电力拖动和自动控制系统

直流调速系统用的可控直流电源直流调速－→需要专用电源：可控、直流晶闸管整流器-电动机系统图2－1晶闸管整流器-电动机调速系统（V-M系统）原理图1.晶闸管整流器-电动机系统原理原理：调节控制电压Uc移动触发装置GT输出脉冲的相位改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值(2-2)式中Ea——电动机反电动势(V)；

id——整流电流瞬时值(A)；

L——主电路总电感(H)，L=La+LL；R——主电路总电阻(Ω),R=Rrec+Ra+RL；2．触发脉冲相位控制平波电抗器电感平波电抗器电阻整流装置内阻电枢电感电枢电阻瞬时电压平衡方程式图2-2V-M系统主电路的等效电路图平均电压对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，可用下式表示(2-3)式中，α——从自然换相点算起的触发脉冲控制角；

Um——α=0时的整流电压波形峰值；

m——交流电源一周内的整流电压脉波数。

☆整流、逆变与α的关系2．触发脉冲相位控制表2-1不同整流电路的整流电压波峰值、脉冲数及平均整流电压图2-3带负载单相全控桥式整流电路的输出电压和电流波形3．电流脉动及其波形的连续与断续3．电流脉动及其波形的连续与断续①电流脉动原因在整流变压器二次侧额定相电压u2的瞬时值大于反电动势E时，晶闸管才可能被触发导通。导通后如果u2降低到E以下，靠电感作用可以维持电流id继续流通。由于电压波形的脉动，造成了电流波形的脉动。②脉动电流会出现连续和断续两种情况A.电流连续：当电感量足够大，负载也足够大时在id上升阶段，电感储能；在id下降阶段，电感中的能量将释放出来维持电流连续。图2－4V-M系统的电流波形(a)电流连续 电流连续图2－4V-M系统的电流波形（b）电流断续B.电流断续：当负载电流或电感较小时，电感中的储能较少，等到id下降到零时，电感储能不足以续流至下一相触发，造成电流波形断续。断续的影响：造成机械特性的非线性，影响系统的运行性能电流断续期望：避免③电流脉动的后果根据前节所述，V－M系统主电路电流是一脉动电流，电流的脉动将造成：A增加电机的发热B产生转矩脉动抑制电流脉动的措施（1）增加整流电路相数，或采用多重化技术；（2）设置电感量足够大的平波电抗器。平波电抗器的计算①计算原则在计算平波电抗器电感量时应保证电机低速轻载时电流连续②计算步骤通常首先给定最小电流Idmin，一般地，Idmin=5%~10%IN然后计算出总电感量，平波电抗器的计算计算公式不同整流电路的总电感量计算公式是不同的A.单相桥式全控整流电路：B.三相半波整流电路：C.三相桥式整流电路：平波电抗应在上述计算值下减去电枢电感La4．晶闸管整流器-电动机系统的机械特性当电流波形连续时，V-M系统的机械特性方程式为 （2-7）式中，Ce——电动机在额定磁通下的电动势系数图2-5电流连续时V-M系统的机械特性电流断续当电流较小时，电流波形就会出现断续，此时的机械特性呈现出非线性；

①机械方程式：较复杂，以三相半波整流电路构成的为例式中θ为一个电流脉波的导通角当电路确定时，阻抗角φ确定，不同的相位角α，用数值解法可以得到电流断续时的机械特性曲线很显然，对于三相半波整流电路，电流断续时θ<120°②机械特性图由上可得完整的V-M系统下的特性图图2－6V-M系统机械特性在电流连续区，显示出较硬的机械特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：

（2-1）式中，Ud——平均整流电压，

Uc——控制电压，

Ks——晶闸管整流器放大系数。☆5．晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数5．晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数

求出放大系数：①原因对于V－M系统来说，晶闸管触发和整流装置是该系统的一个环节，因此，在应用线性控制理论设计控制系统，应当求出该环节的放大系数和传递函数。②触发和整流电路的特点实际的触发整流电路是非线性的，只在一定的工作范围内近似线性；如图2-7③放大系数的求取A.根据输入输出特性采用用实验方法可以测取获得晶闸管触发和整流装置环节的输入输出特性，如图2-7；在获得晶闸管触发和整流装置环节输入输出特性后，由图的近似线性可得图2-7晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定放大系数的计算图2-7晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定（2-12）

B.估算若不可实测，就可采用装置参数估算；例如：当触发电路控制电压的调节范围是0～10V，对应的整流电压的变化范围是0～220V，可取失控时间和纯滞后环节

求出传递函数①纯滞后环节动态时，可以将触发和整流装置看做是一个纯滞后环节

图2－8晶闸管触发与整流装置的失控时间失控时间和纯滞后环节举例：在单相全波电阻性整流电路里，在t1时刻，在某一控制电压Uc1下，控制角α1，一对晶闸管导通，此时电压波形如图2－8，若在图示t2时刻，控制电压改为Uc2，由于晶闸管的不可关断性，只有过零点t3后，Uc2才起作用，此时控制角α2，另一对晶闸管导通，如此整流电压波形如图2－8。失控时间和纯滞后环节②失控时间Ts分析A.理论分析晶闸管导通后只有在电压过零才能关断，因此失控时间与控制电压发生变化时间以及电压过零时间有关，其最大失控时间可由式

(2-13)平均失控时间式中，f——交流电源频率(Hz)，

m——一周内整流电压的 脉波数。表2-2晶闸管整流器的失控时间（f=50Hz）失控时间和纯滞后环节B.实际取值通常的，相对于整个系统的响应时间，是比较小的，在一般情况下，a.Ts＝0.5Tsmax,b.或者干脆取最大值Ts＝Tsmax③传递函数A.时域函数用阶跃延时函数表示滞后效应，那么有晶闸管触发电路与整流装置的传递函数

B.根据拉氏变换，可得传递函数为C.传递函数的简化该函数含有e指数，分析和设计都比较麻烦，为了简化，可进行台劳级数展开，并且略去高次项得（2－14）

→☆（