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1、第6章 直/交流传动控制系统,机电传动控制,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制 6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流调速系统,电力电子器件,整流交流直流电压逆变直流交流电压斩波固定可调直流电压交流调压固定可调交流电压,功率二极管晶闸管绝缘栅双极晶体管门极可关断晶闸管,功率二极管,不可控开关器件加正向电压导通加反向电压截止,晶闸管,四层半导体材料叠成阳极阴极控制极,晶闸管的工作原理,晶闸管特性,属于半控器件导通可控，关断不可控阳极A承受反压时，不论控制极G是否有触发电流，晶闸管都不导通阳极A承受正压时，仅在控制极G有触发电流时晶闸管才导通,晶闸管一旦导
2、通，控制极G就失去控制作用要使晶闸管关断，需断开阳极A或加反向电压并使阳极电流小于维持导通电流（接近0）,晶闸管的伏安特性,晶闸管性能参数,UDRM和URRM控制极断路时允许重复加在晶闸管上的正向峰值电压和反向峰值电压额定电压UDRM和URRM中的较小值的23倍,额定电流ITIe为实际通过晶闸管的电流有效值,全控器件,绝缘栅双极晶体管IGBTG、C、E是栅极、集电极和发射极,门极可关断晶闸管GTOA、K、G是阳极、阴极和门极,电力电子器件,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制6.2.1 整流电路6.2.2 逆变电路 6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流
3、调速系统,整流电路,不控整流电路交流电压大小不变的直流电压半控和全控整流电路交流电压大小可调的直流电压,电力电子电路分析器件关断时，流过器件的电流为0器件导通时，器件两端电压为0,单相半波可控整流-电阻性负载,触发角/控制角晶闸管承受正压到触发脉冲到来间的电角度导电角晶闸管1个周期内导通的电角度,单相半波可控整流-电阻性负载,输出电压平均值输出电流平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为,单相半波可控整流-阻感性负载,输出电压平均值,单相半波可控整流-阻感性负载,输出电压平均值流过晶闸管和续流二极管的电流平均值,晶闸管承受的最大正向与反向电压为,课堂练习6.1某单相半波可控整流电路负载为纯电阻，
4、交流电源电压U2=220V，输出的直流平均电压Ud=50V，输出电流平均值Id=20A，试求:(1)晶闸管的控制角(约90);(2)晶闸管的额定电流和额定电压(4256,622933),作业教材第298页习题10.20,单相桥式整流电路,单相桥式半控整流-电阻性负载,输出电压平均值晶闸管承受的最大正向与反向电压为,单相桥式半控整流-阻感性负载,流过每个晶闸管和续流二极管电流的平均值,单相桥式半控整流-反电动势负载,课堂练习6.2单相桥式半控整流电路带电感性负载(LR)并有续流二极管,负载电阻RL=5,交流电源电压U2=220V,晶闸管的控制角=60,试求:(1)输出的直流平均电压(148.5)
5、;(2)晶闸管的额定电流(16.522)和额定电压(622933),课堂练习6.3（作业）某单相桥式半控整流电路带阻感性负载，电源电压U2=220V，电抗器L足够大,负载电流50A,=/2,试求：(1)晶闸管的平均电流(12.5);(2)续流二极管的平均电流(25);(3)晶闸管的额定电流(23.431.8)和额定电压(622933),单相桥式全控整流-电阻性负载,输出电压平均值每个晶闸管电流平均值,晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压,单相桥式全控整流-阻感性负载,输出电压平均值每个晶闸管电流平均值,晶闸管承受的最大正压和反压均为,三相半波可控整流-电阻性负载,1、2、3为自然换相点触发顺序
6、VT1-VT2-VT3触发脉冲相位差120控制角从自然换相点算每个晶闸管导通120,三相半波可控整流-电阻性负载,=0，t=/6输出电压平均值每支晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压,三相半波可控整流-电阻性负载,=/6，t=/3输出电压平均值,三相半波可控整流-电阻性负载,=/3，t=/2输出电压平均值,三相半波可控整流-阻感性负载,输出电压平均值晶闸管承受的最大正、反压均为,三相半波可控整流-阻感性负载,三相桥式全控整流电路,三相桥式全控整流-阻感性负载,=0,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制6.2.1 整流电路6.2.2 逆变电路
7、 6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流调速系统,逆变电路,有源逆变逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电无源逆变逆变器的交流侧接到负载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载,变流器可同时实现整流和逆变功能的晶闸管电路,有源逆变,a)两电动势同极性EGEMb)两电动势同极性EGEM,c)两电动势反极性，顺向串联形成短路,有源逆变的条件,用单相桥式全控电路代替发电机G,条件1有直流电动势源EM，其极性和晶闸管导通方向一致且EMUd条件2晶闸管/2使Ud为负,无源逆变,以相等的时间间隔交替地闭合和断开S1、S4 和S2、S3，则在负载上获得交流电交流电频率取决于两
8、组开关在每秒内闭合和断开的次数,换相,电流在不同支路的转移过程,换相方式器件换相电网换相负载换相强迫换相,三相电压型逆变电路,直流侧为电压源V1V6为IGBTVD1VD6为二极管,三相电流型逆变电路,直流侧为电流源VT1VT6为晶闸管,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流调速系统,降压斩波电路,V为IGBT,ton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期为导通占空比,升压斩波电路,ton为V导通时间toff为V关断时间T为V开关周期为导通占空比,PWM控制,脉冲宽度调制pulse width modulatio
9、n保持开关器件T不变，改变ton调控输出电压,等幅PWM控制直流斩波控制不等幅PWM控制SPWM逆变控制,SPWM控制,Sinusoidal PWM脉冲宽度按正弦规律变化，可等效输出正弦波,冲量等效原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上的效果基本相同,SPWM控制,SPWM控制,用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波,SPWM控制,SPWM的调制控制,期望正弦波ur和高频双极性三角波uc,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流调速系统6.4.1 直流调速系统6.4.2 交流调速系统,直流电机调速原理,调压调速改
10、变电枢电压Ua调磁通调速改变励磁电阻Rf调电阻调速改变电枢回路电阻Ra,直流调速系统,晶闸管直流调速系统开环调速系统单闭环调速系统有静差调速系统无静差调速系统双闭环调速系统可逆调速系统PWM直流调速系统,开环调速系统,调压调速控制电压Ug晶闸管控制角整流电路输出电压UD电机调压调速开环系统只能调速，不能稳速,转速负反馈调速系统,比例放大器,触发电路,整流电路,测速发电机,转换元件,给定电位器,电压负反馈调速系统,调速过程与转速负反馈完全相同，只是反馈信号和检测元件不同,无静差调速系统,采用比例积分放大器,转速/电流双闭环调速系统,转速调节器ST用于转速负反馈控制,电流调节器LT用于电流负反馈控
11、制,可逆直流调速系统,PWM直流调速系统,直流斩波器,VT1VT4均为IGBT,直流斩波器,T为输出矩形波周期t1为正向脉冲宽度导通占空比,第6章 直/交流传动控制系统,6.1 电力电子器件 6.2 整流与逆变控制6.3 斩波与PMW控制6.4 直/交流调速系统6.4.1 直流调速系统6.4.2 交流调速系统,交流电机调速原理,磁极对数调速定子电源频率调速变压变频调速恒压弱磁调速转差率调速调压调速定子电源电压或定子串电阻调速转子串电阻调速采用串级调速,交流调速系统,晶闸管调压调速系统晶闸管串级调速系统变频调速系统,晶闸管交流调压电路,单相,三相,转速负反馈闭环控制,串级调速原理,未串附加电势时
12、串入与E2同频反相的附加电势Ead后电机降速运行,晶闸管串级调速系统,变频调速系统,交-直-交变频调速交-交变频调速矢量变换控制调速无刷直流电机调速,交-交变频,单相交-交变频器按正弦规律调制,矢量变换控制,根据旋转磁场等效原则，通过坐标变换把交流电机定子电流分解为磁场分量和转矩分量,矢量控制变频调速系统,有刷直流电机,旋转逆变器是直流电机一切缺陷的根源,定子磁极,转子电枢,电机反装以取代旋转逆变器,磁场由转子（永磁体）提供，主磁极随转子一起旋转,转子磁极,定子电枢,无刷直流电机,无刷直流电机结构同步电动机主磁极位置检测器BQ静止逆变器,总结,本章知识点1.晶闸管的工作原理和性能参数2.单相可控整流电路分析 3.有源逆变4.PWM控制,
