电力电子技术的应用

10-1第10章电力电子技术的应用10.1晶闸管直流电动机系统本章小结10-210.1晶闸管直流电动机系统10.1.1工作于整流状态时10.1.2工作于有源逆变状态时10.1.3直流可逆电力拖动系统10-310.1晶闸管直流电动机系统·引言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。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。10-410.1.1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。图10-1三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。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR10-510.1.1工作于整流状态时此时，整流电路直流电压的平衡方程为（2-112）式中，。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。系统的两种工作状态：电流连续工作状态电流断续工作状态UIREUdMd23BMBXRRRMEdIRBdRIMdRI)2(3dBIXU10-610.1.1工作于整流状态时转速与电流的机械特性关系式为1)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nCEeM（2-113）可根据整流电路电压平衡方程式（2-112），得UIRUEdMacos17.12（2-114）edeCUIRCUnacos17.12（2-115）图10-2三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性其机械特性是一组平行的直线，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。Ona1a2a3a3a2a1Id(RB+RM+)IdCe3XB210-710.1.1工作于整流状态时2)电流断续时电动机的机械特性当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。电动机的实际空载反电动势都是。时为：。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，可改用另一段较陡的特性来近似处理，等效电阻要大一个数量级。60a22U60a)3cos(22aU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。0E图10-3电流断续时电动势的特性曲线断续区特性的近似直线断续区连续区EE0E0'OIdminId(0.585U2)(U2)210-810.1.1工作于整流状态时电流断续时电动机机械特性的特点：图10-4电流断续时电动势的特性曲线电流断续时理想空载转速抬高。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。断续区特性的近似直线断续区连续区EE0E0'OIdminId(0.585U2)(U2)2Oa3a2a1Id分界线断续区连续区a5a4E0E图10-5考虑电流断续时不同a时反电动势的特性曲线a1a2a360，a5a46010-910.1.2工作于有源逆变状态时1)电流连续时电动机的机械特性电流连续时的机械特性由决定的。逆变时由于，反接，得因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式RIEUdMdcos0ddUUME)cos(0RIUEddM（2-122))cos(10RIUCndde（2-123)图10-6电动机在四象限中的机械特性正组变流器反组变流器na3a2a1Ida42341a==2a'='=2'3'2'1'4a'2a'3a'4a'1a1='1;a'1=1a2='2;a'2=2a增大方向'增大方向'a增大方向增大方向10-1010.1.2工作于有源逆变状态时2)电流断续时电动机的机械特性可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，把代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n与Id的表达式。三相半波电路为例：atantan21)67sin()67sin(cos2ccMeeUE(2-124)tantan2)67sin()67sin(cos2cceeMeeCUCEn(2-125)]2)67cos()67[cos(cos22322nUCZUIed(2-126)10-1110.1.2工作于有源逆变状态时逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：图10-7电动机在四象限中的机械特性理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。逆变状态的机械特性是整流状态的延续。纵观控制角变化时，机械特性得变化。a第1、4象限中和第3、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。正组变流器反组变流器na3a2a1Ida42341a==2a'='=2'3'2'1'4a'2a'3a'4a'1a1='1;a'1=1a2='2;a'2=2a增大方向'增大方向'a增大方向增大方向10-1210.1.3直流可逆电力拖动系统图10-8两组变流器的反并联可逆线路图2-53a与b是两组反并联的可逆电路a三相半波有环流接线b三相全控桥无环流接线c对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况10-1310.1.3直流可逆电力拖动系统两套变流装置反并联连接的可逆电路的相关概念和结论：环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的处理方法，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。a10-1410.1.3直流可逆电力拖动系统直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动。电动机反向过程分析：详见P89a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=的配合控制关系。假设正组为整流，反组为逆变，即有aPN，UdaP=UdN，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。串入环流电抗器LC限制环流。10-1510.1.3直流可逆电力拖动系统逻辑无环流可逆系统工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。只有一组桥投入工作（另一组关断），两组桥之间不存在环流。两组桥之间的切换过程：首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理使主回路电流变为零，使原导通晶闸管恢复阻断能力。随后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，称为逻辑控制无环流系统。直流可逆电力拖动系统，将在后继课“电力拖动自动控制系统”中进一步分析讨论。10-16本章小结4)晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特性等，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流的概念。