晶閘管—直流電動機調(diào)速系統(tǒng)

1、7.1管閘管一直流電動機調(diào)速系統(tǒng)采用品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(xiàn)直流電動機的速度調(diào)節(jié)。這種晶閘管一直流電動機調(diào)速系統(tǒng)是電力驅(qū)動中的一種重要方式，更是可控整流電路的主要用途之一。可以圖7-1所示三相半波晶閘管一直流電動機調(diào)速系統(tǒng)為例，說明其工作過程和系統(tǒng)特性。直流電動機是一種反電勢負(fù)載，晶閘管整流電路對反電勢負(fù)載供電時，電流容易出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象。如果調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)運行，電流斷續(xù)時機械特性將很軟，無法負(fù)載；如果閉環(huán)控制，斷流時會使控制系統(tǒng)參數(shù)失調(diào)，電機發(fā)生振蕩。為此，常在直流電機電樞回路內(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

2、機調(diào)速系統(tǒng)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(tǒng)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)時品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(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(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4+4,Ce為直流電機電勢常數(shù)，小為直流電機每極磁通。求出電機轉(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，電動機轉(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，隨著空載轉(zhuǎn)速點no的變化，機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，Ld中儲能將不足以維持電流連續(xù)，電流將出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，此時直流電動機機械特性會發(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(xiàn)象，晶閘管整流器供電直流電動機系統(tǒng)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(dāng)它大于電樞反電勢Ea時晶閘管才能導(dǎo)通，如圖7-5所示。由于id斷續(xù)，電路分析時必須計入平波電感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，晶

5、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(nèi)阻求解出機械特性后再作為系統(tǒng)內(nèi)阻對特性斜率進(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)角計算起點（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)可用來求取反電勢Ea與8、4之間的關(guān)系。即sm 口+值+ sin

6、 -2 /22)(7-10)在并勵直流電動機中，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(guān)系復(fù)雜不直觀，需要通過求解電機電樞電流Id與導(dǎo)通角8問的關(guān)系來揭示。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，求得不同a和U下、三相半波晶閘管整流器供電直流電動機的機械特性冏=/（4）,由于直流電機電磁轉(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機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,整流器工作在可控整流狀態(tài)；電機轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩7二CVd同方向，直流電機運行在電動狀態(tài)。第IV象限內(nèi)，4>9，整流器工作在有源逆變狀態(tài)；電機轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩反方向，直流電動機運行在反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)，并將轉(zhuǎn)子機械動能變成電能經(jīng)可控整流器返回交流電源。無論是第I或第IV象限，當(dāng)電機電流Id較小時晶閘管導(dǎo)通角g<120°,電流斷續(xù)，機械特性變得很軟，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，人121，電流進(jìn)入連續(xù)狀態(tài)。由于分析中忽略電樞電阻，機械特性變成水平；如計及電阻影響，則電流連續(xù)時特性將具有一定斜度，其斜度為電流斷續(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(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器特性變壞，往往引起系統(tǒng)振蕩，此時應(yīng)設(shè)法減小電流斷續(xù)的范圍，為此應(yīng)設(shè)計好平波電抗器的電感量。晶閘管一直流電動機系統(tǒng)中平波電抗器電感量按最小電流ILmin下仍能保證電