【《对晶闸管直流电动机系统的仿真与设计案例》3600字】

对晶闸管直流电动机系统的仿真与设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u15899对晶闸管直流电动机系统的仿真与设计案例 12521.1带电动机负载时整流电路的工作情况 1233681.1.1半桥逆变电路 123801.1.2全桥逆变电路 260111.1.3三相电压型逆变电路 3305721.1.4电流型逆变电路 4323981.2整流电路供电时电动机工作情况 5248291.2.1工作于整流状态时 5194861.2.2工作于有源逆变时 596311.3直流可逆拖动系统的前景 645771.4直流可逆拖动系统的运行方式 71.1带电动机负载时整流电路的工作情况1.1.1半桥逆变电路原理图如图1.1所示，图中所示有两个桥臂，每一个桥臂都有一个可控器件和一个反并联二极管。设开关器件V1和VVT1和VT2在一个周期内交替导通，各自导通半个周期。输出电压u0为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。此电路所带负载为感性负载，所以电流输出波形滞后电压一定角度[5]。如图所示，在t2时刻前，VT1通、VT2关断，t图1.1半桥逆变电路的优点是组装较简单以及涉及器件较少，缺点是输出交流电源的幅值Um仅仅是U1.1.2全桥逆变电路电压型全桥逆变电路的原理图如图1.2，总共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成，成对的两个桥臂同时导通，两队交替各导通180°，其输出电压的波形和半桥电路的波形形状相同，均为矩形波，但幅值高出一倍。全桥逆变电路是单向逆变电路中应用最多的，可以采用一项方式调节逆变电路的输出电压，实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。相对半桥逆变器而言，全桥逆变器的开关电流减小了一半，因而在大功率场合得到了广泛应用。全桥逆变则在半桥逆变基础上将共阴极接法，和者共阳极接法合并在一起，每相对称接晶闸管器件，逆变可得到正负交替的方波，正弦波等。图1.2图1.3图1.3显示，t1时刻前V1和V4导通，输出电压Uo为Us，t1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，因i1.1.3三相电压型逆变电路逆变电路直流侧电源是电压源的称为电压型逆变电路。是一个三相电压型逆变电路的主电路。直流电源采用相控整流电路，由普通晶闸管组成。逆变电路由6个导电臂组成,每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成，所以实际上也是一种全控型逆变电路。负载为感性，星形接法，在整流电路和逆变电路之间并联大电容。由于的作用，逆变入端电压平滑连续，直流电源具有电压源性质[6]。分析如下：负载为三相对称负载，Uun、Uvn、Uwn相加之和为0。根据负载阻抗角的不同，iu的波形和相位有所不同，iv原理图如1.4所示图1.41.1.4电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路，称为电流型逆变电路，在现实应用中，标准的直流电源是恒少的，一般为了平滑波形，需要给电源的直流电源一侧串联一个容量很大的电感。波形分析：输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各120°的矩形波。输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同。输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波。输出交流电流的基波有效值。电压型逆变电路如图1.5所示。图1.51.2整流电路供电时电动机工作情况1.2.1工作于整流状态时为了保持负载电流的稳定状况，一般我们会采取电枢电路串平波电抗器，保持整流电流可以连续输出。在电动机负载电路中，电流由负载转距所决定，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，特别是在低速时，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，这时整流电路输出的电压和电流波形与电流连续时有差别，因此，晶闸管电动机系统有两种工作状态，一种是在工作在大电流时的电流连续工作状态，一种是工作在电流较小时的电流断续工作状态[7]。1.2.2工作于有源逆变时当电流断续时，电动机的机械特性不仅和逆变角有关，而且和电路的参数导通角都有关系。逆变电流断续时，电动机的机械特性与整流时十分相似，理想空载转速上翘很多，机械特性变软，呈现非线性，说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续，电动机在各象限中的机械特性，对分析直流可逆拖动系统十分有利，可以利用其特性进行研究。电流连续时的机械特性：主回路电流连续的机械特性由电压平衡公式Ud-Em=Id·R∑决定，逆变时由于Ud=-Udo·cosβ，Em反接，且E电流断续时的机械特性：EM=√2U2cos(此为电流断续时，电动机的机械特性方程可以使用整流室电流断续的机械特性表达式)n=EId=3√2U22πZcosφ[cos(7π6−β分析结果后可以看出，当电流处于断续状态时，此时电动机本身的机械特性，不但和其逆变角有关系，还与电路的参数和导通角等其他有关系。联系上面的公式，取一个β值，求得不同的θ值，例如π/2，π/6,π/3等不同的值，根据对应的值可以求出来对应的转速和电流值，同时可以画出逆变电流断续时候电动机的机械特性[8]。画出图后可以得出图形与整流电路十分相似：机械特性变软，并且呈现非线性状态。整个图像说明逆变状态下，机械特性是整流电路状态的延续，观察α角的变化，可以看出，电动机的机械特性逐渐由第一象限下移，然后到达第四象限。逆变状态下，机械特性也还可以表示在第二象限里，而和它对应的整流状态下的机械特性表现在第三象限中。同时可以看出，第一象限以及第三象限的特性和第二象限以及第三象限的特性是属于两组完全不同的变流器的，二者输出的整流电压的波形完全相反，所以被称为正组变流器和反组变流器。电动机的工作点运行时由第一（三）象限的特性转到第二（四）象限的特性，这个时候说明，电动机是由电动运行方式转变为发电制动运行方式。同时对应的变流器的状况从整流状态变为逆变状态，从而让电动机机轴上存储的机械能逆变成交流电然后传回电网中。而且电动机的象限特性，对直流可逆拖动系统的研究有很大帮助。1.3直流可逆拖动系统的前景在直流可逆拖动系统的研究中，电动机的象限特性在其中有很大帮助，首先说这个直流发电机近些年的发展，对于这个今年来制定了很多的结构方案和策略，用来提升我国的大型直流电动机的技术水平，运行可靠性和简便性等方面做出突破，还有就是为了降低它的材料用料和用工量，也就是所谓的降低生产成本，在这些结构措施中主要有下面这几项内容：借助有径向和切向的槭紧系统将铁芯固定在电枢支架上，对于键槽还进行了光整，以保证平面的平行度。把电枢支架制成整段式里衬筒体，从而改善了圆盘间的转矩发布，研制绕组支架用成形绝缘垫来取代带子绝缘，改善了绝缘质量，并且减轻了灰尘对电枢的污染，这样一来，提高了电枢绕组对地绝缘电阻的稳定性[9]。定子机座磁轭和磁极铁芯采用冷轧电工钢片叠成。因为它们具有良好的电磁性能和较低的厚度差与压延缺陷双向翘曲，这就可以缩小外形尺寸和提高机座与磁极的装配质量。由于缩小扇形片的尺寸，在机座轭上就形成用以固定磁极螺钉的孔，因此，就无需钻螺钉孔，也就是说，减少了劳动量并保证磁极安装的对称性较好。设计与制成了新结构的刷握，它对电刷具有恒定压力，从而改善了电刷装置的工作和换向。大型直流电机的轴承采用圆盘式润滑系统，用来取代油环，从而改善了在转速变化，其中表现在逆转情况下电机的润滑最为代表。并且还设计了换向器单独通风的电机结构，这样一来就可以完全避免了刷粉对电机脏污的影响。应用前景非常的良性。与此同事呢，电机拖动也有了新的发展，对于拖动系统然后又有了新的更好的要求，比如呢，提高对产品加工的精密程度，加快工作的进度，以达到高质量高效率的目标。对于拖动系统要求要快速启动，制动和逆转，实现宽范围内的调速及整个生产过程的自动化，许多技术的不断成熟和完善，从而达到最优的控制[10]。在经济建设飞速发展的今天，晶闸管直流电动机在电器以及各个行业的应用，开始了新知识，新技术，新方法，新工艺的诞生，生产和应用可谓是空前绝后的，以稳定的性能，体积小，重量轻，高效率而广泛应用。1.4直流可逆拖动系统的运行方式图1.6是三相半波有环流接线的可逆电路，图1.7是三相全控桥的无环流接线的可逆电路。图1.6图1.7图