各自独立可控的相控整流开关ZK2、斩控开关ZK3和励磁开关ZK4。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型可以设置DSP为主控芯片，在单台装置中实现直流电机的晶闸管相控调速和电压型IPM斩控调速的数字化控制。系统控制器参数可调，控制模式组态灵活多样，具有全面的关键波形实验测量接口。机组由两台直流电机同轴连接而成，每台电机的供电主电路可以选择为相控模式或斩控模式，不论是哪种模式组合，系统均可稳定地四象限运行，实现直流母线和电网交流母线的电封闭加载，大量节约电能。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图。

图2为本实用新型晶闸管相控直流调速交流母线电封闭原理示意图。

图3为本实用新型电压型直流PWM调速直流母线电封闭原理示意图。

图4为本实用新型主控电路原理示意图。

以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步描述。

具体实施方式

参见图1，设置A组和B两组两套相同的直流电机主控系统MDA和MDB，在A、B、C端引入380V三相电源，以主控系统的直流电压输出DA和DB分别接电机M1、M2的电枢绕组，以主控系统的励磁电压输出EA、EB分别接电机励磁绕组LF1、LF2，以主控系统的测速发电机输入端子NA、NB分别接测速发电机绕组，电机M1和M2同轴设置，并分别以发电机和/或电动机的模式运行。

图2、图3所示是以电机M1为电动机，以电机M2为发电机的运行模式。

参见图2，分别设置两组四象限结构的晶闸管三相相控整流单元U1、U2，其电能通过交流母线形成封闭，以电网电能补充系统的电能损耗，如机械摩擦损耗、铜损、铁损等；

参见图3，分别设置两组斩控单元PWM1和PWM2，其电能通过直流母线封闭，以电网电能补充系统的电能损耗，如机械摩擦损耗、铜损、铁损等。该单元采用的是不可控整流，为了防止惯性制动能量导致直流母线电压泵升过高，系统另外增加了过压能耗制动控制电路。

参见图4，主控制系统中，在A、B、C三相压电输入端，设置三相隔离变压器T1，主电路包含四象限三相全桥相控整流单元、电压型PWM斩控单元和单相半控桥励磁单元，相应电路中每组分别设置电枢电压表V1、电枢电流表A1、励磁电压表V2和励磁电流表A2。

具体实施中也包括：

每组中分别设置A、B、C各相快速熔断器F1、F2和F3，实现功率器件的断路和过电流保护。

在相控整流单元、斩控单元和励磁单元中，分别设置各自独立可控的相控整流开关ZK2、斩控开关ZK3和励磁开关ZK4。其控制方式包括：

相控整流开关ZK2控制相控整流电路得电情况，相控整流电路采用三相桥式晶闸管反并联。晶闸管可逆调速系统采用有准备逻辑无环流工作方式，有效的抑制冲击电流和减小电流换相死区。

斩控开关ZK3控制斩控电路得电情况，三相由二极管D1-D6构成的二极管整流桥提供斩控主电路直流电压，软启动电阻R1限制闭合空开时对母线电容的充电电流。斩控主电路采用智能模块IPM，具有能耗制动单元。

励磁开关ZK4控制励磁电路得电情况，励磁回路采用单相半控桥。

双刀双掷开关SK5为相控/斩控输出端口的选择开关。当拨向相控位置时，输出主电路选择晶闸管反并联电路；拨向斩控位置时，输出主电路选择IPM直流斩控电路。

系统控制器采用DSP数据处理器，系统中的所有外围控制变量均经A/D口输入，控制器完成系统的数据采集处理、控制运算、通讯、同步移相触发和直流PWM斩控。

如图4所示，合上三相电源总开关ZK1，系统控制电路投入工作，市电经过Y/Δ工频变压器T1隔离，再串接快速熔断器，实现系统动力供电与电网隔离和过电流保护。

闭合相控整流开关ZK2，晶闸管反并联主电路得电；闭合斩控开关ZK3，IPM直流斩控主电路得电；闭合励磁开关ZK4，相应电机的励磁建立。

双刀双掷开关SK5拨向相控位置时，输出主电路选择晶闸管反并联电路；拨向斩控位置时，输出主电路选择IPM直流斩控电路。

系统的信号测试均可在测试板上进行，板上布有I/O输入输出控制端子和各点测试端子。

本实用新型可以实现多种实验，包括：

晶闸管相控整流开环系统实验、晶闸管相控整流故障分析实验、晶闸管相控单闭环系统实验、晶闸管相控转速电流双闭环系统实验、晶闸管相控反电势电流双闭环系统实验、电压型PWM开环系统实验、电压型PWM直流调速双闭环系统实验和电压型PWM直流调速双闭环电封闭系统实验等。

Claims

1、相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，其特征是：

设置A组和B两组两套相同的直流电机主控系统MDA和MDB，在A、B、C端引入380V三相电源，以主控系统的直流电压输出DA和DB分别接电机M1、M2的电枢绕组，以主控系统的励磁电压输出EA、EB分别接电机励磁绕组LF1、LF2，以主控系统的测速发电机输入端子NA、NB分别接测速发电机绕组，所述电机M1和电机M2同轴设置，并分别以发电机和/或电动机的模式运行；

2、根据权利要求1所述的相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，其特征是所述主控制系统中，在A、B、C三相压电输入端，设置三相隔离变压器T1，主电路包含四象限三相全桥相控整流单元、电压型PWM斩控单元和单相半控桥励磁单元，相应电路中每组分别设置电枢电压表V1、电枢电流表A1、励磁电压表V2和励磁电流表A2。

3、根据权利要求1所述的相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，其特征是每组中分别设置A、B、C各相快速熔断器F1、F2和F3。

4、根据权利要求1所述的相控/斩控电封闭直流调速教学实验系统，其特征是在所述相控整流单元、斩控单元和励磁单元中，分别设置各自独立可控的相控整流开关ZK2、斩控开关ZK3和励磁开关ZK4。