晶閘管直流電動機系統(tǒng)

目錄6.晶閘管直流電動機系統(tǒng)

本章小結(jié)這樣，bmin一般取30

~35

。晶閘管直流電動機系統(tǒng)

6.1

工作于整流狀態(tài)時

6.2

工作于有源逆變狀態(tài)時

6.3

直流可逆電力拖動系統(tǒng)6晶閘管直流電動機系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。對該系統(tǒng)的研究包括兩個方面：其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況。其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要從第二個方面進行分析。晶閘管直流電動機系統(tǒng)6.1工作于整流狀態(tài)時整流電路接反電動勢負載時，負載電流斷續(xù)，對整流電路和電動機的工作都很不利。通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)，如圖2-48。圖6-1三相半波帶電動機負載且加平波電抗器時的電壓電流波形6.1.1此時，整流電路直流電壓的平衡方程為

（6-112）式中，RS=。EM為電動機的反電動勢負載平均電流Id所引起的各種電壓降，包括：變壓器的電阻壓降電樞電阻壓降由重疊角引起的電壓降晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值。整流電壓的交流分量則全部降落在電抗器上。Ud=EM+RSId+DUBR++p3BX2MRIdSRUD工作于整流狀態(tài)時6.11.電流連續(xù)時電動機的機械特性在電機學中，已知直流電動機的反電動勢為（6-113）

式中，，為由電動機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)；為電動機磁場每對磁極下的磁通量，單位為（Wb）；

n

為電動機的轉(zhuǎn)速，單位為（r/min）?？筛鶕?jù)整流電路電壓平衡方程式（6-112），作出不同控制角a

時EM與Id的關系（6-114）轉(zhuǎn)速與電流的機械特性關系式為（6-115）SadIRn=U1DeC-eCU+cos172.IRD=17UUEdM--Sacos.12工作于整流狀態(tài)時6.1根據(jù)式（2-115）做出不同a

時n與Id的關系，如圖2-49所示。圖中的值一般為1V左右，所以忽略?？梢娖錂C械特性與由直流發(fā)電機供電時的機械特性是相似的，是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定相同而稍有差異。調(diào)節(jié)a

角，即可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。DU圖6-2三相半波電流連續(xù)時以電流表示的電動機機械特性

同理，可列出三相橋式全控整流電路電動機負載的機械特性方程為

（6-116）.-RadIeCUnCS=cos3422工作于整流狀態(tài)時6.1e電流斷續(xù)時電動機的機械特性由于整流電壓是一個脈動的直流電壓，當電動機的負載減小時，平波電抗器中的電感儲能減小，致使電流不再連續(xù)，此時電動機的機械特性也就呈現(xiàn)出非線性。圖6-3電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線電流連續(xù)時的理想空載反電動勢（

=60

,忽略）

實際當Id減小至某一定值Idmin以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個是不存在的，真正的理想空載點遠大于此值：

，電動機的實際空載反電動勢都是當以后，空載反電動勢為工作于整流狀態(tài)時2.8.1電流斷續(xù)時電動機機械特性的特點：電動機的理想空載轉(zhuǎn)速抬高。機械特性變軟，即負載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。隨著a

的增加，進入斷續(xù)區(qū)的電流值加大?！捎?/p>

愈大，變壓器加給晶閘管陽極上的負電壓時間愈長，電流要維持導通，必須要求平波電抗器儲存較大的磁能，而電抗器的L為一定值的情況下，要有較大的電流Id才行。圖6-4考慮電流斷續(xù)時不同a時反電動勢的特性曲線

1<

a2<a3<60

，a5>a4>60

工作于整流狀態(tài)時6.1電流斷續(xù)時電動機機械特性可由下面三個式子準確地得出

（6-117）

（6-118）

（6-119）式中，arctan，，L為回路總電感。jqjqjajqajctanctanMeeUE----+--++=1)6sin()6sin(cos22ppjqjqjajqajctanctaneeMeeCUCEn----+--++×==1)6sin()6sin(cos22pp]2)6cos()6[cos(cos22322nUCZUIedqqapapjp-++-+=j=RLw工作于整流狀態(tài)時6.1圖6-5電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線

一般只要主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續(xù)段，完全按線性處理。

當?shù)退佥p載時，斷續(xù)作用顯著，可改用另一段較陡的特性來近似處理，其等效電阻比實際的電阻R要大一個數(shù)量級。工作于整流狀態(tài)時6.1整流電路為三相半波時，在最小負載電流為Idmin時，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量為（mH）（6-120）對于三相橋式全控整流電路帶電動機負載的系統(tǒng)，有（mH）（6-121）L中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。前者數(shù)值都較小，有時可忽略。Idmin一般取電動機額定電流的5%～10%。因為三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波的高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也可相應減小約一半，這也是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。min246.1dIUL=min2693.0dIUL=工作于整流狀態(tài)時6.1工作于有源逆變狀態(tài)時圖6-6

電動機在四象限中的機械特性6.2dMdIEU=-)0cos(?+-=RIUEddMbbcos0ddUU-=eCn-=1?+RIUddbcos01.電流連續(xù)時電動機的機械特性主回路電流連續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程式?jīng)Q定。逆變時由于，EM反接，得（6-122）因為EM=Cen，可求得電動機的機械特性方程式

()（6-123）2.電流斷續(xù)時電動機的機械特性電流斷續(xù)時電動機的機械特性方程可沿用整流時電流斷續(xù)的機械特性表達式，只要把代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n與Id的表達式，求出三相半波電路工作于逆變狀態(tài)且電流斷續(xù)時的機械特性，即

（2-124）

（2-125）

（2-126）()()eUEMjqjqjbjqbjctanctanp6721sinsincos2-------+-=p67e()()eeeMCUCEnjqjqjbjqbjctanctan2sinsincos2------+-′==p67p67e-???è?+--?è?-=nUCZUIedqqbpbpjp22267cos67coscos223???éê?éê工作于有源逆變狀態(tài)時2.8.2逆變電流斷續(xù)時電動機的機械特性，與整流時十分相似：理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。說明逆變狀態(tài)的機械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)?？v觀控制角由小變大（如/6~5/6），電動機的機械特性則逐漸的由第1象限往下移，進而到達第4象限。逆變狀態(tài)的機械特性同樣還可表示在第2象限里，與它對應的整流狀態(tài)的機械特性則表示在第3象限里。工作于有源逆變狀態(tài)時6.2圖6-7

電動機在四象限中的機械特性應該指出，圖6-52中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分別屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標以正組和反組變流器。圖6-8

電動機在四象限中的機械特性工作于有源逆變狀態(tài)時6.2直流可逆電力拖動系統(tǒng)三相半波有環(huán)流接線三相全控橋的無環(huán)流接線電動機四象限運行時兩組變流器的工作情況圖6-9

兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路

第1象限：正轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)，

p<p/2，EM<Uda(下標中有

表示整流，p表示正組）

第2象限：正轉(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，bN<p/2（

N>p/2），EM>Udb(下標中有b表示逆變，N表示反組）

第3象限：反轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，反組橋工作在整流狀態(tài)，

N

<p/2，EM<Uda。

第4象限：反轉(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，正組橋工作在逆變狀態(tài)，bP<p/2（

P>p/2），EM>Udb。6.3兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路（圖6-53a和b）的相關概念和結(jié)論：環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負載的電流。電動機正向運行時由正組變流器供電的；反向運行時，則由反組變流器供電。根據(jù)對環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環(huán)流（）、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯位控制無環(huán)流等。電動機都可四象限運行?？筛鶕?jù)電動機所需運轉(zhuǎn)狀態(tài)來決定哪一組變流器工作及其工作狀態(tài)：整流或逆變。直流可逆電力拖動系統(tǒng)6.3直流可逆拖動系統(tǒng)，除能方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實現(xiàn)電動機的回饋制動。電動機反向過程：

第1象限正轉(zhuǎn)，電動機從正組橋取得電能。

先使電動機迅速制動，為此需切換到反組橋工作在逆變狀態(tài)，此時電動機進入第2象限作正轉(zhuǎn)發(fā)電運行，隨著電動機轉(zhuǎn)速的下降，不斷地調(diào)節(jié)，使之由小變大直至（n=0）。

如繼續(xù)增大，即，反組橋?qū)⑥D(zhuǎn)入整流狀態(tài)下工作，電動機開始反轉(zhuǎn)進入第3象限的電動運行。直流可逆電力拖動系統(tǒng)6.3a=b

配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)對正、反兩組變流器同時輸入觸發(fā)脈沖，并嚴格保證a=b

的配合控制關系。假設正組為整流，反組為逆變，即有aP=bN

，UdaP=UdbN，且極性相抵，兩組變流器之間沒有直流環(huán)流。但兩組變流器的輸出電壓瞬時值不等，會產(chǎn)生脈動環(huán)流。為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過而