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: 1. 触发脉冲相位控制; 2. 电流脉冲及其波形的连续与断续; 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。 触发脉冲相位控制在图 1-3 的 V-M 系统中,调节控制电压 U c ,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 u d 的波形,以及输出平均电压 U d 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u d0 和平均值U d0 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) ; i d—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=R rec+R a+R L; R rec—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; R a—电动机电枢电阻 R L—平波电抗器电阻。对u d0 进行积分,即得理想空载整流电压平均值 U d0。用触发脉冲的相位角?控制整流电压的平均值 U d0 是晶闸管整流器的特点。 U d0 与触发脉冲相位角?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, U d0=f( ?) 可用下式表示( 1-4 ) 式中?—从自然换相点算起的触发脉冲控制角; U m—?=0 时的整流电压波形峰值; t iLRiEud d ddd0???? cos π sin π md0m U mU? U d0E 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?U 2 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< ?< ?/2 时, U d0>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?/2< ?< ? max 时,U d0<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? max , 而不能调到π,以免逆变颠覆。 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。图 1-8 相控整流器的电压控制曲线 O 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 I dmin (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 ) min d 287 .2I UL? min d 246 .1I UL? min d 2693 .0I UL?一般取 I dmin 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