电力电子 2 直流电机驱动控制

《电力电子技术》

电子教案

项目二直流调速装置【学习目标】掌握单相桥式可控整流电路的工作原理。掌握有源逆变电路的基本概念和单相桥式有源逆变电路的工作原理。分析大功率整流电力机车电路的原理及逆变原理。

【课题描述】可控整流电路的应用是电力电子技术中应用最为广泛的一种技术。本课题将以直流电机的可控整流电路为例，让大家了解单相桥式可控整流电路和有源逆变电路在实际直流电机控制电路中的应用。一、单相桥式整流电路1．单相桥式全控整流电路（1）电阻性负载单相桥式整流电路带电阻性负载的电路1．单相桥式全控整流电路单相桥式整流电路带电阻性负载的工作波形1．单相桥式全控整流电路单相全控桥式整流电路带电阻性负载电路参数的计算：①、输出电压平均值的计算公式：

②、负载电流平均值的计算公式：

③、输出电压的有效值的计算公式：

④、负载电流有效值的计算公式：

⑤、流过一只可关断晶闸管（GTO）的电流的平均值的计算公式：

⑥、流过一只GTO的电流的有效值的计算公式：⑦、GTO可能承受的最大电压为：

（2）电感性负载电感性负载的电路

（2）电感性负载

电感性负载的工作波形分析

（2）电感性负载单相全控桥式整流电路带电感性负载电路参数的计算：①、输出电压平均值的计算公式：移相范围是0°～90°。②、负载电流平均值的计算公式：

③、流过一只GTO的电流的平均值和有效值的计算公式：

④、GTO可能承受的最大电压为：

（2）电感性负载为了扩大移相范围，去掉输出电压的负值，提高Ud的值，也可以在负载两端并联续流二极管，接了续流二极管以后，的移相范围可以扩大到0°～180°。

2．锯齿波同步触发电路锯齿波同步触发电路的组成锯齿波同步移相触发电路由同步环节、锯齿波形成环节、移相控制环节、脉冲形成放大与输出环节组成，其原理图如图2-5所示。原理

同步环节由同步变压器、VT3、VD1、VD2、C1等元件组成，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。锯齿波形成环节由VT1、VT2等元件组成的恒流源电路，当VT3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当VT3导通时，电容C2通过R4、VT3放电。调节电位器RP1可以调节恒流源的电流大小，从而改变了锯齿波的斜率。移相控制环节由控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在VT5基极综合叠加构成，RP2、RP3分别调节控制电压Uct和偏移电压Ub的大小。脉冲形成放大和输出环节由VT6、VT7构成，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。西门子TCA785集成触发电路1．西门子TCA785引脚介绍TCA785采用标准的双列直插式16引脚（DIP-16）封装，它的引脚排列如图2-7所示。图2-7TCA785引脚功能图

TCA785主要引脚输入、输出电压波形图三、有源逆变电路1．有源逆变的工作原理（1）两电源间的能量传递

(a)(b)(c)1．有源逆变的工作原理图（a）为两个电源同极性连接，称为电源逆串；图（b）也是两电源同极性相连；图（c）为两电源反极性连接，称为电源顺串；此时电源E1与E2均输出功率，电阻上消耗的功率为两电源功率之和：PR＝P1＋P2。1．有源逆变的工作原理通过上述分析，我们知道：（1）无论电源是顺串还是逆串，只要电流从电源正极端流出，则该电源就输出功率；反之，若电流从电源正极端流入，则该电源就吸收功率。（2）两个电源逆串连接时，回路电流从电动势高的电源正极流向电动势低的电源正极。如果回路电阻很小，即使两电源电动势之差不大，也可产生足够大的回路电流，使两电源间交换很大的功率。（3）两个电源顺串时，相当于两电源电动势相加后再通过R短路，若回路电阻R很小，则回路电流会非常大，这种情况在实际应用中应当避免。1.有源逆变的工作原理单相桥式变流电路整流与逆变原理

(a)电路图

(b)整流状态下的波形图

(c)逆变状态下的波形图1.有源逆变的工作原理图（a）中GTO的控制角a＜90°，则电路工作在整流状态，通过调整角，则交流电压通过I组GTO输出功率，电动机吸收功率。负载中电流值为:若当开关S拔向位置2时，又同时触发脉冲控制角调整到a＞90°，则Ⅱ组GTO输出电压将为上负下正，波形如图（c）所示。调整角使GTO在E与u2的作用下导通，负载中电流为:这种情况下，电动机输出功率，运行于发电制动状态，Ⅱ组GTO吸收功率并将功率送回交流电网。这种情况就是有源逆变。1.有源逆变的工作原理逆变时的输出电压控制有的是与整流时相同，计算公式仍为

我们令，称为逆变角，则1.有源逆变的工作原理实现有源逆变必须满足下列条件：（1）变流装置的直流侧必须外接电压极性与GTO导通方向一致的直流电源，且其值稍大于变流装置直流侧的平均电压。（2）变流装置必须工作在＜90°区间，使其输出直流电压极性与整流状态时相反，才能将直流功率逆变为交流功率送至交流电网。要指出的是，关控桥或接有续流二极管的电路，因它们不可能输出负电压，也不允许直流侧接上直流输出反极性的直流电动势，所以这此电路不能实现有源逆变。2．逆变失败与逆变角的限制（1）逆变失败的原因有源逆变换流失败分析2．逆变失败与逆变角的限制造成逆变失败的原因主要有以下几种情况：①触发电路故障。如触发脉冲丢失、脉冲延时等不能适时、准确的向GTO分配脉冲的情况，均会导致GTO不能正常换相。②GTO故障。如GTO失去正常导通或阻断能力，该导通时不能导通，该阻断时不能阻断，均会导致逆变失败。③逆变状态时交流电源突然缺相或消失。由于此时变流器的交流侧失去了与直流电动势E极性相反的电压，致使直流电动势经过晶闸管形成短路。④逆变角取值过小，造成换相失败。（2）逆变失败的限制逆最小逆变角的取值一般为

≥30°～35°为防止小于，有时要在触发电路中设置保护电路，不能进入的区域。在电路中加上安全脉冲产生装置，安全脉冲位置就设在处，一旦工作脉冲就移入处，安全脉冲保证在处触发晶闸管

设计与制作

2011年国赛赛题——智能小车（C题）赛题甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图2-19所示。图2-19赛题参考图要求1.基本要求（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（2）甲、乙两车按图2-19所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。（3）甲、乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。2.发挥部分（1）在完成基本要求(2)后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向40cm范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。设计