晶闸管直流电动机系统

目录6.晶闸管直流电动机系统

本章小结这样，bmin一般取30

~35

。晶闸管直流电动机系统

6.1

工作于整流状态时

6.2

工作于有源逆变状态时

6.3

直流可逆电力拖动系统6晶闸管直流电动机系统——晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一。对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析。晶闸管直流电动机系统6.1工作于整流状态时整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都很不利。通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续，如图2-48。图6-1三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形6.1.1此时，整流电路直流电压的平衡方程为

（6-112）式中，RS=。EM为电动机的反电动势负载平均电流Id所引起的各种电压降，包括：变压器的电阻压降电枢电阻压降由重叠角引起的电压降晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值。整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。Ud=EM+RSId+DUBR++p3BX2MRIdSRUD工作于整流状态时6.11.电流连续时电动机的机械特性在电机学中，已知直流电动机的反电动势为（6-113）

式中，，为由电动机结构决定的电动势常数；为电动机磁场每对磁极下的磁通量，单位为（Wb）；

n

为电动机的转速，单位为（r/min）。可根据整流电路电压平衡方程式（6-112），作出不同控制角a

时EM与Id的关系（6-114）转速与电流的机械特性关系式为（6-115）SadIRn=U1DeC-eCU+cos172.IRD=17UUEdM--Sacos.12工作于整流状态时6.1根据式（2-115）做出不同a

时n与Id的关系，如图2-49所示。图中的值一般为1V左右，所以忽略。可见其机械特性与由直流发电机供电时的机械特性是相似的，是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。调节a

角，即可调节电动机的转速。DU图6-2三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性

同理，可列出三相桥式全控整流电路电动机负载的机械特性方程为

（6-116）.-RadIeCUnCS=cos3422工作于整流状态时6.1e电流断续时电动机的机械特性由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特性也就呈现出非线性。图6-3电流断续时电动势的特性曲线电流连续时的理想空载反电动势（

=60

,忽略）

实际当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变为断续，这个是不存在的，真正的理想空载点远大于此值：

，电动机的实际空载反电动势都是当以后，空载反电动势为工作于整流状态时2.8.1电流断续时电动机机械特性的特点：电动机的理想空载转速抬高。机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。随着a

的增加，进入断续区的电流值加大。——由于

愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电流要维持导通，必须要求平波电抗器储存较大的磁能，而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。图6-4考虑电流断续时不同a时反电动势的特性曲线

1<

a2<a3<60

，a5>a4>60

工作于整流状态时6.1电流断续时电动机机械特性可由下面三个式子准确地得出

（6-117）

（6-118）

（6-119）式中，arctan，，L为回路总电感。jqjqjajqajctanctanMeeUE----+--++=1)6sin()6sin(cos22ppjqjqjajqajctanctaneeMeeCUCEn----+--++×==1)6sin()6sin(cos22pp]2)6cos()6[cos(cos22322nUCZUIedqqapapjp-++-+=j=RLw工作于整流状态时6.1图6-5电流断续时电动势的特性曲线

一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。

当低速轻载时，断续作用显著，可改用另一段较陡的特性来近似处理，其等效电阻比实际的电阻R要大一个数量级。工作于整流状态时6.1整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流连续所需的主回路电感量为（mH）（6-120）对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有（mH）（6-121）L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。前者数值都较小，有时可忽略。Idmin一般取电动机额定电流的5%～10%。因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电路的一大优点。min246.1dIUL=min2693.0dIUL=工作于整流状态时6.1工作于有源逆变状态时图6-6

电动机在四象限中的机械特性6.2dMdIEU=-)0cos(å+-=RIUEddMbbcos0ddUU-=eCn-=1å+RIUddbcos01.电流连续时电动机的机械特性主回路电流连续时的机械特性由电压平衡方程式决定。逆变时由于，EM反接，得（6-122）因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式

()（6-123）2.电流断续时电动机的机械特性电流断续时电动机的机械特性方程可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，只要把代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n与Id的表达式，求出三相半波电路工作于逆变状态且电流断续时的机械特性，即

（2-124）

（2-125）

（2-126）()()eUEMjqjqjbjqbjctanctanp6721sinsincos2-------+-=p67e()()eeeMCUCEnjqjqjbjqbjctanctan2sinsincos2------+-´==p67p67e-øöçèæ+--çèæ-=nUCZUIedqqbpbpjp22267cos67coscos223øöëéêëéê工作于有源逆变状态时2.8.2逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续。纵观控制角由小变大（如/6~5/6），电动机的机械特性则逐渐的由第1象限往下移，进而到达第4象限。逆变状态的机械特性同样还可表示在第2象限里，与它对应的整流状态的机械特性则表示在第3象限里。工作于有源逆变状态时6.2图6-7

电动机在四象限中的机械特性应该指出，图6-52中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分别属于两组变流器的，它们输出整流电压的极性彼此相反，故分别标以正组和反组变流器。图6-8

电动机在四象限中的机械特性工作于有源逆变状态时6.2直流可逆电力拖动系统三相半波有环流接线三相全控桥的无环流接线电动机四象限运行时两组变流器的工作情况图6-9

两组变流器的反并联可逆线路

第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，

p<p/2，EM<Uda(下标中有

表示整流，p表示正组）

第2象限：正转，电动机作发电运行，反组桥工作在逆变状态，bN<p/2（

N>p/2），EM>Udb(下标中有b表示逆变，N表示反组）

第3象限：反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，

N

<p/2，EM<Uda。

第4象限：反转，电动机作发电运行，正组桥工作在逆变状态，bP<p/2（

P>p/2），EM>Udb。6.3两套变流装置反并联连接的可逆电路（图6-53a和b）的相关概念和结论：环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。电动机正向运行时由正组变流器供电的；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的不同处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。电动机都可四象限运行。可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变。直流可逆电力拖动系统6.3直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动。电动机反向过程：

第1象限正转，电动机从正组桥取得电能。

先使电动机迅速制动，为此需切换到反组桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，随着电动机转速的下降，不断地调节，使之由小变大直至（n=0）。

如继续增大，即，反组桥将转入整流状态下工作，电动机开始反转进入第3象限的电动运行。直流可逆电力拖动系统6.3a=b

配合控制的有环流可逆系统对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证a=b

的配合控制关系。假设正组为整流，反组为逆变，即有aP=bN

，UdaP=UdbN，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。为防止环流只经晶闸管流过而