目錄

2.8?晶閘管直流電動機調(diào)速

引言

2.8.1 工作于整流狀態(tài)時（電動狀態(tài)）

1）電流連續(xù)時電動機的機械特性

2）電流斷續(xù)時電動機的機械特性

電流斷續(xù)時電動機機械特性的特點

2.8.2 工作于有源逆變狀態(tài)時（回饋制動）

1）電流連續(xù)時電動機的機械特性

2）逆變電流斷續(xù)時電動機的機械特性，與整流時十分相似

2.8.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)

兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路的相關(guān)概念和結(jié)論

控制方式1

控制方式2

2.9 相控電路的驅(qū)動控制

引言

相控電路

相控電路的驅(qū)動控制

2.9.1 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

相控電路對晶閘管觸發(fā)角的控制要求

1）脈沖形成環(huán)節(jié)

2）鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)

3）同步環(huán)節(jié)

4）雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)

2.9.2 集成觸發(fā)器

KJ004

完整的三相全控橋觸發(fā)電路

模擬與數(shù)字觸發(fā)電路

2.9.3 觸發(fā)電路的定相

措施

分析三相全控橋

變壓器接法

2.8?晶閘管直流電動機調(diào)速

引言

晶閘管直流電動機系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)。

• 是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。
• 是可控整流裝置的主要用途之一。

對該系統(tǒng)的研究包括兩個方面：

• 其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況。
• 其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要從第二個方面進行分析。

2.8.1 工作于整流狀態(tài)時（電動狀態(tài)）

整流電路接反電動勢負載時，負載電流斷續(xù)，對整流電路和電動機的工作都很不利。

因此，通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)，如圖所示。

此時，整流電路直流電壓的平衡方程為：

式中，。

為電動機的反電動勢

為負載平均電流所引起的各種電壓降，包括：

• 變壓器的電阻壓降
• 電樞電阻壓降
• 由重疊角引起的電壓降

為晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值。

系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)：

• 電流連續(xù)工作狀態(tài)
• 電流斷續(xù)工作狀態(tài)

1）電流連續(xù)時電動機的機械特性

在電機學中，已知直流電動機的反電動勢為：

可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式，得：

轉(zhuǎn)速與電流的機械特性關(guān)系式為：

• 其機械特性是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定相同而稍有差異。
• 調(diào)節(jié)角，即可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。

2）電流斷續(xù)時電動機的機械特性

當負載減小時，平波電抗器中的電感儲能減小，致使電流不再連續(xù)，此時其機械特性也就呈現(xiàn)出非線性。

• 當減小至某一定值以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個是不存在的，真正的理想空載點遠大于此值。
• 電動機的實際空載反電動勢都是。
• 時為：。
• 主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續(xù)段，完全按線性處理。
• 當?shù)退佥p載時，可改用另一段較陡的特性來近似處理，等效電阻要大一個數(shù)量級。

電流斷續(xù)時電動機機械特性的特點

• 電流斷續(xù)時理想空載轉(zhuǎn)速抬高。
• 機械特性變軟，即負載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。
• 隨著的增加，進入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。

2.8.2 工作于有源逆變狀態(tài)時（回饋制動）

1）電流連續(xù)時電動機的機械特性

電流連續(xù)時的機械特性由決定的。

逆變時由于，反接，得：

因為，可求得電動機的機械特性方程式：

2）逆變電流斷續(xù)時電動機的機械特性，與整流時十分相似

• 理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。
• 逆變狀態(tài)的機械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)。
• 縱觀控制角變化時，機械特性相應(yīng)變化。

第1、4象限中和第3、2象限中的特性是分別屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標以正組和反組變流器。

2.8.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)

兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路的相關(guān)概念和結(jié)論

• 環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負載的電流。
• 正向運行時由正組變流器供電；反向運行時，則由反組變流器供電。
• 根據(jù)對環(huán)流的處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環(huán)流（）、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯位控制無環(huán)流等。
• 該電路連接下，電動機都可四象限運行。
• 可根據(jù)電動機所需運轉(zhuǎn)狀態(tài)來決定哪一組變流器工作及其工作狀態(tài)：整流或逆變。

直流可逆拖動系統(tǒng)，除能方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實現(xiàn)電動機的回饋制動。適合于頻繁啟動、制動，對響應(yīng)速度要求較高的場合。

控制方式1

配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)

• 對正、反兩組變流器同時輸入觸發(fā)脈沖，并嚴格保證的配合控制關(guān)系。
• 假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有，，且極性相抵，兩組變流器之間沒有直流環(huán)流。
• 但兩組變流器的輸出電壓瞬時值不等，會產(chǎn)生脈動環(huán)流。
• 串入環(huán)流電抗器限制環(huán)流。

控制方式2

邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)

• 工程上使用較廣泛，不需設(shè)置環(huán)流電抗器。
• 只有一組橋投入工作（另一組關(guān)斷），兩組橋之間不存在環(huán)流。

兩組橋之間的切換過程：

• 首先應(yīng)使已導(dǎo)通橋的晶閘管斷流，要妥當處理使主回路電流變?yōu)榱?，使原?dǎo)通晶閘管恢復(fù)阻斷能力。
• 隨后再開通原封鎖著的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。
• 這種無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，變流器之間的切換過程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。

2.9 相控電路的驅(qū)動控制

引言

相控電路

• 晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。
• 采用晶閘管相控方式時的交流電力變換電路和交交變頻電路。

相控電路的驅(qū)動控制

• 為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。
• 晶閘管相控電路，習慣稱為觸發(fā)電路。

大、小功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。

2.9.1 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

該小節(jié)內(nèi)容（建議）可參照鏈接：電力電子技術(shù)筆記（6）——電力電子器件的驅(qū)動

相控電路對晶閘管觸發(fā)角的控制要求

• 同步：觸發(fā)信號和電源電壓在頻率和相位上的配合關(guān)系。（定位）
• 移相控制，極限保護。
• 觸發(fā)脈沖的寬度（雙窄脈沖）
• 與主電路的隔離

輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。

下圖右上角中，紅色水平線表示，鋸齒波表示，當改變的大小，即調(diào)整紅色水平線上下移動，輸出脈沖的相位隨之移動。

三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強觸發(fā)和雙 窄脈沖形成環(huán)節(jié)。

1）脈沖形成環(huán)節(jié)

• 、——脈沖形成
• 、——脈沖放大
• 控制電壓加在基極上

脈沖前沿由導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)有關(guān)。

電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在集電極電路中。

2）鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)

鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。由、、和等元件組成，、、和為一恒流源電路。

3）同步環(huán)節(jié)

同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。

鋸齒波是由開關(guān)管來控制的。

• 開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。
• 由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點。
• 截止狀態(tài)持續(xù)的時間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時間常數(shù)。

4）雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)

如上圖所示， 當觸發(fā)器2導(dǎo)通時，由于其X端與觸發(fā)器1的Y端連接使得觸發(fā)器1電路中的截止，因此觸發(fā)器1有脈沖輸出，觸發(fā)器2和觸發(fā)器1同時導(dǎo)通。

內(nèi)雙脈沖電路。

、構(gòu)成“或”門：

• 當、都導(dǎo)通時，、都截止，沒有脈沖輸出。
• 只要、有一個截止，都會使、導(dǎo)通，有脈沖輸出。
• 第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的對應(yīng)的控制角產(chǎn)生。
• 隔60°的第二個脈沖是由滯后60°相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過）。

2.9.2 集成觸發(fā)器

可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。

晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。

KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。

完整的三相全控橋觸發(fā)電路

3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可。

KJ041內(nèi)部是由12個二極管構(gòu)成的6個或門。目的是產(chǎn)生雙窄觸發(fā)脈沖。

模擬與數(shù)字觸發(fā)電路

• 以上觸發(fā)電路為模擬的，優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠；缺點：易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對稱度較高，可達3°~4°，精度低。
• 數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對稱度很好，如基于8位單片機的數(shù)字觸發(fā)器精度可達0.7°~1.5°。

2.9.3 觸發(fā)電路的定相

觸發(fā)電路的定相——觸發(fā)電路應(yīng)保證每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。

措施

• 同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致。
• 觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓（、、）的關(guān)系。

分析三相全控橋

如下圖所示，鋸齒波上升起點與同步信號正到負零點對應(yīng)。

一般的，鋸齒波240°，舍去前后30°，留下中間180°。

控制角處為中點，滿足前后移相各90°（整流逆變）。

鋸齒波中點對應(yīng)了的，接。

的同步電壓應(yīng)滯后于180°（反相）。其它5個晶閘管也是如此。

變壓器接法

主電路整流變壓器為D，y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D，y-11，5聯(lián)結(jié)。

三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用上圖變壓器接法時）

晶閘管
主電路電壓
同步電壓

為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60°時，同步電壓只需滯后120°，同步電壓選取結(jié)果如表所示。

?

三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60°）

晶閘管
主電路電壓
同步電壓

不同的定相方案，變壓器的接法不同。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-450172.html

到了這里，關(guān)于電力電子技術(shù)（15）——晶閘管直流電動機調(diào)速&相控電路的驅(qū)動控制的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！