電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)9

1、三相半波零式晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的主電路負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)的整流電壓波形cos17. 132sin2226650EttdEU降低電源電壓調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性控制角控制角變化變化時(shí)的機(jī)時(shí)的機(jī)械特性械特性cos17. 120EU 電流不連續(xù)時(shí)整流電壓與電流波形電流不連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性02020.585/1.414/eenECnEC電流連續(xù)電流斷續(xù)反并聯(lián)連接的兩組晶閘管裝置向直流電動(dòng)機(jī)供電晶閘管晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：改變控制角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電改變控制角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞端電壓或勵(lì)磁電流，從而達(dá)到平樞端電壓或勵(lì)磁電流，從而達(dá)到平滑調(diào)速的目的。其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)滑調(diào)速的目的。其技

2、術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高；調(diào)速范圍大，平滑性高，質(zhì)較高；調(diào)速范圍大，平滑性高，質(zhì)量小，占地面積小，運(yùn)行效率高，量小，占地面積小，運(yùn)行效率高，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都較低，而且設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都較低，而且快速響應(yīng)控制準(zhǔn)確快速響應(yīng)控制準(zhǔn)確。其缺點(diǎn)是：其缺點(diǎn)是：1 1）由于電樞電流為）由于電樞電流為脈沖波脈沖波 ，電流的有效值較高，電流的有效值較高，增加電樞的銅耗，引起電動(dòng)機(jī)增加電樞的銅耗，引起電動(dòng)機(jī)效率下降。效率下降。 2 2）當(dāng)調(diào)速范圍較）當(dāng)調(diào)速范圍較大時(shí)，功率因數(shù)較低大時(shí)，功率因數(shù)較低 。3 3）晶）晶閘管整流裝置整流變壓器一次閘管整流裝置整流變壓器一次電流中的諧波成分會(huì)造成種種電流中的諧波成分會(huì)造成種

3、種不良影響不良影響 。 斬控式斬控式PWM變換器變換器（又稱為（又稱為斬波器斬波器）可以將恒定的直）可以將恒定的直流電源電壓變換為大小和極性均可調(diào)的直流電壓，從而方流電源電壓變換為大小和極性均可調(diào)的直流電壓，從而方便地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速以及四象限運(yùn)行。便地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速以及四象限運(yùn)行。 由于采用全控型器件（如由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR），），其開關(guān)頻率高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（可達(dá)其開關(guān)頻率高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（可達(dá)1:20000），綜合指標(biāo)明顯優(yōu)于相控式變流器。），綜合指標(biāo)明顯優(yōu)于相控式變流器。分別給出了直流斬波器的原理圖以及控制

4、與輸出電壓的波形圖。 直流PWM變換器的原理圖與其電壓波形 直流直流PWM變換器的基本原理、電路結(jié)構(gòu)變換器的基本原理、電路結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)與工作狀態(tài)斬波器的基本工作原理斬波器的基本工作原理定義其占空比占空比為：Tton 則輸出電壓的平均值為：ddonaUUTtU 設(shè)斬波器的導(dǎo)通時(shí)間為 ，關(guān)斷時(shí)間為 ，則開關(guān)頻率為：ontofftTttfoffons11 由式可見，改變占空比便可以改變電樞兩端電壓的平均值改變占空比便可以改變電樞兩端電壓的平均值。 占空比可以通過下列兩種方式改變：占空比可以通過下列兩種方式改變：n 定頻調(diào)寬法：即保持開關(guān)頻率不變，而僅改變導(dǎo)通時(shí)間；定頻調(diào)寬法：即保持開關(guān)頻率不變，而

5、僅改變導(dǎo)通時(shí)間；n 定寬調(diào)頻法：即保持導(dǎo)通時(shí)間不變，僅改變開關(guān)頻率。定寬調(diào)頻法：即保持導(dǎo)通時(shí)間不變，僅改變開關(guān)頻率。 斬波器多采用定頻調(diào)寬法即PWM進(jìn)行控制，故這種控制方式的斬波器又稱為直流直流PWM變換器變換器。 四象限可逆式直流四象限可逆式直流PWM變換器變換器 具有四象限運(yùn)行功能的直流PWM變換器如下圖所示。 具有四象限運(yùn)行的H橋直流PWM變換器 下面對直流PWM變換器在四象限的運(yùn)行情況分別討論如下：第第I I象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第I I象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，電樞象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，電樞電流和轉(zhuǎn)速（或反電勢）的方向均為正。電流和轉(zhuǎn)

6、速（或反電勢）的方向均為正。 圖a給出了第I象限運(yùn)行時(shí)主回路的電路圖。此時(shí)，主開關(guān) 和 同時(shí)導(dǎo)通。 第I象限運(yùn)行的直流PWM變換器 假定 關(guān)斷，則電樞回路中的電流將減小。在電樞電感的自感電勢作用下，電樞電流將通過二極管 和 續(xù)流，此時(shí)電樞回路處于短路狀態(tài)，相應(yīng)的主電路如圖b所示。下頁圖a、b給出了第 象限運(yùn)行時(shí)電樞兩端的電壓和電樞電流的波形。1T1T2T4D2TI第I象限運(yùn)行時(shí)直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 同樣，電樞電壓的改變也可以采用另一方案實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)介紹如下： 假若電樞電流連續(xù)，在上述方案中，如果關(guān)斷的不僅僅是主開關(guān) ，而是 和 同時(shí)關(guān)斷，則在電樞電感的作用下，電樞電流將沿二極管 和

7、 組成的回路導(dǎo)通。此時(shí)，電樞兩端的電壓為 ，直流電機(jī)將工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。 1T1T2T3D4DdU第第IIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IIII象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于正向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于正向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速（或反電勢）方向保持正向不變，而電樞電流反向，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)（或反電勢）方向保持正向不變，而電樞電流反向，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能將通過變流器回饋至直流電源。能將通過變流器回饋至直流電源。 假定系統(tǒng)剛開始運(yùn)行在第I象限，一旦發(fā)出制動(dòng)命令，則 和 關(guān)斷， 和 首先導(dǎo)通，則電樞電流將流向直流電源并迅速降為零。為了使電流反向，控制 導(dǎo)通。在反電勢的作用下，電流將通過 和

8、 構(gòu)成回路，并將電樞回路短路。在此階段，直流電機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電流達(dá)到上限值時(shí)，控制 關(guān)斷。在電樞電感的作用下，電樞電流將通過 流回直流電源，如下圖所示。此時(shí)，直流電機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)階段。 1T2T3D4D4T4T2D4T21DD第II象限運(yùn)行的直流PWM變換器 下圖給出了第II象限運(yùn)行時(shí)的電樞電壓和電流的波形。第II象限運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 由上圖可見，電樞兩端的平均電壓為正，而平均電樞電流為負(fù)，表明電功率由直流電機(jī)流向電源。第第IIIIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IIIIII象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于反向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于反向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)

9、，轉(zhuǎn)速（或反電勢）與電樞電流均反向。（或反電勢）與電樞電流均反向。 下圖a給出了第III象限運(yùn)行時(shí)主回路的電路圖。圖中，主開關(guān) 和 同時(shí)導(dǎo)通，電流增加。若 關(guān)斷，則電樞回路通過 短路，如圖b所示。 3T4T4T第III象限運(yùn)行的直流PWM變換器a、b分別給出了電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的電樞電壓和電流波形。 1D第III象限運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形第III象限時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況與第I象限類似。第第IVIV象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IVIV象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于反向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對應(yīng)于直流電機(jī)處于反向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速（或反電勢）保持反向不變，電樞電流變?yōu)檎颍妱?dòng)機(jī)儲(chǔ)存

10、的動(dòng)（或反電勢）保持反向不變，電樞電流變?yōu)檎?，電?dòng)機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能便會(huì)通過變流器回饋至直流電源。能便會(huì)通過變流器回饋至直流電源。 假定系統(tǒng)剛開始運(yùn)行在第III象限，一旦發(fā)出制動(dòng)命令，則 和 斷開， 和 導(dǎo)通，則電樞電流將流向直流電源，并迅速降為零。為了使電流改變方向，控制 導(dǎo)通。在反電勢的作用下，電流將通過 和 構(gòu)成回路，并將電樞回路短路。在此階段，直流電機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)，電流將增加。3T4T1D2D2T2T4D 當(dāng)電流達(dá)到上限值時(shí)，控制 關(guān)斷。在電樞電感的作用下，電樞電流將通過 流回直流電源，如圖所示。此時(shí)，直流電機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)階段。2T43DD第IV象限運(yùn)行的直流PWM變換器 圖給出了第I

11、V象限運(yùn)行時(shí)的電樞電壓和電流的波形。 第IV象限運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 由上圖可見，電樞兩端的平均電壓為負(fù)，而平均電樞電流為正，表明電功率由直流電機(jī)流向電源。200ststttstaAPdtI Rdt2aaaaUIE II R200()ststttstaaaaAI RUIE Idt0009.55aeaeaaaUICn ICITE IT 000()()stxsttATdtJd 00stx 2001()2xstAJdJ 0stTx 2101()()2xxststTTAJdJdJ 20TAJ2201()32xstTTAJdJ 00stx 220001()422xstFAJdJJ 2/2GD兩臺電動(dòng)機(jī)串并聯(lián)兩級起動(dòng)兩臺電動(dòng)機(jī)一級起動(dòng)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路圖IKIKIKfafff11TeaeeeCUUnRRCICCCT串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流趨于零時(shí)，電動(dòng)機(jī)尚串勵(lì)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流趨于零時(shí)，電動(dòng)機(jī)尚存剩磁，理想空載轉(zhuǎn)速不會(huì)無窮大，但轉(zhuǎn)速還是很高的，所存剩磁，理想空載轉(zhuǎn)速不會(huì)無窮大，但轉(zhuǎn)速還是很高的，所以一般串勵(lì)電