文档介绍：晶闸管-电动机系统(V-M系统)的主要问题
V-M系统本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路,关于它的电路原理、电压和电流波形、机械特性等问题,都已在“电力电子技术”课程中讲授。为了承上启下,本节按照分析和设计直流调速系统的需要,重点归纳V-M系统的几个重要问题:;;3. 抑制电流脉动的措施;4. V-M系统的机械特性;5. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。
Ud0
E
在图1-3的V-M系统中,调节控制电压Uc,从而移动触发装置GT输出脉冲的相位,即可方便地改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形,以及输出平均电压Ud的数值。如果把整流装置内阻Rrec移到装置外边,看成是其负载电路电阻的一部分,那么,整流电压便可以用其理想空载瞬时值ud0和平均值Ud0 来表示,相当于用图1-7的等效电路代替图1-3实际的整流电路。
图1-7 V-M系统主电路的等效电路图
这时,瞬时电压平衡方程式可写作
(1-3)
式中 E —电动机反电动势(V);
id—整流电流瞬时值(A);
L—主电路总电感(H);
R—主电路等效电阻(Ω);R = Rrec + Ra + RL;
Rrec—整流装置内阻,包括整流器内部的电阻、整流器件正向压降所对应的电阻整流变压器漏抗换相压降的电阻;
Ra—电动机电枢电阻
RL—平波电抗器电阻。
对ud0进行积分,即得理想空载整流电压平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角a 控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。
Ud0与触发脉冲相位角 a 的关系因整流电路的形式而异,对于一般的全控整流电路,当电流波形连续时,Ud0 = f (a) 可用下式表示
(1-4)
式中 a—从自然换相点算起的触发脉冲控制角;
Um— a = 0 时的整流电压波形峰值;
m—交流电源一周内的整流电压脉波数;
对于不同的整流电路,它们的数值如表1-1所示。
表1-1 不同整流电路的整流电压值
U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。
由式(1-4)可知,当 0 < a < p/2 时,Ud0 > 0 ,晶闸管装置处于整流状态,电功率从交流侧输送到直流侧;当 p/2 < a < amax 时, Ud0 < 0 ,装置处于有源逆变状态,电功率反向传送。图1-8绘出了相控整流器的电压控制曲线,其中有源逆变状态最多只能控制到某一个最大的移相角amax,而不能调到π,以免逆变颠覆。
图1-8 相控整流器的电压控制曲线
O
电流脉动及其波形的连续与断续
整流电路的脉波数m=2,3,6…,其数目总是有限的,一般比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此,输出电压波形不可能想直流发电机那样平直,除非主电路电感L=∞,否则输出电流总是有脉动的。
由于电流波形的脉动,可能出现电流连续和断续两种情况,这是V-M系统不同于G-M系统的又一个特点。当V-M系统主电路有足够大的电感量,而且电动机的负载也足够大时,整流电流便具有连续的脉动波形。如图1-9a所示。当电感量较小或负载较轻时,在某一相导通后电流升高的阶段里,电感中的储能较少;等到电流下降而下一相尚未被触发以前,电流已经衰减到零,于是,便造成电流波形断续的情况。如图1-9b所示。
电流波形的断续给用平均值描述的系统带来一种非线性的因素,也引起机械特性的非线性,影响系统的运行性能,因此,实际应用中常希望尽量避免发生电流断续。
抑制电流脉动的措施
在V-M系统中,脉动电流会增加电机的发热,同时也产生脉动的转矩,对生产机械不利,同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响,须采用抑制电流脉动的措施,主要是:
1)增加整流电路相数或采用多重化技术。
2)设置平波电抗器;
平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常首先给定最小电流Idmin(以A为单位),再利用它计算所需的总电感量(以mH为单位),减去电枢电感,即得平波电抗应有的电感值。对于单相桥式全控整流电路,总电感量的计算公式为
(1-5)
三相半波整流电路(1-6)
三相桥式整流电路(1-7)
一般取Idmin为电动机额定电流的5%-10%。
晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时,V-M系统的机械特性方程式为
(1-8)
式中 Ce = KeFN—电机在额定磁通下的电动势系数。
式(1-8)等号右边 Ud0 。
改变控制角a,得一族平行直线,这和G-M系统的特性很相似,如图1-10所示。
(图1-10