晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

目錄6.晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

本章小結(jié)這樣，bmin一般取30

~35

。晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

6.1

工作于整流狀態(tài)時(shí)

6.2

工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)

6.3

直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)6晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動(dòng)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(gè)方面：其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工作情況。其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。本節(jié)主要從第二個(gè)方面進(jìn)行分析。晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)6.1工作于整流狀態(tài)時(shí)整流電路接反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，對整流電路和電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形6.1.1此時(shí)，整流電路直流電壓的平衡方程為

（6-112）式中，RS=。EM為電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢負(fù)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(shí)6.11.電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在電機(jī)學(xué)中，已知直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢為（6-113）

式中，，為由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)；為電動(dòng)機(jī)磁場每對磁極下的磁通量，單位為（Wb）；

n

為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為（r/min）。可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式（6-112），作出不同控制角a

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

時(shí)n與Id的關(guān)系，如圖2-49所示。圖中的值一般為1V左右，所以忽略。可見其機(jī)械特性與由直流發(fā)電機(jī)供電時(shí)的機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。DU圖6-2三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性

同理，可列出三相橋式全控整流電路電動(dòng)機(jī)負(fù)載的機(jī)械特性方程為

（6-116）.-RadIeCUnCS=cos3422工作于整流狀態(tài)時(shí)6.1e電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由于整流電壓是一個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，平波電抗器中的電感儲(chǔ)能減小，致使電流不再連續(xù)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。圖6-3電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)勢的特性曲線電流連續(xù)時(shí)的理想空載反電動(dòng)勢（

=60

,忽略）

實(shí)際當(dāng)Id減小至某一定值Idmin以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個(gè)是不存在的，真正的理想空載點(diǎn)遠(yuǎn)大于此值：

，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載反電動(dòng)勢都是當(dāng)以后，空載反電動(dòng)勢為工作于整流狀態(tài)時(shí)2.8.1電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速抬高。機(jī)械特性變軟，即負(fù)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(jìn)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(fù)電壓時(shí)間愈長，電流要維持導(dǎo)通，必須要求平波電抗器儲(chǔ)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(shí)不同a時(shí)反電動(dòng)勢的特性曲線

1<

a2<a3<60

，a5>a4>60

工作于整流狀態(tài)時(shí)6.1電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性可由下面三個(gè)式子準(zhǔn)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(shí)6.1圖6-5電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)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(dāng)?shù)退佥p載時(shí)，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(shí)際的電阻R要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。工作于整流狀態(tài)時(shí)6.1整流電路為三相半波時(shí)，在最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)，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(dòng)機(jī)負(fù)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(shí)可忽略。Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%～10%。因?yàn)槿鄻蚴饺卣麟妷旱拿}動(dòng)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(yīng)減小約一半，這也是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。min246.1dIUL=min2693.0dIUL=工作于整流狀態(tài)時(shí)6.1工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)圖6-6

電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性6.2dMdIEU=-)0cos(?+-=RIUEddMbbcos0ddUU-=eCn-=1?+RIUddbcos01.電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性主回路電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性由電壓平衡方程式?jīng)Q定。逆變時(shí)由于，EM反接，得（6-122）因?yàn)镋M=Cen，可求得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式

()（6-123）2.電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程可沿用整流時(shí)電流斷續(xù)的機(jī)械特性表達(dá)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(dá)式，求出三相半波電路工作于逆變狀態(tài)且電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)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(shí)2.8.2逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與整流時(shí)十分相似：理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機(jī)械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。說明逆變狀態(tài)的機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性則逐漸的由第1象限往下移，進(jìn)而到達(dá)第4象限。逆變狀態(tài)的機(jī)械特性同樣還可表示在第2象限里，與它對應(yīng)的整流狀態(tài)的機(jī)械特性則表示在第3象限里。工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)6.2圖6-7

電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性應(yīng)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(biāo)以正組和反組變流器。圖6-8

電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)6.2直流可逆電力拖動(dòng)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(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，

p<p/2，EM<Uda(下標(biāo)中有

表示整流，p表示正組）

第2象限：正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，bN<p/2（

N>p/2），EM>Udb(下標(biāo)中有b表示逆變，N表示反組）

第3象限：反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)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(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)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(guān)概念和結(jié)論：環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過負(fù)載的電流。電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)由正組變流器供電的；反向運(yùn)行時(shí)，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(cuò)位控制無環(huán)流等。電動(dòng)機(jī)都可四象限運(yùn)行?？筛鶕?jù)電動(dòng)機(jī)所需運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)6.3直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)反向過程：

第1象限正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)從正組橋取得電能。

先使電動(dòng)機(jī)迅速制動(dòng)，為此需切換到反組橋工作在逆變狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入第2象限作正轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，隨著電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)進(jìn)入第3象限的電動(dòng)運(yùn)行。直流可逆電力拖動(dòng)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(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證a=b

的配合控制關(guān)系。假設(shè)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(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)環(huán)流。為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過而