第1章可控直流电源-电动机系统复习

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1、2022-5-30第1章 直流调速系统1运动运动控制系统控制系统-复习复习n基本概念基本概念n例题习题例题习题n时间安排时间安排2022-5-30第1章 直流调速系统2直流电动机的调速方法直流电动机的调速方法 n直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可表示为：可表示为：) 11 (0nnIKRKUKRIUndeeedn转速转速（r/minr/min）电枢电压电枢电压(V)(V)电枢电流电枢电流(A)(A)电枢回路总电阻电枢回路总电阻()()励磁磁通励磁磁通（WbWb）由电机结构决定的电由电机结构决定的电 动势常数。动势常数。式中：式中： UdIReK202

2、2-5-30第1章 直流调速系统3调节直流电动机的转速的方法调节直流电动机的转速的方法n改变电枢回路电阻调速法改变电枢回路电阻调速法n减弱磁通调速法减弱磁通调速法n调节电枢电压调速法调节电枢电压调速法2022-5-30第1章 直流调速系统4三种调速方法之比较三种调速方法之比较n改变电枢回路电阻调速只能对电动机改变电枢回路电阻调速只能对电动机转速作转速作有级有级的调节，转速的稳定性差，的调节，转速的稳定性差，调速系统效率低。调速系统效率低。n减弱磁通调速能够实现平滑调速，但减弱磁通调速能够实现平滑调速，但只能在只能在基速（额定转速）以上基速（额定转速）以上的范围的范围内调节转速。内调节转速。20

3、22-5-30第1章 直流调速系统5n调节电枢电压调速所得到的人为机械调节电枢电压调速所得到的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速（额定转转速的稳定性好，能在基速（额定转速）以下实现速）以下实现平滑调速平滑调速。n直流调速系统往往以调压调速为主，直流调速系统往往以调压调速为主，只有当转速要达到基速以上时才辅以只有当转速要达到基速以上时才辅以弱磁调速。弱磁调速。2022-5-30第1章 直流调速系统6第第1 1章章 可控直流电源可控直流电源- -电动机系统电动机系统内容提要：内容提要：n相控整流器相控整流器- -电动机调速系统电动机调速

4、系统 n直流直流PWMPWM变换器变换器- -电动机系统电动机系统n调速系统性能指标调速系统性能指标 2022-5-30第1章 直流调速系统71.1 1.1 相控整流器相控整流器- -电动机系统电动机系统 （简称（简称V-MV-M系统）系统）n直流调速系统的硬件结构至少包含了两直流调速系统的硬件结构至少包含了两个部分：个部分：n调节直流电动机电枢电压的直流电源调节直流电动机电枢电压的直流电源n被调节转速的直流电动机被调节转速的直流电动机n可控直流电源主要有两大类，第一类是可控直流电源主要有两大类，第一类是相控整流器，它把交流电源直接转换成相控整流器，它把交流电源直接转换成可控的直流电源。可控的

5、直流电源。2022-5-30第1章 直流调速系统81.1.1 1.1.1 相控整流器相控整流器图图1 14 4 相控整流器相控整流器- -电动机调速系统原理图电动机调速系统原理图 VTVT晶闸管可控整流器晶闸管可控整流器 GT-GT-触发装置触发装置2022-5-30第1章 直流调速系统9晶闸管可控整流器晶闸管可控整流器的优缺点的优缺点n功率放大倍数高功率放大倍数高 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104104以上，其门极电流可以直接用电子控制。以上，其门极电流可以直接用电子控制。n响应速度快响应速度快 晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动晶闸管的控制作用是毫秒

6、级的，系统的动态性能得到了很大的改善。态性能得到了很大的改善。n调速方便调速方便n经济可靠经济可靠优点：优点：2022-5-30第1章 直流调速系统10晶闸管可控整流器晶闸管可控整流器的优缺点的优缺点n可逆运行有困难可逆运行有困难 由于晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来由于晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。困难。n要有保护措施要有保护措施 晶闸管对过电压、过电流和过高的晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dtdu/dt与与di/dtdi/dt都都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。n由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附由谐波与无功功

7、率引起电网电压波形畸变，殃及附近用电设备，造成电力公害。近用电设备，造成电力公害。 需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。缺点：缺点：2022-5-30第1章 直流调速系统111.1.2 1.1.2 相控整流器相控整流器- -电动机系统的特殊问题电动机系统的特殊问题1 1触发脉冲相位控制触发脉冲相位控制 在如图可控整流电路中，调节触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形，以及输出平均电压 Ud 的数值。问题：可控硅导通、关 断的条件是什么？a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12ttt

8、ttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +OOOOO2022-5-30第1章 直流调速系统12 式中 电动机反电动势； 整流电流瞬时值； 主电路总电感； 主电路等效电阻；且有 R = Rrec + Ra + RLEidLR瞬时电压平衡方程tiLRiEuddddd02022-5-30第1章 直流调速系统13 式中: 从自然换相点算起的触发脉冲控制角； = 0 时的整流电压波形峰值； 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。Umm整流电压的平均值计算cossinmd0mUmU2022-5-30第1章 直流调速系统14表表1-1 1-1 不同整

9、流电路的整流电压值不同整流电路的整流电压值2U0mU0dU-整流变压器二次侧额定相电压的有效值整流变压器二次侧额定相电压的有效值- = 0 时的整流电压波形峰值时的整流电压波形峰值交流电源一周内的整流电压脉波数交流电源一周内的整流电压脉波数整流电压的平均值。整流电压的平均值。m2UmU2022-5-30第1章 直流调速系统15 整流与逆变状态n当 0 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； n当 /2 max 时， Ud0 0 ，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。n为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。相控整流器的电压控制曲线如下图 2022-5-30第1章 直流调速

10、系统16相控整流器的电压控制曲线 O 逆变颠覆限制 通过设置控制电压限幅值，来限制最大触发角。2022-5-30第1章 直流调速系统172 2电流脉动及其波形的连续与断续电流脉动及其波形的连续与断续n输出电流是脉动电流输出电流是脉动电流n 交流电源一周内存在的脉波数交流电源一周内存在的脉波数m m与整流电与整流电 路的形式相关路的形式相关n 由于电流波形的脉动，可能出现电流连由于电流波形的脉动，可能出现电流连 续和断续两种情况续和断续两种情况n电枢电流平均值电枢电流平均值I Id d由负载转矩决定由负载转矩决定2022-5-30第1章 直流调速系统18在在I Id d上升阶段，电感上升阶段，电

11、感 储能；储能；在在I Id d下降阶段，电下降阶段，电 感中的能量将释放感中的能量将释放 出来维持电流连出来维持电流连 续。续。电流连续的条件电流连续的条件: : V-MV-M系统主电路电系统主电路电 感足够大感足够大 或负载足够大或负载足够大图15 V-M系统的电流波形 (a) 电流连续2022-5-30第1章 直流调速系统19图15 V-M系统的电流波形 （b）电流断续当负载电流较小或当负载电流较小或电感较小时，电感电感较小时，电感中的储能较少，等中的储能较少，等到到I Id d下降到零时，下降到零时，造成电流波形断续。造成电流波形断续。电流断续产生的问题电流断续产生的问题：n脉动电流产