晶閘管—直流電動機調速系統

1、7.1 晶閘管一直流電動機調速系統采用晶閘管可控整流電路給直流電動機供電，通過移相觸發(fā)，改變直流電動機電樞電壓，實現直流電動機的速度調節(jié)。這種晶閘管一直流電動機調速系統是電力驅動中的一種 重要方式，更是可控整流電路的主要用途之一?？梢詧D7-1 所示三相半波晶閘管一直流電動機調速系統為例，說明其工作過程和系統特性。直流電動機是一種反電勢負載，晶閘管整流電路對反電勢負載供電時，電流容易出現斷續(xù)現象。如果調速系統開環(huán)運行，電流斷續(xù)時機械特性將很軟，無法負載；如果閉環(huán)控制，斷流時會使控制系統參數失調，電機發(fā)生振蕩。為此，常在直流電機電樞回路內串接 平波電抗器 Ld，以使電流 Id 盡可能連續(xù)。這樣，晶

2、閘管一直流電動機調速系統的運行分 析及機械特性，必須按電流連續(xù)與否分別討論。8.1.1 電流連續(xù)時如果平波電抗器 Ld 電感量足夠大，晶閘管整流器輸出電流連續(xù)，此時晶閘管一直流電動機系統可按直流等值電路來分析，如圖7-2 所示。圖中，左半部代表電流連續(xù)時晶閘管整流器的等效電路，右半部為直流電動機的等效電路。由于電流連續(xù)，晶閘管整流器可 等效為一個直流電源 Ud 與內阻的串聯，Ud 為輸出整流電壓平均值= U沖沁（7-1）式中U為電源相壓有效值，二為移相觸發(fā)角。電流連續(xù)情況下，晶閘管有換流重迭現象，產生出換流重迭壓降，相當于整流電源內 串有一個虛擬電阻7小，其中 LB 為換流電感。再考慮交流電源

3、（整流變壓器）的等效內電阻 Ro，則整流電源內阻應為，如圖所示。電流連續(xù)時直流電動機可簡單地等效為為反電勢E 與電樞及平波電抗器的電阻總和Ra 串聯，而平波電抗器電感 Ld 在直流等效電路中是得不到反映的這樣，根據圖 7-2 等效電路，可以列寫出電壓平衡方程式為6 =風+ & +凡)厶+4 =禺厶+巴 巴=c可以看出，在電樞電流連續(xù)的情況下，當整流器移相觸發(fā)角二固定時，電動機轉速隨點 no 的變化，機械特性為一組斜率相同的平行線。但是在一定的平波電抗器電感 Ld 下，當電流減小到一定程度時，Ld 中儲能將不足以 維持電流連續(xù)，電流將出現斷續(xù)現象，此時直流電動機機械特性會發(fā)生很大變化，不

4、再是 直線，圖 7-3 中以虛線表示。這部分的機械特性要采用電流斷續(xù)時的運行分析來確定。二、電流斷續(xù)時電樞電流斷續(xù)時不再存在晶閘管換流重迭現象， 晶閘管整流器供電直流電動機系統須 采用圖7-4所示交流等效電路來分析。在此電路中，u2 為相電壓瞬時值，顯然只有當它大 于電樞反電勢 Ea 時晶閘管才能導通，如圖 7-5 所示。由于 id 斷續(xù)，電路分析時必須計入 平波電感 Ld 的作用，回路電壓平衡方程為旳=J2Usin + &純出(7-4)(7-2)速為式中，Ce 為直流電機電勢常數,(為直流電機每極磁通。求出電機轉負載電流 Id 的增加而下降，下降斜率為當二角改變時，隨著空載轉速圖 7

5、-4 電流斷續(xù)時，晶閘管一直流電動機等效電路圖7-5 電流斷續(xù)時的電樞電流為分析簡便起見，先忽略等效內阻 匸，求解出機械特性后再作為系統內阻對特性斜率進行修正。這樣，可采用積分求解如下微分方程式中 C 為積分常數，可由圖 7-5 中邊界條件血=賞+R和二. （ 7-6）解出(7-7)將式（7-7）代入式（7-5），可得由于電流不連續(xù)，只在一段時間內有電流。設晶閘管導通角為：；，則又有一邊界條件施=0+住+ &二 0J （ 7-9）可用來求取反電勢 Ea 與二之間的關系。即在并勵直流電動機中，丄，故由上式可轉而求得轉速 n 和】及二的關系為4式中為三相半波整流器移相觸發(fā)角計算起點.）的相

6、位。(7-8)J2UC r滬.9n =Zsin0+必+ sin 1 2：2(7-11)(7-5)cosot -由于晶閘管導通角：和負載電流大小有關，故上式實際上隱含地給出了直流電機電流斷續(xù)時的機械特性，只是關系復雜不直觀，需要通過求解電機電樞電流Id 與導通角間的關系來揭示按照定義，電樞電流平均值 Id 為式中，匸為每周內換流次數，三相半波和三相橋式整流電路譏。將式（7-8）和式（7-10）代入上式并經積分和整理，可得負載電流 L 和導通角：;之間的關系為:這樣，就可以?為參變量，將式（7-11）和式（7-12）聯系起來，求得不同二和丁下、-U，故特性曲線用二作橫坐標，如圖 7-6 所示圖 7

7、-6 三相半波晶閘管整流器供電直流電機機械特性由于是由單一組整流器供電的不可逆直流調速系統，電機系統只可工作在 -的第I象限和的第W象限。第I象限內，晶閘管移相觸發(fā)角整流器工作在可控整流狀態(tài)；電機轉速 n、電磁轉矩亠f同方向，直流電機運行在電動狀態(tài)。第W象限內整流器工作在有源逆變狀態(tài)；電機轉速與電磁轉矩反方向，直流電動機運行在反轉制動狀態(tài)，并將轉子機械動能變成電能經可控整流器返 回交流電源。無論是第I或第W象限，當電機電流 Id 較小時晶閘管導通角 0 120 ，電流斷續(xù)，機 械特性變得很軟，隨著負載增加轉速下降很快；當負載增大到一定數值時，J二，電流進入連續(xù)狀態(tài)。由于分析中忽略電樞電阻，機械特性變成水平；如計及電阻影響，則電電流斷續(xù)時直流電機電樞回路等效電阻增加很多，除使機械特性變軟外，還會使調速 系統調節(jié)器特性變壞，往往引起系統振蕩，此時應設法減小電流斷續(xù)的范圍，為此應設計好平波電抗器的電感量。晶閘管一直流電動機系統中平波電抗器電感量按最小電流ILmint& r 、0、- 2 sm 2 丿k22)三相半波晶閘管整流器供電直流電動機的機械特性皿） ，由于直流電機電磁轉矩流連續(xù)時特性將具有一定斜度，其斜度為，則由cos(7-12)下仍能保證電流連續(xù)為