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GTO斩波调速系统主电路的设计

2016-12-07 10:03:44来源:论文网浏览:评论:0

  GTO是一种自关断型能力的电力半导体器件,由于这一晶闸管能用门极信号开通和关断,因而应用于斩波器或逆变器中时,可不用换流电感、电容以及辅助晶闸管。GTO斩波调速系统能实现直流电动机牵引、能耗和再生制动,可用于城市无轨电车。

  GTO斩波调速系统主电路由可关断晶闸管GTO、续流二极流VD1、制动回路二极管VD2和串励直流电动机M组成。VT1、RZ是能耗制动回路的晶闸管和电阻器,HE是霍尔电流检测器,KM2是牵引、制动转换接触器,KM4、KM5是电动机换向接触器。

  1 牵引运行

  电动机牵引时,接触器接点KM1、KM2、KM3、KM4-1、LM4-2闭合,连通电动机牵引回路。当GTO导通时,电源向电动机供电,其回路为:电流(+)→KM1→KM2→KM3→KM4-1→电动机M→KM4-2→电动机励磁绕组L→HE→GTO→电源(-),此时,电动机电压等于电源电压,极性A正B。当GTO关断时,电动机续流,其回路:电动机B端→KM4-2→L→HE→VD1→KM3→KM4-1→电动机A端。这样在电动机两端可得到一个脉动的直流电压,其平均值UM与电源电压U的关系为UM=KU。因此只要改变斩波器的占空比K,即可改变电动机的工作电压,从而达到调整的目的。

  当电动机全压运行时,可触发快速晶闸管导通使电动机进入弱磁运行状态。为了获得恒加速启动,电路可采用恒流控制,即预先设定电流变化的上、下限范围,通过控制斩波器件的导通、关断、达到恒加速启动的目的。

  2 牵引-制动转换

  首先判断GTO,电动机续流,由于回路中存在电阻,电枢电流很快衰减到零。当HE检测到电枢电流为零时,接触器接点KM3、KM4-1、KM4-2断开,KM5闭合,为形成制动回路作准备。同时KM6闭合,预励磁投入工作,加快反电势的产生,以尽快产生较大的制动力矩。一旦反电势建立后,KM6自动断开,预励磁装置退出工作。

  3 电气制动

  电路可实现能耗制动和再生制动,主要根据电源电压和负载情况而定。例如,当电源无其它负载时,再生制动电流将引起滤波电容CF两端电压上升,此时在控制电路的作用下立即转换为能耗制动,以免系统在过电压下工作。当电源电压恢复正常时,又立即自动转换为再生制动。由于GTO的全控性和快速性,制动模式的转换可在一个斩波周期时间内完成,增强了系统的可靠性。

  ①能耗制动。当GTO导通时,电流通路为:电动机A→KM4-2→L→HE→GTO→VD2→KM4-1→电动机B端,此时电流不断下降。在GTO关断的同时触发VT1导通,电流经电阻RZ与晶闸管VT1形成回路,能量消耗在电阻RZ上。

  ②再生制动。在GTO导通时,电流通路同能耗制动,此时电流上升,为储能阶段。在GTO关断时,电动机A→KM4-2→L→HE→RZ→VT1→KM4-1→电动机B端。此时电动机向电源反馈能量,实现了再生制动。

  制动力矩可任意调节,低速时可增加GTO的导通时间来保证足够的制动力矩。

 

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