4.4 可逆直流调速系统
由于晶闸管的单向导电性，只用一组晶闸管变流器对电动机供电的自动调速系统只能获得单方向的运行，因此仅适用于不要求改变电动机的转向，或不要求频繁改变电动机的转向，或对停车的快速性无特殊要求的生产机械，这类系统称不可逆调速系统，如造纸机、车床、镗床等。但要求能快速起动、制动以及正反转以缩短过渡过程时间的生产机械,例如，轧机的主传动和辅助传动，龙门刨床、起重机、提升机等，其拖动系统就必须是可逆系统。采用可逆系统，还能在制动时将拖动系统的机械能转换成电能回送电网，特别对大功率的拖动系统，其节能的效果是显著的。
4.4.1 V-M 系统的可逆线路
怎样实现电机的可逆拖动呢？由电动机工作原理可知，要求改变直流电动机的转向，或者要实现电动机的制动，就都必须改变电机电磁转矩的方向。由电动机的转矩公式T?CTIa可知，改变电磁转矩的方向有两种方法，一是改变电枢电流的方向，即改变电枢供电电压的方向，形成电枢可逆自动调速系统；另一种是改变电动机励磁电流的方向，形成磁场可逆自动调速系统。
CF3~IdMCR3~TFIdTRMACRBCFUdABTF?Id?IdUdTR（a)(b）图 4-33 电枢可逆电路接线方式 (a)接触器切换电枢可逆线路 (b)由晶闸管开关切换的电枢可逆电路
1．电枢可逆线路
由晶闸管整流器构成的电枢可逆供电装置和可逆激磁电流供电装置都因晶闸管的单向导电性而变得复杂,并带来一些特殊的技术问题。
要实现电枢可逆，当只由一组整流装置供电时，可用接触器或晶闸管开关来来切换电枢的连接，如图4-33（a）和（b）所示。在图4-33(a)中，采用正、反向接触器来切换电动机电枢电流的方向，当正向接触器CF闭合时，电动机电枢得到A(+),B(-)的电压Ud，电动机正转；当CF打开，而反向接触器CR闭合时，电动机电枢得到A(-),B(+)的电压Ud，电动机反转。接触器的切换要在主回路电流降到零时才能进行，且要防止在切换后的电流冲击，这要由控制线路的逻辑关系来保证。这种可逆线路从CF打开到CR闭合大约需要0.2～0.5秒，这段时间内电动机失电，出现切换“死区”，致使反转过程延缓，而且噪音大，触头寿命短，这种电
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路只适用于不需频繁切换的小容量拖动系统中。在图4-32(b)中，采用晶闸管开关代替接触器，在保证逻辑切换关系、提高可靠性和调整维护方面都较使用接触器有显著的优点，适用于几十千瓦以下的小中功率可逆传动。
采用两组晶闸管整流装置的可逆线路，由正、反两组整流装置分别提供正、反方向的电枢电流，适用于要求频繁、快速正反转的拖动系统。这种线路的连接采用反并联和交叉连接两种方式。图4-34为三相半波整流电路供电的两种连接形式，图4-35为三相桥式整流电路供电的两种连接形式。
000aabca'b'c'bcLj1LdLj2MM 图 4-34 三相半波整流电路供电的可逆电路 (a)反并联连接 (b)交叉连接
0a0在反并联连接中，两组整流电路共用一个交流电源，因结构
bcabc简单、切换速度快、控制灵活等优点，成为可逆调速系统的主要形式。在交叉连接中，两组整流电路的交流电源a.b,c和a’
Lj1Lj2Lj3Lj4MaM'b'c'b’c’是彼此独立的，它们可以分别是两台整流变压器的二次绕组，也可以是同一台整流变压器的中点不相接的两套二次绕组。由此，交叉连接
0 图 4-35 三相桥式整流电路供电的可逆电路 (a)反并联连接 (b)交叉连接的整流变压器结构复杂，但它具有电抗器容量小、正反向电流互相隔离和可限制环流（在有
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环流控制系统中）等优点，因而在大容量可逆传动中有所采用。以下的讨论仅以反并联连接方式为例，其原理基本上也适用于交叉连接方式。
电枢可逆线路因电枢回路时间常数小（约几十毫秒），反向过程进行得快，适用于频繁起动、制动和要求过渡过程尽量短的生产机械，例如可逆轧机的主、副传动，龙门刨床、刨台的拖动等。但是这种方案需要有两套用于主回路的晶闸管整流装置，容量较大，投资较大，特别是大容量的可逆系统，这个不足尤为突出。 2．磁场可逆线路
在磁场可逆线路中，电动机电枢用一组晶闸管整流装置供电，而励磁电流方向的改变可以在励磁电路中用一组整流装置加正、反向接触器，或由晶闸管开关来改变励磁的供电方向；也可以由正反两组整流装置交替工作来改变激磁电流的方向等，其接线方式和原理如图4-33～4-35是一致的。
而在磁场可逆系统中，主回路仅用一套整流装置，尽管激磁回路要用两套整流装置，但电机激磁功率较小（一般为1～5％额定功率），其设备容量比电枢可逆方案小得多，比较经济。但电机激磁回路电感量比较大，时间常数大（约零点几秒到几秒），反向过程较慢，在磁场采用强激之后（强迫电压短时间加到4～5倍，甚至十几倍额定电压），快速性可以得到一定程度的补偿，其切换时间仍达几百毫秒以上。在励磁反向时还应切断电枢电压，以削弱反转的阻力矩加快反转过程，同时也防止电机在反转过程中产生“超速”（或称飞车）现象。这更增加了反向过程的死区，也增加了控制系统逻辑关系的复杂性。因此，磁场可逆系统只适用于正、反转不太频繁的大容量可逆传动中，例如卷扬机、电力机车等。
3．4．2 可逆拖动的工作状态及机械特性
现以电枢反并联供电的可逆系统为例分析电机的四种基本的工作状态。
1.可逆拖动的四种工作状态
如果由单组的晶闸管整流装置供电、控制角??90?时晶闸管装置处于整流状态，电机正转电动运行；当控制角??90?时，整流装置处于逆变状态, 电机要进入再生（发电）制动，由于晶闸管的单向导电性，就必须改变电枢的接线方式使电枢电流反向。
由两组晶闸管装置反并联供电的可逆系统使电动机在四个象限运行非常方便。如图4-36所示，由正组TF整流供电、电动运行的电机，再生制动时只须由正组整流供电切换到反组TR逆变供电，而不必改变电枢的接线方式。在切换的初瞬，电机的电势Ｅ没有改变，当反组逆变电压U?尚大于电机电势时，由于晶闸管电流不能反向，逆变电路与电机不能形成电流通路而处于阻断状态，反组的这种状态称为“待逆变状态”；待到逆变电压U?降到小于Ｅ时，在电机电势的作用下，电枢电流反向，反组真正进入有源逆变状态，将直流电能转变成交流电能反回馈电网并实现制动。电动机的再生制动是一种节能的有效措施，特别是较大功率的拖动系统，即使是不可逆运行，为了实现回馈制动，往往也采用可逆电路，只不过因为反组
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只在回馈制动时工作，工作时间很短，容量可以小一些。
RTFRE?M?反组逆变回馈制动?TRn正组整流电动运行?MEI3~Ud?Id?n?nU??(b)3~?Id0Id(a)(c) 图 4-36 V-M系统正组整流电动运行和反组逆变再生制动 (a) 正组整流、电动运行 (b) 反组逆变 、再生制动 （c)运行范围电机运行状态 正向运行正向制动反向加速反向运行反向制动正向加速正向运行n（a)(b)Ia正组(c)反组所处象限 整流器工作状态?M???M??M??M??M??M I 正组整流 II IIIIII反组整流IV I 反组逆变反组整流正组逆变正组整流图4-37 可逆运转的整流器和电动机工作状态（a)电机速度 (b)电枢电流? 整流器导通状态 由电枢反并联可逆电路供电（为方便起见，这里采用无环流控制方式，下面将介
绍）的拖动电机，在一个运行周期中的速度如图3-37（a）所示， 根据电机转速方向和电磁转矩的方向，两组反并联的整流电路不断变更工作状态，以使电机工作在正向运转的电动和制动、反向运转的电动和制动的四种工况之中，并分别处于机械特性的四个象限之中。电机运行工况、电枢电流方向和两组整流装置的工作状态分别如图4-37（b）和(c)所示。
2．可逆拖动的机械特性
由正组整流装置供电、电流连续、稳定运行在机械特性的第一象限时，其机械特性方程和方程式（4-6）相似：
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