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电力电子技术第10章电力电子技术的应用
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■晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统****惯称为晶闸管直流电动机系统,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。
■直流电动机负载除本身有电阻、电感外,还有一个反电动势E,为了平稳负载电流的脉动,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。
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
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■触发晶闸管,待电动机启动达稳态后,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,平衡方程为
式中,
,其中RB为变压器的等效电阻,RM为电枢电阻,
为重叠角引起的电压降所折合的电阻;为晶闸管本身的管压降。
■在电动机负载电路中,电流由负载转矩所决定,当电动机的负载较轻时,对应的负载电流也小,在小电流情况下,特别在低速时,由于电感的储能减小,往往不足以维持电流连续,从而出现电流断续现象。
(10-1)
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■电流连续时电动机的机械特性
◆三相半波电流连续时的电动机机械特性
☞直流电动机的反电动势为
☞因为,故反电动势特性方程为
☞转速与电流的机械特性关系式为
☞三相桥式全控整流电路电动机负载时的机械特性方程为
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
(10-2)
(10-3)
(10-4)
(10-5)
的值一般为1V左右,所以忽略;调节角,即可调节电动机的转速。
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■电流断续时电动机的机械特性
◆由于整流电压是一个脉动的直流电压,当电动机的负载减小时,平波电抗器中的电感储能减小,致使电流断续,此时电动机的机械特性也就呈现出非线性。
◆电流断续时机械特性的特点
☞分析=60时的情况,当Id=0,忽略,此时的反电动势为
,而实际上,晶闸管导通时相电压瞬时值为
,大于,也即Id不为零,所以
才是理想空载点。
图10-3电流断续时电动势的特性曲线
☞在电流断续情况下,时,电动机的实际空载反电动势都是
;当以后,空载反电动势将由决定。
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图10-4考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
1<2<3<60,5>4>60
☞当电流断续时,电动机的理想空载转速抬高,这是电流断续时电动机机械特性的第一个特点;第二个特点是,在电流断续区内电动机的机械特性变软,即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。
☞大的反电动势特性,其电流断续区的范围(以虚线表示)要比小时的电流断续区大,这是由于愈大,变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长,电流要维持导通,必须要求平波电抗器储存较大的磁能,而电抗器的L为一定值的情况下,要有较大的电流Id才行;故随着的增加,进入断续区的电流值加大,这是电流断续时电动机机械特性的第三个特点。
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◆电流断续时电动机机械特性可由下面三个式子准确地得出
式中,,,L为回路总电感。
(10-6)
(10-7)
(10-8)
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◆一般只要主电路电感足够大,可以只考虑电流连续段,完全按线性处理,当低速轻载时,断续作用显著,可改用另一段较陡的特性来近似处理。
☞整流电路为三相半波时,在最小负载电流为Idmin时,为保证电流连续所需的主回路电感量(单位为mH)为
☞对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统,有
L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感,前者数值都较小,有时可忽略;Idmin一般取电动机额定电流的5%~10%。
☞三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍,因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半。
(10-9)
(10-10)
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因为,可求得电动机
的机械特性方程式

■电流连续时电动机的机械特性
◆电压平衡方程式为
◆逆变时由于,
EM反接,得
正组变流器
反组变流器
n
a
3
a
2
a
1
I
d
a
4
b
2
b
3
b
4
b
1
a
=
b
=
p
2
a
'
=
b
'=
p
2
b
'
3
b
'
2
b
'
1
b
'
4
a
'
2
a
'
3
a
'
4
a
'
1
a
1
=
b
'
1
;
a
'
1
=
b
1
a
2
=
b
'
2
;
a
'
2
=
b
2
a
增大方向
'
b
增大方向
'
a
增大方向
b
增大方向
图10-5电动机在四象限中的机械特性
◆上式的负号表示逆变时电动机的转向与整流时相反;调节就可改变电动机的运行转速,值愈小,相应的转速愈高;反之则转速愈低。
(10-11)
(10-12)
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