晶閘管—直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、7.1管閘管一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用品閘管可控整流電路給直流電動(dòng)機(jī)供電，通過(guò)移相觸發(fā)，改變直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。這種晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是電力驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例，說(shuō)明其工作過(guò)程和系統(tǒng)特性。直流電動(dòng)機(jī)是一種反電勢(shì)負(fù)載，晶閘管整流電路對(duì)反電勢(shì)負(fù)載供電時(shí)，電流容易出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。如果調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性將很軟，無(wú)法負(fù)載；如果閉環(huán)控制，斷流時(shí)會(huì)使控制系統(tǒng)參數(shù)失調(diào)，電機(jī)發(fā)生振蕩。為此，常在直流電機(jī)電樞回路內(nèi)用接平波電抗器Ld,以使電流Id盡可能連續(xù)。這樣，品閘管一直流電動(dòng)

2、機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行分析及機(jī)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(shí)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(shí)晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可按直流等值電路來(lái)分析，如圖7-2所示。圖中，左半部代表電流連續(xù)時(shí)品閘管整流器的等效電路，右半部為直流電動(dòng)機(jī)的等效電路。由于電流連續(xù)，晶閘管整流器可等效為一個(gè)直流電源Ud與內(nèi)阻的串聯(lián)，Ud為輸出整流電壓平均值如S二%C（7-1）式中U為電源相壓有效值，&為移相觸發(fā)角。電流連續(xù)情況下，品閘管有換流重迭現(xiàn)象，產(chǎn)生出換流重迭壓降，相當(dāng)于整流電源內(nèi)用有一個(gè)虛擬電阻碑,其中LB為換流電感。再考慮交流電源（整流變壓器）的等效內(nèi)電阻Ro,

3、則整流電源內(nèi)阻應(yīng)為（及+4）,如圖所示。電流連續(xù)時(shí)直流電動(dòng)機(jī)可簡(jiǎn)單地等效為為反電勢(shì)E與電樞及平波電抗器的電阻總和Ra串聯(lián)，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(jù)圖7-2等效電路，可以列寫(xiě)出電壓平衡方程式為%=g+M+&)。+與=%+4,紇二Q仰J(7-2)式中0=R計(jì)4+4,Ce為直流電機(jī)電勢(shì)常數(shù)，小為直流電機(jī)每極磁通。求出電機(jī)轉(zhuǎn)速為尸13言，二與一A界(7-3)可以看出，在電樞電流連續(xù)的情況下，當(dāng)整流器移相觸發(fā)角a固定時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨Ln/=&/負(fù)載電流id的增加而下降，下降斜率為/必73當(dāng)看角改變時(shí)，隨著空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)no的變化，機(jī)械特性為一組斜率相同的

4、平行線。但是在一定的平波電抗器電感Ld下，當(dāng)電流減小到一定程度時(shí)，Ld中儲(chǔ)能將不足以維持電流連續(xù)，電流將出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性會(huì)發(fā)生很大變化，不再是直線，圖7-3中以虛線表示。這部分的機(jī)械特性要采用電流斷續(xù)時(shí)的運(yùn)行分析來(lái)確定。二、電流斷續(xù)時(shí)電樞電流斷續(xù)時(shí)不再存在晶閘管換流重迭現(xiàn)象，晶閘管整流器供電直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)須采用圖7-4所示交流等效電路來(lái)分析。在此電路中，u2為相電壓瞬時(shí)值，顯然只有當(dāng)它大于電樞反電勢(shì)Ea時(shí)晶閘管才能導(dǎo)通，如圖7-5所示。由于id斷續(xù)，電路分析時(shí)必須計(jì)入平波電感Ld的作用，回路電壓平衡方程為wa=J2Usin囊=4+4a+旦4出(7-4)圖7-4電流斷續(xù)時(shí)，晶

5、閘管一直流電動(dòng)機(jī)等效電路圖7-5電流斷續(xù)時(shí)的電樞電流為分析簡(jiǎn)便起見(jiàn)，先忽略等效內(nèi)阻求解出機(jī)械特性后再作為系統(tǒng)內(nèi)阻對(duì)特性斜率進(jìn)行修正。這樣，可采用積分求解如下微分方程(7-5)式中C為積分常數(shù)，可由圖7-5中邊界條件3°.(7-6)解出C=2ss(獷+劣 + (爐+ 風(fēng)(7-7)式中獷二%為三相半波整流器移相觸發(fā)角計(jì)算起點(diǎn)（置二0）的相位。將式（7-7）代入式（7-5）,可得cos "-cos（獷+卜上；初一（口+6叫(7-8)由于電流不連續(xù)，只在一段時(shí)間內(nèi)有電流。設(shè)晶閘管導(dǎo)通角為g,則又有一邊界條件J(7-9)可用來(lái)求取反電勢(shì)Ea與8、4之間的關(guān)系。即sm 口+值+ sin

6、 -2 /22)(7-10)在并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)中，名二Q翁，故由上式可轉(zhuǎn)而求得轉(zhuǎn)速n和g及4的關(guān)系為=2 sin w+儀+一sin 2(7-11)由于品閘管導(dǎo)通角g和負(fù)載電流力大小有關(guān)，故上式實(shí)際上隱含地給出了直流電機(jī)電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性，只是關(guān)系復(fù)雜不直觀，需要通過(guò)求解電機(jī)電樞電流Id與導(dǎo)通角8問(wèn)的關(guān)系來(lái)揭示。按照定義，電樞電流平均值Id為式中，期為每周內(nèi)換流次數(shù)，三相半波和三相橋式整流電路二3。將式（7-8）和式（7-10）代入上式并經(jīng)積分和整理，可得負(fù)載電流心和導(dǎo)通角。之間的關(guān)系為：,附應(yīng)4（日）J1cos3+b+Seos-2sm2汗叫2八22）7（7-12）這樣，就可以8為參變量，將式（

7、7-11）和式（7-12）聯(lián)系起來(lái)，求得不同a和U下、三相半波晶閘管整流器供電直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性?xún)?/（4）,由于直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩必現(xiàn)，故特性曲線用作橫坐標(biāo)，如圖7-6所示。圖7-6三相半波晶閘管整流器供電直流電機(jī)機(jī)械特性由于是由單一組整流器供電的不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)只可工作在10cl的第I象限和的第IV象限。第I象限內(nèi)，晶閘管移相觸發(fā)角處時(shí),整流器工作在可控整流狀態(tài)；電機(jī)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩7二CVd同方向，直流電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)。第IV象限內(nèi)，4>9，整流器工作在有源逆變狀態(tài)；電機(jī)轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩反方向，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在反轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)，并將轉(zhuǎn)子機(jī)械動(dòng)能變成電能經(jīng)可控整流器返回交流電源。無(wú)論是第I或第IV象限，當(dāng)電機(jī)電流Id較小時(shí)晶閘管導(dǎo)通角g<120°,電流斷續(xù)，機(jī)械特性變得很軟，隨著負(fù)裁增加轉(zhuǎn)速下降很快；當(dāng)負(fù)裁增大到f數(shù)值時(shí)，人121，電流進(jìn)入連續(xù)狀態(tài)。由于分析中忽略電樞電阻，機(jī)械特性變成水平；如計(jì)及電阻影響，則電流連續(xù)時(shí)特性將具有一定斜度，其斜度為電流斷續(xù)時(shí)直流電機(jī)電樞回路等效電阻增加很多，除使機(jī)械特性變軟外，還會(huì)使調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器特性變壞，往往引起系統(tǒng)振蕩，此時(shí)應(yīng)設(shè)法減小電流斷續(xù)的范圍，為此應(yīng)設(shè)計(jì)好平波電抗器的電感量。晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中平波電抗器電感量按最小電流ILmin下仍能保證電