电机与拖动基础9

1、三相半波零式晶闸管电动机系统的主电路负载为电动机时的整流电压波形cos17. 132sin2226650EttdEU降低电源电压调速时的机械特性控制角控制角变化变化时的机时的机械特性械特性cos17. 120EU 电流不连续时整流电压与电流波形电流不连续时的机械特性02020.585/1.414/eenECnEC电流连续电流断续反并联连接的两组晶闸管装置向直流电动机供电晶闸管晶闸管直流电动机系统的优点为：直流电动机系统的优点为：改变控制角，即可调节电动机的电改变控制角，即可调节电动机的电枢端电压或励磁电流，从而达到平枢端电压或励磁电流，从而达到平滑调速的目的。其技术与经济指标滑调速的目的。其技

2、术与经济指标较高；调速范围大，平滑性高，质较高；调速范围大，平滑性高，质量小，占地面积小，运行效率高，量小，占地面积小，运行效率高，设备投资和运行费用都较低，而且设备投资和运行费用都较低，而且快速响应控制准确快速响应控制准确。其缺点是：其缺点是：1 1）由于电枢电流为）由于电枢电流为脉冲波脉冲波 ，电流的有效值较高，电流的有效值较高，增加电枢的铜耗，引起电动机增加电枢的铜耗，引起电动机效率下降。效率下降。 2 2）当调速范围较）当调速范围较大时，功率因数较低大时，功率因数较低 。3 3）晶）晶闸管整流装置整流变压器一次闸管整流装置整流变压器一次电流中的谐波成分会造成种种电流中的谐波成分会造成种

3、种不良影响不良影响 。 斩控式斩控式PWM变换器变换器（又称为（又称为斩波器斩波器）可以将恒定的直）可以将恒定的直流电源电压变换为大小和极性均可调的直流电压，从而方流电源电压变换为大小和极性均可调的直流电压，从而方便地实现直流电动机的平滑调速以及四象限运行。便地实现直流电动机的平滑调速以及四象限运行。 由于采用全控型器件（如由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR），），其开关频率高，系统的动态响应快，调速范围宽（可达其开关频率高，系统的动态响应快，调速范围宽（可达1:20000），综合指标明显优于相控式变流器。），综合指标明显优于相控式变流器。分别给出了直流斩波器的原理图以及控制

4、与输出电压的波形图。 直流PWM变换器的原理图与其电压波形 直流直流PWM变换器的基本原理、电路结构变换器的基本原理、电路结构与工作状态与工作状态斩波器的基本工作原理斩波器的基本工作原理定义其占空比占空比为：Tton 则输出电压的平均值为：ddonaUUTtU 设斩波器的导通时间为 ，关断时间为 ，则开关频率为：ontofftTttfoffons11 由式可见，改变占空比便可以改变电枢两端电压的平均值改变占空比便可以改变电枢两端电压的平均值。 占空比可以通过下列两种方式改变：占空比可以通过下列两种方式改变：n 定频调宽法：即保持开关频率不变，而仅改变导通时间；定频调宽法：即保持开关频率不变，而

5、仅改变导通时间；n 定宽调频法：即保持导通时间不变，仅改变开关频率。定宽调频法：即保持导通时间不变，仅改变开关频率。 斩波器多采用定频调宽法即PWM进行控制，故这种控制方式的斩波器又称为直流直流PWM变换器变换器。 四象限可逆式直流四象限可逆式直流PWM变换器变换器 具有四象限运行功能的直流PWM变换器如下图所示。 具有四象限运行的H桥直流PWM变换器 下面对直流PWM变换器在四象限的运行情况分别讨论如下：第第I I象限运行：象限运行： 第第I I象限对应于直流电机处于正向电动机运行状态，此时，电枢象限对应于直流电机处于正向电动机运行状态，此时，电枢电流和转速（或反电势）的方向均为正。电流和转

6、速（或反电势）的方向均为正。 图a给出了第I象限运行时主回路的电路图。此时，主开关 和 同时导通。 第I象限运行的直流PWM变换器 假定 关断，则电枢回路中的电流将减小。在电枢电感的自感电势作用下，电枢电流将通过二极管 和 续流，此时电枢回路处于短路状态，相应的主电路如图b所示。下页图a、b给出了第 象限运行时电枢两端的电压和电枢电流的波形。1T1T2T4D2TI第I象限运行时直流PWM变换器的输出电压和电流波形 同样，电枢电压的改变也可以采用另一方案实现。现介绍如下： 假若电枢电流连续，在上述方案中，如果关断的不仅仅是主开关 ，而是 和 同时关断，则在电枢电感的作用下，电枢电流将沿二极管 和

7、 组成的回路导通。此时，电枢两端的电压为 ，直流电机将工作在反接制动状态。 1T1T2T3D4DdU第第IIII象限运行：象限运行： 第第IIII象限对应于直流电机处于正向发电制动状态，此时，转速象限对应于直流电机处于正向发电制动状态，此时，转速（或反电势）方向保持正向不变，而电枢电流反向，转子储存的动（或反电势）方向保持正向不变，而电枢电流反向，转子储存的动能将通过变流器回馈至直流电源。能将通过变流器回馈至直流电源。 假定系统刚开始运行在第I象限，一旦发出制动命令，则 和 关断， 和 首先导通，则电枢电流将流向直流电源并迅速降为零。为了使电流反向，控制 导通。在反电势的作用下，电流将通过 和

8、 构成回路，并将电枢回路短路。在此阶段，直流电机进入能耗制动状态。当电流达到上限值时，控制 关断。在电枢电感的作用下，电枢电流将通过 流回直流电源，如下图所示。此时，直流电机进入回馈制动阶段。 1T2T3D4D4T4T2D4T21DD第II象限运行的直流PWM变换器 下图给出了第II象限运行时的电枢电压和电流的波形。第II象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形 由上图可见，电枢两端的平均电压为正，而平均电枢电流为负，表明电功率由直流电机流向电源。第第IIIIII象限运行：象限运行： 第第IIIIII象限对应于直流电机处于反向电动机状态，此时，转速象限对应于直流电机处于反向电动机状态，此时

9、，转速（或反电势）与电枢电流均反向。（或反电势）与电枢电流均反向。 下图a给出了第III象限运行时主回路的电路图。图中，主开关 和 同时导通，电流增加。若 关断，则电枢回路通过 短路，如图b所示。 3T4T4T第III象限运行的直流PWM变换器a、b分别给出了电流连续和断续时的电枢电压和电流波形。 1D第III象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形第III象限时系统的运行情况与第I象限类似。第第IVIV象限运行：象限运行： 第第IVIV象限对应于直流电机处于反向发电制动状态，此时，转速象限对应于直流电机处于反向发电制动状态，此时，转速（或反电势）保持反向不变，电枢电流变为正向，电动机储存

10、的动（或反电势）保持反向不变，电枢电流变为正向，电动机储存的动能便会通过变流器回馈至直流电源。能便会通过变流器回馈至直流电源。 假定系统刚开始运行在第III象限，一旦发出制动命令，则 和 断开， 和 导通，则电枢电流将流向直流电源，并迅速降为零。为了使电流改变方向，控制 导通。在反电势的作用下，电流将通过 和 构成回路，并将电枢回路短路。在此阶段，直流电机进入能耗制动状态，电流将增加。3T4T1D2D2T2T4D 当电流达到上限值时，控制 关断。在电枢电感的作用下，电枢电流将通过 流回直流电源，如图所示。此时，直流电机进入回馈制动阶段。2T43DD第IV象限运行的直流PWM变换器 图给出了第I

11、V象限运行时的电枢电压和电流的波形。 第IV象限运行直流PWM变换器的输出电压和电流波形 由上图可见，电枢两端的平均电压为负，而平均电枢电流为正，表明电功率由直流电机流向电源。200ststttstaAPdtI Rdt2aaaaUIE II R200()ststttstaaaaAI RUIE Idt0009.55aeaeaaaUICn ICITE IT 000()()stxsttATdtJd 00stx 2001()2xstAJdJ 0stTx 2101()()2xxststTTAJdJdJ 20TAJ2201()32xstTTAJdJ 00stx 220001()422xstFAJdJJ 2/2GD两台电动机串并联两级起动两台电动机一级起动串励直流电动机的电路图IKIKIKfafff11TeaeeeCUUnRRCICCCT串励直流电动机固有机械特性串励直流电动机串联电阻时的人为机械特性串励电动机实际运行时，当电动机电流趋于零时，电动机尚串励电动机实际运行时，当电动机电流趋于零时，电动机尚存剩磁，理想空载转速不会无穷大，但转速还是很高的，所存剩磁，理想空载转速不会无穷大，但转速还是很高的，所以一般串励电