电力电子技术5.ppt

第4章 有源逆变电路 §4.3 逆变失败与最小逆变角的限制 §4.4 晶闸管直流电动机系统 直流电动机调速系统是晶闸管可控整流装置的主要用途之一。 研究由整流电路供电时电动机的工作情况。整流电路工作于整流状态和逆变状态时电动机的工作情况存在较大区别。 4.4.1 整流状态时的工作情况 如果忽略电动机的电枢电感，直流侧也不串入平波电感，则只有当晶闸管导通相的交流电压瞬时值大于反电动势时才有电流输出。此时负载电流是断续的，这对整流电路和电动机负载的工作都是不利的，实际应用中要尽量避免出现负载电流断续的工作情况。 通常在电枢回路串联一只平波电抗器，减缓负载电流的脉动，保证整流电流在较大范围内连续。 三相半波整流带电动机负载，且加平波电抗器时， 整流电路直流电压的平衡方程为 RS = ，将 视为换相压降的等效直流电阻。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； RM为电枢内阻； ?U为晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值。 电动机系统有两种工作状态：负载电流较大时的电流连续工作状态；电流较小时的电流断续工作状态。 1. 电流连续时电动机的机械特性 三相半波整流电路，反电动势特性方程为 转速与电流的机械特性关系式为 晶闸管导通压降一般为1V左右，可以忽略，从而做出不同时n与Id的关系。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。 三相全控桥整流电路电动机负载时的机械特性方程： 可画出以电流表示的电动机机械特性。 一般表达式： EM?n，Id?T，对应于不同?角，也可得n~T机械特性曲线。 在?角一定的情况下，Ud一定，随着负载的加重，Id增大，维持回路电压平衡所需要的反电势EM降低，因而导致对应的稳态转速n也降低。 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，致使电流不再连续，此时电动机的机械特性也就呈现出非线性。 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。 由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，a=60?时，当Id=0，设对应的反电动势为 ， 其值为 实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为 此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 。 考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压ud波形，最大瞬时值为 ，并且由于整流器件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续续的电流脉冲。因此 才是实际的理想空载点。 只要 ，ud的最大峰值总是 ，所以电动机的实际空载反电动势都是 。 当 以后，ud的脉动峰值减小，实际空载反电动势也将减小 。 机械特性的第二个特点：在电流断续区内电动机的机械特性变软，具有非线性特性，即负载电流（或转矩）变化很小也可引起很大的转速变化。 设整流控制角a一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管的导通角 ，此时ud波形将发生一定的变化，水平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高，在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。 在负载所要求的平均电流Id一定的情况下，反电势EM也将相应升高。负载越轻，电流越小，电流断续就越明显，因而上述情况越加严重，特性越软。 电流断续区范围大小的影响因素： 电流断续区的范围取决于平波电感L的大小，L越大，断续区的范围就越小。 整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电感L的大小。电感越大，电流中交流分量就越小。 整流电压的交流分量虽然较大，但电流中的交流分量与直流分量Id相比一般是很小的。由于直流分量Id的大小由负载轻重来决定，当负载减小时，相应电流的交流分量的影响就越显著。当负载小到一定数值致使整流电流中交流分量的峰值大于平均电流Id时，由于整流元件的单向导电性，将出现电流断续现象。因此为了使Id较小时，电流仍能连续，就应该减小电