第11讲 整流电路的相位控制的实现、直流斩波电路.pdf

电力电子技术电力电子技术21:47:5913.6晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统3.6.1 工作于整流状态时工作于整流状态时3.6.2 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时3.6.3 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:592 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统晶闸管可控晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。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。是电力拖动系统中主要的一种。是可控整流装置的主要用途之一。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：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节主要从第二个方面进行分析。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:593工作于整流状态时工作于整流状态时整流电路接反电动势负载整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整时，负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都流电路和电动机的工作都很不利。很不利。图图3.6.1 三相半波带电动机负载且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加平波电抗器时的电压电流波形通常在电枢通常在电枢回回路路串联串联一平一平波电抗器，波电抗器，保证保证整流电流整流电流在在较大范围内连较大范围内连续，续，如如图。图。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR3.6.1 工作于整流状态时工作于整流状态时PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:594此此时，整流电路直流电压的平时，整流电路直流电压的平衡衡方方程为程为式式中，中，。为为电动机的反电动势电动机的反电动势负载平负载平均均电流电流Id所引起所引起的的各各种电压种电压降降包括：，包括：变压器的电变压器的电阻阻压压降降 电枢电电枢电阻阻压压降降 由由重叠角引起重叠角引起的电压的电压降降晶闸管本晶闸管本身身的管压的管压降降，它基它基本本上上是一是一恒值恒值。系统的两种工作状态：系统的两种工作状态：电流电流连连续工作状态续工作状态电流断续工作状态电流断续工作状态UIREUdMd+=23BMBXRRR+=MEdIRBdRIMdRI)2(3dBIXUPDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:595转速与转速与电流的机电流的机械特性关械特性关系系式为式为1)电流电流连连续时电动机的机续时电动机的机械特性械特性在电机在电机学学中，中，已知已知直流电动机的反电动势直流电动机的反电动势为为=MeECn可可根据根据整流电路电压平整流电路电压平衡衡方方程式（程式（2-112），得得UIRUEdM=cos17.1221.17cosdeeR IUUnCC+=图图3.6.2 三相半波电流三相半波电流连连续时续时以以电流电流表示表示的电动机机的电动机机械特性械特性其机其机械特性械特性是一组是一组平行的直平行的直线线，其其斜率斜率由于由于内阻内阻不一不一定定相相同而稍同而稍有有差异差异。调调节节a 角角，即即可可调调节电动机的节电动机的转转速速。Ona1a260)3cos(22 U当当Id减小减小至某至某一一定值定值Id min以以后后，电流变，电流变为为断续，断续，这这个个是不是不存存在在的，的，真正真正的的理理想想空空载载点远点远大大于于此值此值。0E 图图3.6.3 电流断续时电动势的电流断续时电动势的特性特性曲曲线线断续断续区区特性特性的的近似近似直直线线断续断续区区连连续续区区EE0E0OIdminId(0.585U2)(U2)2PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:5971)电流电流连连续时电动机的机续时电动机的机械特性械特性0cosddUU=电流电流连连续时的机续时的机械特性械特性由由决决定定的。的。逆变时由于逆变时由于，反接，反接，得得dMdUEI R=ME0(cos)MddEUI R=+图图3.6.4 电动机在电动机在四象限四象限中的机中的机械特性械特性正正组变流器组变流器反组变流器反组变流器32142341=2 =2321423411=1;1=12=2;2=2 增增大大方方向向 增增大大方方向向 增增大大方方向向 增增大大方方向向01(cos)ddenUI RC=+因因为为，可，可求求得得电动机的机电动机的机械特性械特性方方程式程式MeEC n=3.6.2 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:598tan2tan77sin()sin()662cos1cMceEUe+=tan2tan77sin()sin()2cos66cMceeeEUnCCe+=223 277cos()cos()2cos662edCUInZU=+可可沿沿用整流时电流断续的机用整流时电流断续的机械特性表械特性表达达式式，把把代代入入相相关表关表达达式式便便可可得得EM、n与与Id的的表表达达式式。以以三相半波电三相半波电路路为为例例：-=PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:599逆变电流断续时电动机的机逆变电流断续时电动机的机械特性械特性，与与整流时整流时十十分相分相似似：图图3.6.4 电动机在电动机在四象限四象限中的机中的机械械特性特性理理想想空空载载转速上转速上翘翘很很多多，机，机械械特性特性变变软软，且，且呈现非线性呈现非线性。逆变状态的机逆变状态的机械特性械特性是整流状是整流状态的态的延延续。续。纵观纵观控控制制角角a变变化化时，机时，机械特械特性性电动机的机电动机的机械特性械特性逐渐逐渐的由的由第一第一象限往下移象限往下移，进，进而而到达到达第第四象限四象限。第第1、4象限象限中和第中和第3、2象限象限中的中的特性特性是分是分别属别属于两组于两组变流器的，变流器的，它它们输们输出出整流电压的整流电压的极极性性彼彼此此相反，相反，故故分分别标别标以以正正组和反组变流器。组和反组变流器。正正组变流器组变流器反组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a=b=p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增增大大方方向向b 增增大大方方向向a 增增大大方方向向b 增增大大方方向向PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:5910直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统电路结构电路结构图图10-6a是是有环流有环流接接线，图线，图10-6b是是无环流无环流接线，接线，环流是指只在两组变流器之环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。间流动而不经过负载的电流。根据电动机所需的运转根据电动机所需的运转状态来决定哪一组变流器工状态来决定哪一组变流器工作及其相应的工作状态：整作及其相应的工作状态：整流或逆变。流或逆变。四象限运行时的工作情四象限运行时的工作情况况第第1象限，正转，电动象限，正转，电动机作电动运行，正组桥工作机作电动运行，正组桥工作在整流状态，在整流状态，1/2，EMUd（下标中有（下标中有表示整流，下标表示整流，下标1表示正组桥，下标表示正组桥，下标2表示反表示反组桥）。组桥）。图图10-6 两组变流器的反并两组变流器的反并联联可逆线路可逆线路3.6.3 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:5911第第2象限，正转，电动机作象限，正转，电动机作发发电运行，反组桥工作在逆变电运行，反组桥工作在逆变状态，状态，2/2)，EMUd（下标中有（下标中有表示逆表示逆变）。变）。第第3象限，反转，电动机作象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流电动运行，反组桥工作在整流状态，状态，2/2，EMUd。第第4象限，反转，电动机作象限，反转，电动机作发发电运行，正组桥工作在逆变电运行，正组桥工作在逆变状态，状态，1/2)，EMUd。图图3.6.6 两组变流器的反两组变流器的反并并联联可逆可逆线线路路。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 电力电子技术电力电子技术21:47:5912图图10-6(c)直流可逆拖动系统，直流可逆拖动系统，能方便地能方便地实现实现正反正反向向运转运转外外，还能实现还能实现回回馈制馈制动动。由由正转正转到到反转的过反转的过程程从从1组桥组桥切换到切换到2组桥工组桥工作，并作，并要求要求2组桥在逆变状态下组桥在逆变状态下工作，电动机工作，电动机进入进入第第2象限（之象限（之前前运行在第运行在第1象限）作正转象限）作正转发发电电运行，电运行，电磁磁转转矩矩变变成制成制动转动转矩矩，电动机电动机轴上轴上的机的机械能械能经经2组桥逆组桥逆变为变为交交流电流电能回馈能回馈电电网网。改改变变2组桥的逆变角组桥的逆变角，使使之之由小由小变变大大直直至至=/2（n=0），），如继续增大如继续增大，即，即eem（3-17）REUREmTtttitiTIttmoxon0021oonxdd1=+=+=（3-19）负载电流平负载电流平均值为均值为：EmTttTEttTEtU+=+=xonMxonono1)(输输出出电压平电压平均值为均值为：（3-18）PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建