程憲平機(jī)電傳動(dòng)與控制(第三版)7第七章

1、1機(jī)電傳動(dòng)控制 2機(jī)電傳動(dòng)控制電力電子學(xué)電力電子學(xué)-晶閘管及其基本電路晶閘管及其基本電路 7.1 7.1 電力半導(dǎo)體器件電力半導(dǎo)體器件 7.2 7.2 單相可控整流電路單相可控整流電路 7.3 7.3 三相可控整流電路三相可控整流電路 7.4 7.4 逆變器逆變器 7.5 7.5 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 7.6 7.6 晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)3機(jī)電傳動(dòng)控制 掌握晶閘管的基本工作原理、掌握晶閘管的基本工作原理、 特性和主要參數(shù)的含義；特性和主要參數(shù)的含義； 掌握幾種單相和三相基本可控整流電路掌握幾種單相和三相基本可控整流電路 的工作原理及其特點(diǎn)的工作原理及其特點(diǎn) (

2、(特別是在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)特別是在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)) )； 熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制；熟悉逆變器的基本工作原理、用途和控制； 了解晶閘管工作時(shí)對(duì)觸發(fā)電路的要求了解晶閘管工作時(shí)對(duì)觸發(fā)電路的要求 和觸發(fā)電路的基本工作原理和觸發(fā)電路的基本工作原理。4機(jī)電傳動(dòng)控制 晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件，可控性；晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷條件，可控性； 晶閘管單相和三相基本可控整流電路晶閘管單相和三相基本可控整流電路 在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)；在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作特點(diǎn)； 晶閘管額定通態(tài)平均電流的含義及晶閘管額定通態(tài)平均電流的含義及 基本可控整流電路中的選擇和額定電壓的選擇?；究煽卣麟娐分械?/p>

3、選擇和額定電壓的選擇。 整流電路接電感性負(fù)載、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況；整流電路接電感性負(fù)載、電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況； 額定通態(tài)平均電流的選擇；額定通態(tài)平均電流的選擇； 逆變器的工作原理。逆變器的工作原理。 5機(jī)電傳動(dòng)控制6機(jī)電傳動(dòng)控制7機(jī)電傳動(dòng)控制 和和兩種兩種 從公用電網(wǎng)直接得到的是交流，從公用電網(wǎng)直接得到的是交流， 從蓄電池和干電池得到的是直流。從蓄電池和干電池得到的是直流。8機(jī)電傳動(dòng)控制9機(jī)電傳動(dòng)控制10機(jī)電傳動(dòng)控制11機(jī)電傳動(dòng)控制12機(jī)電傳動(dòng)控制13機(jī)電傳動(dòng)控制 可看成可看成“”的技術(shù)，的技術(shù)， 是是“”， 控制理論是實(shí)現(xiàn)該接口的強(qiáng)有力紐帶?？刂评碚撌菍?shí)現(xiàn)該接口的強(qiáng)有力紐帶。 60年代

4、出現(xiàn)，年代出現(xiàn)， 1974年，美國(guó)的年，美國(guó)的W. Newell 用倒三角形對(duì)電力電子學(xué)用倒三角形對(duì)電力電子學(xué) 進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。 連續(xù)、離散連續(xù)、離散 電路、器件電路、器件靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)靜止器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)描述電力電子學(xué)的倒三角形描述電力電子學(xué)的倒三角形14機(jī)電傳動(dòng)控制 15機(jī)電傳動(dòng)控制電力電子技術(shù)的發(fā)展分為四個(gè)階段電力電子技術(shù)的發(fā)展分為四個(gè)階段史前期（史前期（1957年以前）年以前） 使用水銀整流器（汞整流器），其性能和晶閘管類似。使用水銀整流器（汞整流器），其性能和晶閘管類似。晶閘管時(shí)代（晶閘管時(shí)代（195870年代）年代） 晶閘管，又稱晶閘管，又

5、稱晶體閘流管或可控硅整流器晶體閘流管或可控硅整流器（SCR），）， 通過(guò)門極控制開通，但不能控制關(guān)斷，通過(guò)門極控制開通，但不能控制關(guān)斷， 屬于半控型器件。屬于半控型器件。 目前由于其能承受的電壓電流容量仍是器件中最高的，目前由于其能承受的電壓電流容量仍是器件中最高的， 而且工作可靠，所以許多大容量場(chǎng)合仍大量使用而且工作可靠，所以許多大容量場(chǎng)合仍大量使用SCR。16機(jī)電傳動(dòng)控制 全控型器件時(shí)代（全控型器件時(shí)代（70年代后期）年代后期） 以下列幾種為代表：以下列幾種為代表： 可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管( (GTO) )、 電力雙極型晶體管電力雙極型晶體管( (BJT) ) 、 電力場(chǎng)效應(yīng)管電力場(chǎng)效應(yīng)

6、管( (MOSFET) )。 這些器件可以通過(guò)門極（或柵極、基極）這些器件可以通過(guò)門極（或柵極、基極） 控制開通和關(guān)斷，屬于全控型器件。控制開通和關(guān)斷，屬于全控型器件。 復(fù)合器件時(shí)代（復(fù)合器件時(shí)代（80年代后期）年代后期） 以絕緣柵極雙極型晶體管（以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表。）為代表。 發(fā)展：功率模塊、功率集成電路、智能功率模塊發(fā)展：功率模塊、功率集成電路、智能功率模塊等。等。17機(jī)電傳動(dòng)控制電力電子裝置提供給負(fù)載的電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的直流電源、是各種不同的直流電源、恒頻交流電源和變頻交流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，它對(duì)節(jié)省電能有重要意義，它對(duì)節(jié)省電能有重要

7、意義，因此電力電子技術(shù)研究的因此電力電子技術(shù)研究的就是就是，也被稱為是也被稱為是。18機(jī)電傳動(dòng)控制 按照器件能夠按照器件能夠，分為三類，分為三類： 半控型器件半控型器件 通過(guò)控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。通過(guò)控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 全控型器件全控型器件 通過(guò)控制信號(hào)控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。通過(guò)控制信號(hào)控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。 不可控器件不可控器件 不能用控制信號(hào)來(lái)控制通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。不能用控制信號(hào)來(lái)控制通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。 按照按照的性質(zhì)，分為兩類的性質(zhì)，分為兩類： 電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型 通過(guò)從控制端注入或抽出電流，實(shí)現(xiàn)通斷控制。通過(guò)從控制端注入或抽出電流，實(shí)現(xiàn)通斷控制

8、。 電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型 通過(guò)在控制端施加電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通斷控制。通過(guò)在控制端施加電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通斷控制。 按照器件內(nèi)部電子和空穴按照器件內(nèi)部電子和空穴參與導(dǎo)電的情況分三類參與導(dǎo)電的情況分三類： 單極型器件單極型器件 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。 雙極型器件雙極型器件 由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。 復(fù)合型器件復(fù)合型器件 由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。19機(jī)電傳動(dòng)控制 單極型器件單極型器件 由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。 雙極型器件雙極型器件 由

9、電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。 復(fù)合型器件復(fù)合型器件 由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。由單極型和雙極型器件集成混合而成的器件。電力電子電力電子器件分類器件分類“ ” 按照器件內(nèi)部電子和空穴按照器件內(nèi)部電子和空穴參與導(dǎo)電的情況分三類參與導(dǎo)電的情況分三類：20機(jī)電傳動(dòng)控制電力電子器件電力電子器件分類分類“”n 單極型單極型：l SIT（靜電感應(yīng)晶體管靜電感應(yīng)晶體管）n 雙極型雙極型：l SITH（靜電感應(yīng)晶閘管靜電感應(yīng)晶閘管）l IRIAC（雙向晶閘管雙向晶閘管）l RCT（逆導(dǎo)（逆導(dǎo)晶閘管晶閘管）l LTT（光控晶閘管）（光控晶閘管）n 混合混

10、合型型：l MCT（MOS控制晶閘管）控制晶閘管）21機(jī)電傳動(dòng)控制電力電子器件電力電子器件分類分類“”22機(jī)電傳動(dòng)控制外形有外形有螺栓型和平板型螺栓型和平板型兩種封裝。兩種封裝。螺栓型：螺栓型：螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便；平板型：平板型：可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間?？捎蓛蓚€(gè)散熱器將其夾在中間。AAGGKK(b)(c)(a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3(a)晶閘管外形晶閘管外形(b)晶閘管結(jié)構(gòu)晶閘管結(jié)構(gòu)(c)晶閘管電氣圖形符號(hào)晶閘管電氣圖形符號(hào)晶閘管晶閘管( (SCR) )引出引出 陽(yáng)極陽(yáng)極A 陰極陰極K 門極門極( (控制

11、端控制端) )G三個(gè)聯(lián)接端。三個(gè)聯(lián)接端。23機(jī)電傳動(dòng)控制n 晶閘管工作原理的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明晶閘管工作原理的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明n 由電源、晶閘管的陽(yáng)極和陰極、白熾燈組成晶閘管由電源、晶閘管的陽(yáng)極和陰極、白熾燈組成晶閘管主電路主電路；n 由電源、開關(guān)由電源、開關(guān)S、晶閘管的門極和陰極組成、晶閘管的門極和陰極組成控制電路控制電路 （觸發(fā)電路觸發(fā)電路）。）。 使晶閘管導(dǎo)通使晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通后晶閘管導(dǎo)通后使晶閘管使晶閘管恢復(fù)阻斷恢復(fù)阻斷主電路主電路控制電路控制電路觸發(fā)電路觸發(fā)電路晶閘管電路晶閘管電路24機(jī)電傳動(dòng)控制 晶閘管是用很小的功率控制晶閘管是用很小的功率控制 大功率的可控整流元件，大功率的可控整流元件， 要使

12、晶閘管導(dǎo)通必須在要使晶閘管導(dǎo)通必須在 其陽(yáng)極和控制極其陽(yáng)極和控制極 同時(shí)加正向電壓，同時(shí)加正向電壓， 晶閘管導(dǎo)通以后，晶閘管導(dǎo)通以后， 控制極就失去了控制極就失去了 控制作用?？刂谱饔?。 欲使晶閘管欲使晶閘管 恢復(fù)阻斷狀態(tài)，恢復(fù)阻斷狀態(tài)， 則必須把陽(yáng)極正向電壓則必須把陽(yáng)極正向電壓 降低到一定值降低到一定值( (斷開或反向斷開或反向) )。25機(jī)電傳動(dòng)控制晶閘管的伏安特性曲線是非線性的。晶閘管的伏安特性曲線是非線性的。為了正確選用晶閘管，為了正確選用晶閘管，了解它的主要參數(shù)至關(guān)重要。了解它的主要參數(shù)至關(guān)重要。 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓 反向重復(fù)峰值電

13、壓反向重復(fù)峰值電壓 反向不重復(fù)峰值電壓反向不重復(fù)峰值電壓 通態(tài)通態(tài)( (峰值峰值) )電壓電壓 正向電流正向電流 額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流 維持電流維持電流 晶閘管陽(yáng)極伏安特性晶閘管陽(yáng)極伏安特性正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM第第I象限象限正向特性正向特性第第III象限象限反向反向特性特性IG2IG1IG26機(jī)電傳動(dòng)控制門極可關(guān)斷門極可關(guān)斷晶閘管晶閘管（）門極門極G陽(yáng)極陽(yáng)極 A陰極陰極 K電力晶體管電力晶體管( ( ) )發(fā)射極發(fā)射極 e基極基極 b集電極集電極 c絕緣柵絕緣柵雙極晶體管雙極晶體管（）發(fā)射極發(fā)射極 E

14、柵極柵極 G集電極集電極 C電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ ）P溝道溝道N溝道溝道柵極柵極 G漏極漏極 D源極源極 SDGS27機(jī)電傳動(dòng)控制由由、電路電路和以電力電子器件為核心的和以電力電子器件為核心的組成。組成?？乜刂浦齐婋娐仿窓z測(cè)檢測(cè)電路電路驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路電路RL主電路主電路V1V2保護(hù)保護(hù)電路電路28機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1. 1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載 2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載 3.3.帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管7.2.2 單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路 1.1.單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路 帶電阻

15、負(fù)載帶電阻負(fù)載 帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載 2.2.單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載7.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載 =0 時(shí)時(shí) =60 時(shí)時(shí) 2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載 =0 時(shí)時(shí)=90 時(shí)時(shí) =30 時(shí)時(shí) =30 時(shí)時(shí) =90 時(shí)時(shí) =30 時(shí)時(shí)7.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載 =0 時(shí)時(shí) =60 時(shí)時(shí) 2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載 （30 時(shí)與電阻負(fù)載時(shí)相同時(shí)與電阻負(fù)載時(shí)相同）=60 時(shí)時(shí)29機(jī)電傳動(dòng)控制 由晶閘管構(gòu)成的可控整流電路由晶閘管構(gòu)成

16、的可控整流電路 可以把可以把變成大小可調(diào)的變成大小可調(diào)的。 晶閘管可控整流電路的共同特點(diǎn)是：晶閘管可控整流電路的共同特點(diǎn)是： 通過(guò)改變通過(guò)改變控制角控制角來(lái)改變晶閘管的來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角， 以達(dá)到改變以達(dá)到改變直流輸出電壓直流輸出電壓的目的。的目的。 但是對(duì)于不同的整流電路、不同的控制角、但是對(duì)于不同的整流電路、不同的控制角、 不同性質(zhì)的負(fù)載，卻使這種變換具有不同的特點(diǎn)和指標(biāo)。不同性質(zhì)的負(fù)載，卻使這種變換具有不同的特點(diǎn)和指標(biāo)。 具體選用電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體選用電路時(shí)，應(yīng)根據(jù) 負(fù)載性質(zhì)、容量大小、電源情況、元件準(zhǔn)備情況等，負(fù)載性質(zhì)、容量大小、電源情況、元件準(zhǔn)備情況等， 進(jìn)行具體分析比較，全

17、面衡量后再確定。進(jìn)行具體分析比較，全面衡量后再確定。 30機(jī)電傳動(dòng)控制 單相半波整流電路單相半波整流電路最簡(jiǎn)單，但各項(xiàng)指標(biāo)都較差，最簡(jiǎn)單，但各項(xiàng)指標(biāo)都較差， 只適用于小功率和輸出電壓波形要求不高的場(chǎng)合。只適用于小功率和輸出電壓波形要求不高的場(chǎng)合。 單相橋式整流電路單相橋式整流電路各項(xiàng)性能較好，只是電壓脈動(dòng)頻率較大，各項(xiàng)性能較好，只是電壓脈動(dòng)頻率較大， 故最適合小功率的電路。故最適合小功率的電路。 三相半波整流電路三相半波整流電路各項(xiàng)指標(biāo)都一般，各項(xiàng)指標(biāo)都一般，所以用得不多。所以用得不多。 三相橋式整流電路三相橋式整流電路各項(xiàng)指標(biāo)都好，各項(xiàng)指標(biāo)都好， 在要求一定輸出電壓的情況下，元件承受的峰值電

18、壓最低，在要求一定輸出電壓的情況下，元件承受的峰值電壓最低， 因此，最適合于大功率高壓電路。因此，最適合于大功率高壓電路。 31機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形輸入輸入電壓電壓控制控制脈沖脈沖輸出輸出電壓電壓器件器件電壓電壓32機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形n 也稱也稱觸發(fā)角觸發(fā)角或或控制角控制角。 從晶閘管開始承受從晶

19、閘管開始承受 正向陽(yáng)極電壓起到施加正向陽(yáng)極電壓起到施加 觸發(fā)脈沖止的電角度。觸發(fā)脈沖止的電角度。 n 晶閘管在一個(gè)電源周期晶閘管在一個(gè)電源周期 中處于通態(tài)的電角度。中處于通態(tài)的電角度。 33機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形 ud為脈動(dòng)直流，波形只在為脈動(dòng)直流，波形只在u2 正半周內(nèi)出現(xiàn)，稱正半周內(nèi)出現(xiàn)，稱“”整流。整流。采用了可控器件晶閘管，采用了可控器件晶閘管， 且交流輸入為單相，故為且交流輸入為單相，故為整流電路。整流電路。ud波形在一個(gè)電源周期中波形在

20、一個(gè)電源周期中 只脈動(dòng)一次，故為只脈動(dòng)一次，故為整流電路。整流電路。34機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形 改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn) 時(shí)刻，即改變控制角大小。時(shí)刻，即改變控制角大小。（） 通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位 來(lái)控制直流輸出電壓的大小。來(lái)控制直流輸出電壓的大小。 整流輸出電壓整流輸出電壓Ud的的 平均值從最大值變化到零時(shí)，平均值從最大值變化到零時(shí)， 控制角控制角 的變化范圍。的變化范圍。 35機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控

21、整流電路單相半波可控整流電路 1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載的帶電阻負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為：直流輸出電壓平均值為：2cos145. 0)cos1(2222 UU )(sin2212dttdUU36機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載的特點(diǎn)：阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變。使流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變。帶阻感負(fù)載的帶阻感負(fù)載的單相半波單相半波可控整流可控整流電路及波形電路及波形當(dāng)當(dāng)

22、u2為正時(shí)，電流為正時(shí)，電流id從零開始增加。從零開始增加。當(dāng)當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，過(guò)零變負(fù)時(shí)， L儲(chǔ)存的能量保證了電流儲(chǔ)存的能量保證了電流id 在回路中繼續(xù)流通，在回路中繼續(xù)流通， VT不關(guān)斷，不關(guān)斷，ud為負(fù)電壓。為負(fù)電壓。當(dāng)電流當(dāng)電流id小于小于VT的維持電流時(shí)，的維持電流時(shí)， VT關(guān)斷，關(guān)斷，ud為零。為零。37機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路3.3.帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管 為避免為避免Ud太小，在整流電路太小，在整流電路 的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。輸入輸入電壓電壓輸出輸出電壓電壓輸出輸出電流電流器件器件電流電

23、流器件器件電壓電壓38機(jī)電傳動(dòng)控制2cos145. 02 U )(sin2212dttdUU39機(jī)電傳動(dòng)控制單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形7.2.2 單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路1.1.單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路（1 1）電阻負(fù)載時(shí)）電阻負(fù)載時(shí)直流輸出電壓的平均值為：直流輸出電壓的平均值為：橋式半控橋式半控：VT1和和VT2為可控；為可控；VD3和和VD4為不可控。為不可控。u2正半周時(shí)，正半周時(shí)， VT1和和VD4導(dǎo)通導(dǎo)通=-u2為半周時(shí)，為半周時(shí)， VT2和和VD3導(dǎo)通導(dǎo)通=-40機(jī)電傳動(dòng)控制單相橋式半控整流電

24、路單相橋式半控整流電路有續(xù)流二極管有續(xù)流二極管阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形7.2.2 單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路1.1.單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路（2 2）阻感負(fù)載時(shí)）阻感負(fù)載時(shí)橋式半控橋式半控：VT1和和VT2為可控；為可控；VD3和和VD4為不可控。為不可控。u2正半周時(shí)，正半周時(shí)， VT1和和VD4導(dǎo)通導(dǎo)通=-u2負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)， VT2和和VD3導(dǎo)通導(dǎo)通=-41機(jī)電傳動(dòng)控制比較比較此全控電路此全控電路 在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同，在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同，與與上述半控電路上述半控電路 ： 而半控電路的結(jié)構(gòu)則更簡(jiǎn)單。而半控電路的結(jié)構(gòu)則更簡(jiǎn)

25、單。7.2.2 單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路2.2.單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（1 1）電阻負(fù)載時(shí)）電阻負(fù)載時(shí)橋式全控橋式全控：VT1VT4均為可控。均為可控。u2正半周時(shí)，正半周時(shí)， VT1和和VT4導(dǎo)通導(dǎo)通=-u2負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)， VT2和和VT3導(dǎo)通導(dǎo)通=-42機(jī)電傳動(dòng)控制7.2.2 單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路2.2.單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（2 2）阻感負(fù)載時(shí)）阻感負(fù)載時(shí)橋式全控橋式全控：VT1VT4均為可控。均為可控。VT1和和VT4導(dǎo)通導(dǎo)通:=(-)+ =VT2和和VT3導(dǎo)通導(dǎo)通:=直流輸出電壓的平均值為：直流輸出電壓的平

26、均值為：43機(jī)電傳動(dòng)控制單相橋式單相橋式半控半控整流整流電阻負(fù)載時(shí)電阻負(fù)載時(shí)電路及波形電路及波形單相橋式單相橋式半控半控整流整流有續(xù)流二極管有續(xù)流二極管阻感負(fù)載時(shí)阻感負(fù)載時(shí)電路及波形電路及波形單相橋式單相橋式全控全控整流整流電阻負(fù)載時(shí)電阻負(fù)載時(shí)電路及波形電路及波形單相橋式單相橋式全控全控整流整流阻感負(fù)載時(shí)阻感負(fù)載時(shí)電路及波形電路及波形44機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=0 時(shí)時(shí)三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路共陰極接法共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路= =0 時(shí)的時(shí)的波形波形idu2 =0 O t1OOuab tu

27、acuGudiVT1uVT1 t2 t3OO t t t tuaubuc自然換相點(diǎn)自然換相點(diǎn)45機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=30 時(shí)時(shí)u2 t1uab tuacuGudiVT1uVT1 t2 t3 t t t tuaubucuacOOOOO =30 id三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路共陰極接法共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路= =30 時(shí)的時(shí)的波形波形46機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=60 時(shí)時(shí)u2 t1 tuGudiVT1 t2 t3 t t

28、tuaubucOOOO =60 id三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路共陰極接法共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路= =60 時(shí)的時(shí)的波形波形47機(jī)電傳動(dòng)控制三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路共陰極接法共陰極接法阻感負(fù)載時(shí)的阻感負(fù)載時(shí)的電路電路= =30 時(shí)的時(shí)的波形波形7.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載30 時(shí)時(shí)整流電壓波形整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同與電阻負(fù)載時(shí)相同u2 t1uab tuacuGudiVT1uVT1 t2 t3 t t t tuaubucuacOOOOO =30 48機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.1 三相半波可控整流電

29、路三相半波可控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載=60 時(shí)時(shí)iauab tuacuVT1 t t t tuaubucuacOOOOO =60 tOibicidud三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路共陰極接法共陰極接法阻感負(fù)載時(shí)的阻感負(fù)載時(shí)的電路電路= =60 時(shí)的時(shí)的波形波形49機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.1 三相半波三相半波可控整流電路可控整流電路60 時(shí)的波形時(shí)的波形0 時(shí)的波形時(shí)的波形30 時(shí)的波形時(shí)的波形50機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路原理圖電路原理圖三相橋三相橋是應(yīng)用最廣泛的是應(yīng)用最廣泛的整流電路整流電路51機(jī)電

30、傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路時(shí)時(shí) 段段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb晶閘管及晶閘管及輸出整流電壓輸出整流電壓的情況的情況52機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路n每一時(shí)段每一時(shí)段2個(gè)晶閘管個(gè)晶閘管 同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)導(dǎo)通 形成供電形成供電 回路，回路， 其中

31、共陰極組其中共陰極組 和共陽(yáng)極組各和共陽(yáng)極組各1管，管， 且不能為同一相器件；且不能為同一相器件；uG1uG2uG3uG4uG5uG6tttttt共陰極組共陰極組共陽(yáng)極組共陽(yáng)極組n6管脈沖相位依次相差管脈沖相位依次相差60 ，順序：，順序： VTVT1 1VTVT2 2VTVT3 3VTVT4 4VTVT5 5VTVT6 6VTVT1 1n保證同時(shí)導(dǎo)通的保證同時(shí)導(dǎo)通的 2個(gè)晶閘管均有脈沖。個(gè)晶閘管均有脈沖。53機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路n ud一周期脈動(dòng)一周期脈動(dòng)6次，次， 每次脈動(dòng)每次脈動(dòng) 的波形都的波形都 一樣，故該一樣，故該 電路為電路為6脈波整流電

32、路。脈波整流電路。n id波形與波形與ud波形形狀一樣，波形形狀一樣， 根據(jù)根據(jù)iVT1可以得到可以得到id波形。波形。n 晶閘管承受的電壓波形，晶閘管承受的電壓波形， 即晶閘管承受的最大正、反向電壓即晶閘管承受的最大正、反向電壓 與三相半波時(shí)與三相半波時(shí)相同。相同。54機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=0 時(shí)時(shí)三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路=0 時(shí)的時(shí)的波形波形55機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=30 時(shí)時(shí)1 t1 =30 O

33、OOO t t t tuaubucuVT1iaud1udud2 uacuabubcubaucaucbuabuacuacuabubcubaucaucbuabuacuabuac三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路=30 時(shí)的時(shí)的波形波形56機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=60 時(shí)時(shí)OOO t1 =60 t t tuaubucuVT1ud1udud2 uacuabubcubaucaucbuabuacuabuacuacuabubcubaucaucbuabuac三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻

34、負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路=60 時(shí)的時(shí)的波形波形57機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路1.1.帶電阻負(fù)載帶電阻負(fù)載=90 時(shí)時(shí)uacuabubcubaucaucbuabuacOOOOOuaubuc t1 =90 t t t t tiVT1ud1udud2idia三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時(shí)的電阻負(fù)載時(shí)的電路電路=90 時(shí)的時(shí)的波形波形58機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載=0 時(shí)時(shí) t t t tOOOO =0 uaubuc uacuabubcubaucaucbuabuac t

35、1iVT1ud1udu2Lud2u2id三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載時(shí)的阻感負(fù)載時(shí)的電路電路=0 時(shí)的時(shí)的波形波形59機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載=30 時(shí)時(shí) t t t tuaubuc uacuabubcubaucaucbuabuacia t1 =30 ud1udud2idOOOO三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載時(shí)的阻感負(fù)載時(shí)的電路電路=30 時(shí)的時(shí)的波形波形60機(jī)電傳動(dòng)控制7.3.2 三相橋式三相橋式 全控整流電路全控整流電路2.2.帶阻感負(fù)載帶阻感負(fù)載=90 時(shí)時(shí) t t tuaubuc

36、 uacuabubcubaucaucbuabuac t1 =90 ud1udud2OOOuacuabuacuVT1三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載時(shí)的阻感負(fù)載時(shí)的電路電路=90 時(shí)的時(shí)的波形波形61機(jī)電傳動(dòng)控制 逆變器工作是整流器工作的逆過(guò)程，把直流電變成交流電。逆變器工作是整流器工作的逆過(guò)程，把直流電變成交流電。 逆變器分有源逆變器和無(wú)源逆變器：逆變器分有源逆變器和無(wú)源逆變器： 有源逆變有源逆變交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 有源逆變器主要用于直流電動(dòng)機(jī)的可逆調(diào)速等場(chǎng)合。有源逆變器主要用于直流電動(dòng)機(jī)的可逆調(diào)速等場(chǎng)合。 無(wú)源逆變無(wú)源逆變交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載。

37、交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載。 無(wú)源逆變器用作變頻器，主要用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，無(wú)源逆變器用作變頻器，主要用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)， 為實(shí)現(xiàn)既可調(diào)頻又能調(diào)壓的目的，逆變器必須進(jìn)行電壓控制，為實(shí)現(xiàn)既可調(diào)頻又能調(diào)壓的目的，逆變器必須進(jìn)行電壓控制， 控制電壓可以從逆變器的外部或內(nèi)部進(jìn)行，控制電壓可以從逆變器的外部或內(nèi)部進(jìn)行， 改變直流輸入電壓是從外部進(jìn)行控制，改變直流輸入電壓是從外部進(jìn)行控制， 而脈寬控制和脈寬調(diào)制則是從逆變器內(nèi)部進(jìn)行的。而脈寬控制和脈寬調(diào)制則是從逆變器內(nèi)部進(jìn)行的。 在逆變器中為了能使晶閘管關(guān)斷，在逆變器中為了能使晶閘管關(guān)斷， 一般要設(shè)置專門環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)迫關(guān)斷和換流。一般

38、要設(shè)置專門環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)迫關(guān)斷和換流。 62機(jī)電傳動(dòng)控制 對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變， 其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。 既既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。 產(chǎn)生有源逆變的兩個(gè)條件：產(chǎn)生有源逆變的兩個(gè)條件： 有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致， 其值大于變流器直流側(cè)平均電壓；其值大于變流器直流側(cè)平均電壓； 晶閘管的控制角晶閘管的控制角 / /2，使使Ud為負(fù)值。為負(fù)值。 實(shí)現(xiàn)

39、有源逆變，只能采用全控電路。半控橋或有續(xù)流二實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。半控橋或有續(xù)流二 極管的電路，因其整流電壓極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許 直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。 逆變和整流的區(qū)別：控制角逆變和整流的區(qū)別：控制角 不同不同0 / /2 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)時(shí)，電路工作在整流狀態(tài) / /2 OutOutOutSPWM波波面積等效面積等效原理原理電壓型全橋逆變電路的工作原理電壓型全橋逆變電路的工作原理74機(jī)電傳動(dòng)控制 PWM變頻調(diào)壓方式變頻調(diào)壓方式面積等效面積等效原理原理l

40、根據(jù)面積等效原理，根據(jù)面積等效原理， 正弦波還可等效為正弦波還可等效為 右圖中的右圖中的PWM波。波。l 這種方式在實(shí)際中這種方式在實(shí)際中 應(yīng)用更廣泛。應(yīng)用更廣泛。l 正弦波正弦波 一個(gè)完整周期的一個(gè)完整周期的 等效等效PWM波如右圖。波如右圖。 tO- -UdUd tO- -UdUd單極性單極性PWM控制方式控制方式雙極性雙極性PWM控制方式控制方式電壓型全橋逆變電路的工作原理電壓型全橋逆變電路的工作原理75機(jī)電傳動(dòng)控制單極性單極性PWM控制方式控制方式 PWM變頻調(diào)壓方式變頻調(diào)壓方式電壓型全橋逆變電路的工作原理電壓型全橋逆變電路的工作原理在在和和的的 交點(diǎn)時(shí)刻控制交點(diǎn)時(shí)刻控制V1V4的通斷

41、。的通斷。tuOtUduoO- -Ud76機(jī)電傳動(dòng)控制單極性單極性PWM控制方式控制方式 PWM變頻調(diào)壓方式變頻調(diào)壓方式電壓型全橋逆變電路的工作原理電壓型全橋逆變電路的工作原理tuOtUduoO- -Ud ur正半周，正半周， uc為正，為正， 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u00 ur負(fù)半周，負(fù)半周， uc為負(fù)，為負(fù)， 當(dāng)當(dāng)ur uc時(shí)，使時(shí)，使u00 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud77機(jī)電傳動(dòng)控制雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 ur正半周，正半周， uc有正有負(fù)，有正有負(fù)， 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud ur負(fù)半周，負(fù)

42、半周， uc有正有負(fù)，有正有負(fù)， 當(dāng)當(dāng)ur uc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud 當(dāng)當(dāng)uruc時(shí)，使時(shí)，使u0Ud PWM變頻調(diào)壓方式變頻調(diào)壓方式電壓型全橋逆變電路的工作原理電壓型全橋逆變電路的工作原理uructuOtUduoO- -Uduouof78機(jī)電傳動(dòng)控制電壓型全橋逆變電壓型全橋逆變 電路的工作原理電路的工作原理 一般變頻一般變頻調(diào)壓方式調(diào)壓方式 移相變頻移相變頻調(diào)壓方式調(diào)壓方式 PWM變頻變頻調(diào)壓方式調(diào)壓方式uG1uG2uG3uG4uotOuouofuotOuouof79機(jī)電傳動(dòng)控制晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角的大小，的大

43、小， 即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。 觸發(fā)電路是供給晶閘管所需觸發(fā)電壓之用。觸發(fā)電路是供給晶閘管所需觸發(fā)電壓之用。 為保證觸發(fā)可靠，對(duì)觸發(fā)電路的主要要求是：為保證觸發(fā)可靠，對(duì)觸發(fā)電路的主要要求是：脈沖幅度要足夠大且要有一定的脈寬，脈沖幅度要足夠大且要有一定的脈寬，脈沖前沿要陡且具有一定的觸發(fā)功率，脈沖前沿要陡且具有一定的觸發(fā)功率，移相范圍要足夠?qū)捛乙笈c主電源同步等。移相范圍要足夠?qū)捛乙笈c主電源同步等。 觸發(fā)電路的種類很多，各種觸發(fā)器一般都是由觸發(fā)電路的種類很多，各種觸發(fā)器一般都是由 同步波形產(chǎn)生、移相控制與脈沖形成三個(gè)環(huán)節(jié)組成。同步波形

44、產(chǎn)生、移相控制與脈沖形成三個(gè)環(huán)節(jié)組成。 目前用得最多的是集成觸發(fā)電路。目前用得最多的是集成觸發(fā)電路。 80機(jī)電傳動(dòng)控制晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 輸出：可為雙窄脈沖，也可為單窄脈沖。輸出：可為雙窄脈沖，也可為單窄脈沖。 三個(gè)基本環(huán)節(jié)：三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大；脈沖的形成與放大； 鋸齒波的形成和脈沖移相；鋸齒波的形成和脈沖移相；同步環(huán)節(jié)。同步環(huán)節(jié)。 此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器 可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便?？煽啃愿?，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方

45、便。 晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，取代分立式電路。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，取代分立式電路。 目前國(guó)內(nèi)常用的有目前國(guó)內(nèi)常用的有KJ系列和系列和KC系列。系列。 組成環(huán)節(jié)與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，有：組成環(huán)節(jié)與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，有： 同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大。同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大。81機(jī)電傳動(dòng)控制晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)晶閘管的串并聯(lián)和保護(hù)l 為了滿足大容量生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)控制的需求，為了滿足大容量生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)控制的需求， 晶閘管要進(jìn)行串、并聯(lián)應(yīng)用。晶閘管要進(jìn)行串、并聯(lián)應(yīng)用。 當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，

46、可以將多個(gè)器件串聯(lián)；當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以將多個(gè)器件串聯(lián)； 當(dāng)晶閘管額定電流小于要求時(shí)，可以將多個(gè)器件并聯(lián)。當(dāng)晶閘管額定電流小于要求時(shí)，可以將多個(gè)器件并聯(lián)。l 為克服晶閘管性能參數(shù)分散性對(duì)串、聯(lián)應(yīng)用中的影響，為克服晶閘管性能參數(shù)分散性對(duì)串、聯(lián)應(yīng)用中的影響， 必須采取均流、均壓措施；必須采取均流、均壓措施；l 過(guò)載能力較差是晶閘管的缺點(diǎn)，過(guò)載能力較差是晶閘管的缺點(diǎn)， 所以使用時(shí)要采取過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)。所以使用時(shí)要采取過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)。 82機(jī)電傳動(dòng)控制 83機(jī)電傳動(dòng)控制 84機(jī)電傳動(dòng)控制掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)、掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)、 各種反饋環(huán)節(jié)的作用與特點(diǎn)；各種反饋環(huán)節(jié)

47、的作用與特點(diǎn)；掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的 調(diào)速原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)所；調(diào)速原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)所；能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)和要求來(lái)能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)和要求來(lái) 正確選擇機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)，正確選擇機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)， 能處理控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的一般問(wèn)題。能處理控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的一般問(wèn)題。85機(jī)電傳動(dòng)控制 幾種常用反饋幾種常用反饋( (轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、 電壓負(fù)反饋與電流正反饋、電流截止負(fù)反饋電壓負(fù)反饋與電流正反饋、電流截止負(fù)反饋) ) 系統(tǒng)的工作原理，特點(diǎn)與作用；系統(tǒng)的工作原理，特點(diǎn)與作用； 晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng) 的組成基本工作原理與主要特點(diǎn)。的組

48、成基本工作原理與主要特點(diǎn)。 比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器(PI(PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器) )的調(diào)節(jié)作用；的調(diào)節(jié)作用； 晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)中主電路晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)中主電路( (功率開關(guān)放大器功率開關(guān)放大器) ) 工作時(shí)的電壓、電流波形分析。工作時(shí)的電壓、電流波形分析。86機(jī)電傳動(dòng)控制 系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)具有以下性質(zhì)：系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)具有以下性質(zhì)：一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 在相同的負(fù)載電流下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降在相同的負(fù)載電流下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降 僅為開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降的僅為開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降的1(1K )倍倍 (K 是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大

49、倍數(shù))。 從而大大提高了機(jī)械特性的硬度，從而大大提高了機(jī)械特性的硬度， 使系統(tǒng)的靜差度大為減小。使系統(tǒng)的靜差度大為減小。 在給定電壓一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速在給定電壓一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速 僅為開環(huán)時(shí)的僅為開環(huán)時(shí)的1(1K )倍。倍。 為了使閉環(huán)系統(tǒng)獲得與開環(huán)系統(tǒng)相同的理想空載轉(zhuǎn)速，為了使閉環(huán)系統(tǒng)獲得與開環(huán)系統(tǒng)相同的理想空載轉(zhuǎn)速， 閉環(huán)時(shí)的給定電壓須比開環(huán)時(shí)的提高閉環(huán)時(shí)的給定電壓須比開環(huán)時(shí)的提高(1K )倍。倍。 87機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 在相同的最高轉(zhuǎn)速和相同的低速在相同的最高轉(zhuǎn)速和相同的低速 最大允許靜差度的條件下，最大允許靜差度的條件

50、下， 閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的(1+K)倍。倍。所以所以： 提高開環(huán)放大倍數(shù)提高開環(huán)放大倍數(shù)K是減小閉環(huán)系統(tǒng)靜差度、是減小閉環(huán)系統(tǒng)靜差度、 擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。 但但K太大，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不利。太大，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不利。 88機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成）系統(tǒng)組成+ +- -放放大大器器MTG+ +- -+ +- -+ +- -UtgUdIdn+ +- - -+ +U Ug+ +- -MTGUfUku整整流流器

51、器觸觸發(fā)發(fā)器器測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)反饋負(fù)反饋電壓電壓給定電壓給定電壓偏差偏差電壓電壓控控制制角角控控制制電電壓壓輸出輸出電壓電壓轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速89機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)（2）調(diào)節(jié)原理）調(diào)節(jié)原理 在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中， 與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī) TG ， 從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Uf ， 與給定電壓與給定電壓 Ug 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓相比較后，得到

52、轉(zhuǎn)速偏差電壓 U ， 90機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)放大器經(jīng)過(guò)放大器 ，產(chǎn)生控制電壓，產(chǎn)生控制電壓Uk， 通過(guò)觸發(fā)器，改變控制角通過(guò)觸發(fā)器，改變控制角， 使整流器的輸出電壓使整流器的輸出電壓Ud改變，改變，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂齐妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。（2）調(diào)節(jié)原理）調(diào)節(jié)原理91機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)（3）閉環(huán)系統(tǒng)的）閉環(huán)系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖KpKs1/ /CeUgUkUE

53、nUdUf+ + +- -IdR- -92機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)勵(lì)磁變化勵(lì)磁變化Id變化變化電源波動(dòng)電源波動(dòng)Kp變化變化電阻變化電阻變化檢測(cè)誤差檢測(cè)誤差KpKs1/ /CeUgUkUEnUdUf+ + +- - IdR- -各種各種擾動(dòng)作用擾動(dòng)作用最終都要最終都要影響到轉(zhuǎn)速影響到轉(zhuǎn)速（4）擾動(dòng)作用與影響）擾動(dòng)作用與影響93機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 1. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑

54、制功能。系統(tǒng)對(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能。例如：例如： UkUd n UfUUkUd n Id n UfUUkUd n KpKs1/ /CeUgUkUEnUdUf+ + +- - IdR- -（5）抗擾能力）抗擾能力94機(jī)電傳動(dòng)控制一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 2. 電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)（見教材（見教材P282圖圖7-38） 它只能補(bǔ)償可控整流電源的等效內(nèi)阻所引起的速度降落，它只能補(bǔ)償可控整流電源的等效內(nèi)阻所引起的速度降落， 故它主要不是用來(lái)穩(wěn)速，而是用它來(lái)防止過(guò)電壓，故它主要不是用來(lái)穩(wěn)速，而是用它來(lái)防止過(guò)電壓， 改善

55、動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程。改善動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程。3. 電壓負(fù)反饋與電流正反饋組成的電壓負(fù)反饋與電流正反饋組成的 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)（見教（見教材材P278圖圖7-39） 電流正反饋可以補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻壓降電流正反饋可以補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻壓降IaRa， 因而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。因而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。 只要二者比例配合適當(dāng)，可以起到速度負(fù)反饋的作用。只要二者比例配合適當(dāng)，可以起到速度負(fù)反饋的作用。95機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)組成見教材系統(tǒng)組成見教材P281圖圖7-43。單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中采用比例積分單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中

56、采用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器， 比例部分迅速反映調(diào)節(jié)作用，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，比例部分迅速反映調(diào)節(jié)作用，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快， 積分部分最終消除靜態(tài)偏差。積分部分最終消除靜態(tài)偏差。 因此較好地解決了系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的矛盾，獲得廣泛應(yīng)用。因此較好地解決了系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的矛盾，獲得廣泛應(yīng)用。 對(duì)于反饋檢測(cè)元件和給定電源誤差的消除，對(duì)于反饋檢測(cè)元件和給定電源誤差的消除， 閉環(huán)系統(tǒng)是無(wú)能為力的，故高精度的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)必須閉環(huán)系統(tǒng)是無(wú)能為力的，故高精度的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)必須 有高精度的檢測(cè)元件和給定電源作保證。有高精度的檢測(cè)元件和給定電源作保證。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)解決不了系統(tǒng)工作時(shí)沖擊電流大的問(wèn)題，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)解決不了系

57、統(tǒng)工作時(shí)沖擊電流大的問(wèn)題， 所以，還要加電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)限制過(guò)大的電流。所以，還要加電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)限制過(guò)大的電流。 二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 96機(jī)電傳動(dòng)控制二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) (見：教材見：教材P281圖圖7-43、 P282圖圖7-45) 有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。 例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬 的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特

58、性很硬，若沒(méi)有限流的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若沒(méi)有限流 環(huán)節(jié)，硬運(yùn)行下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。環(huán)節(jié)，硬運(yùn)行下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。 如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘， 也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。 采取電流截止負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得采取電流截止負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，可以獲得“堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)”特性特性 ( (常稱常稱“挖土機(jī)挖土機(jī)”特性特性) )，防止電流過(guò)大而燒壞電機(jī)。防止電流過(guò)大而燒壞電機(jī)。 97機(jī)電傳動(dòng)控制二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)二、單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)電流截止負(fù)反

59、饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) (見：教材見：教材P281圖圖7-43、 P282圖圖7-45) 調(diào)速系統(tǒng)靜特性調(diào)速系統(tǒng)靜特性Ia0I0n0IOn0 Ia0n0IOn0A-轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性負(fù)反饋特性B-電流負(fù)反饋特性電流負(fù)反饋特性當(dāng)挖土機(jī)遇到當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)，堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)， 電動(dòng)機(jī)停下，電動(dòng)機(jī)停下， 電流也只是電流也只是 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流Ia0。這樣的兩段式靜特性常稱作這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性下垂特性或或挖土機(jī)特性挖土機(jī)特性。98機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)組成見教材系統(tǒng)組成見教材P283圖圖7-48。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 是一個(gè)具有電流調(diào)節(jié)器為內(nèi)環(huán)是一個(gè)

60、具有電流調(diào)節(jié)器為內(nèi)環(huán) 和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為外環(huán)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為外環(huán)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用比例積分調(diào)節(jié)器，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用比例積分調(diào)節(jié)器， 它具有良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。它具有良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性。99機(jī)電傳動(dòng)控制 就靜態(tài)特性而言，就靜態(tài)特性而言， 電流負(fù)反饋內(nèi)環(huán)對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來(lái)說(shuō)只相當(dāng)于一個(gè)擾動(dòng)作用。電流負(fù)反饋內(nèi)環(huán)對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來(lái)說(shuō)只相當(dāng)于一個(gè)擾動(dòng)作用。 當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， 電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用 所抵消，所以，雙閉環(huán)系統(tǒng)仍是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。所抵消，所以，雙閉環(huán)系統(tǒng)仍是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系