第十讲___整流与有源逆变5

电力电子技术课件

电力电子技术Power Electronic Technology整流与有源逆变

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9.3 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，也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 。

合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组

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9.3.1 电动机工作于整流状态时 1、不考虑电动机的电枢电 ud 感时： 只有晶闸管导通相的变 压器二次侧电压瞬时值 大于反电动势时才有电 O 流输出，此时负载电流 断续，对整流电路和电 动机的工作都不利，要 尽量避免； id 所以普遍在电枢回路串 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。 Oua ub uc ud Ud E

idR

ωt

α

ic

ia

ib

ic

ωt

图2-48 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合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组

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9.3.1 电动机工作于整流状态时 2、电动机稳态时，虽然Ud波形脉动较大，但由于电动机有较大的机械惯量， 故其转速和反电动势都基本无脉动。此时整流电压的平均值由电动机的反电 动势及电路中负载平均电流Id所引起的各种电压降所平衡。整流电压的交流分 量则全部降落在电抗器上。由Id引起的压降有下列四部分： 变压器的电阻压降IdRB,其中RB 为变压器的等效电阻，它包括变压器二次绕 组本身的电阻以及一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻； 晶闸管本身的管压降△U,它基本上是一恒值； U 电枢电阻压降IdRM ; 由换相重叠角引起的电压降3XBId/(2π) (三相半波) 。 此时，整流电路直流电压的平衡方程为:

U d = E M + ( RB + RM

3X B + ) I d + U 2π

系统的两种工作状态：电流连续工作状态和电流断续工作状态

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9.3.1 电动机工作于整流状态时 3. 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

E M = C eφ n 式中，Ce 由电动机结构决定的电动势常数；Φ 为电动机磁场每对磁极下 的磁通量，单位为(Wb);n为电动机的转速，单位为(r/min)。 可根据整流电路电压平衡方程式，作出不同控制角α时EM与Id的关系(三 相半波):

EM = 1.17U 2 cos α RΣ I d U 转速与电流的机械特性关系式为： 1 . 17 U 2 cos α R I + U n = Σ d C eφ C eφ 第二项较小，可见一个α角度对应一个转速n。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组

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9.3.1 电动机工作于整流状态时

做出不同α角时n与Id的关系，如图2 -49所示。图中△U的值一般为1V左右， 可以忽略。可见其机械特性与由直流 发电机供电时的机械特性是相似的， 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α角，即 可调节电动机的转速。而负载加大时， 电流加大，转速变化不大。图2-49 三相半波电流连续时 以电流表示的电动机机械特性

同理，可列出三相桥式全控整流电路电动机负载时的机械特性方程为：n = 2 . 34 U 2 cos α R I + 2U Σ d C eφ C eφ合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组

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9.3.1 电动机工作于整流状态时 4.电流断续时电动机的机械特性 4.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 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小， 再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。 再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性 三相半波整流电路电动机负载n= Id = 2U 2 Ce φθ π θ θ 2 sin( + α + ) sin 6 2 2

3 2U 2 2πωL

π θ θ θ cos( + α + )(θ cos 2 sin ) 6 2 2 2

具体推导过程见许大中编《电机控制》

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9.3.1 电动机工作于整流状态时4.电流断续时电动机的机械特性 4.电流断续时电动机的机械特性 如当 α =60°时，Id=0,此时的反电动势E0’=1.17U2cos60°,实际上当Id减小至某 一定值Id min以后，电流变为断续。这个E0’是不存在的，真正的理想空载点远大 于此值。 E M = 1 . 17 U 2 cos α R Σ I d U E

α ≤ 60° 电动机的实际空载反电动势都是 2U2 。 2U2) (

E0

断续区特性的近似直线

α > 60° 时为： 2U2 cos(α π 3) 。Why?

E0' (0.585 U2) Idmin O 断续区连续区

Id

图2-50 电流断续时电动势的特性曲线 〔解释〕 因为α≤60°时晶闸管触发导通后最大相电压瞬时值为 2U 2 ,大于E0`。因 此如果反电势为E0`,则必然产生电流，从而与空载的前提矛盾，所以实际 空载点的反电势是 2U 。 2 当α>60°时，晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U 2 cos( α π 3)

为此时实际空载点的反电势。合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组

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