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1、2.9 晶闸管-直流电动机系统的机械特性,晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统称为晶闸管-直流电动机系统。它是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一。对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析。,2.9.1 工作于整流状态时,整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都很不利。通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证负载电流在较大范围内连续，如右图所示。,此时，整流电路直流电压的平衡方程为 Ud=EM+RId+2U(2-66)式中，R=RB+RM+3XB/
2、。EM为电动机的反电动势RId为负载平均电流Id所引起的各种电压降 变压器的电阻压降RBId 电枢电阻压降RMId 由重叠角引起的电压降3XBId/U为晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。,1.电流连续时电动机的机械特性在电机学中，已知直流电动机的反电动势为EM=Cen 式中，Ce由电动机结构决定的电动势常数；电动机磁场每对磁极下的磁通量，单位（韦伯）；n电动机的转速，单位（转/分）。根据式(2-66)可得出不同控制角时EM与Id的关系EM=2.34U2 Cos RId2U 故转速与电流的机械特性关系式为(2-67),U的值一般为1V左右，可忽略，那么根
3、据上式可作出不同时n与Id的关系，如右图所示。,可见其机械特性与由直流发电机供电时的机械特性是相似的，是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。调节，即可调节电动机的转速。,30，电动机的实际空载反电动势都是 当30以后，空载反电动势为,电流连续时的理想空载反电动势（=30，忽略U）E0=2.34U2Cos30=2.03U2,实际当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续，这个 E0 是不存在的，真正的理想空载点远大于此值。,2.电流断续时电动机的机械特性 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时电动机的机械
4、特性也就呈现出非线性。,EM=f(Id),电动机的理想空载转速抬高。机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。随着的增加，进入断续区的电流值加大。,越大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间越长，电流要维持导通，必须要求平波电抗器储存较大的磁能，而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。,1233045,电流断续时电动机机械特性的特点：,一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。,当低速轻载时，断续作用显著，可改用另一段较陡的特性来近似处理，其等效电阻比实际的电阻R要大一个数量级。,整流电路为三相全控桥时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流连
5、续所需的主回路电感量为L=0.693U2/Idmin（mH）对于三相半波可控整流电路带电动机负载的系统，有L=1.46U2/Idmin（mH）L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。Idmin一般取电动机额定电流的5%10%。,2.9.2 工作于有源逆变状态时1.电流连续时电动机的机械特性,主回路电流连续时的机械特性由电压平衡式Ud=EM+RId+2U决定逆变时由于Ud=Ud0Cos，EM反接，得EM=(Ud0Cos+RId+2U)因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式（忽略U）n=(Ud0Cos+RId)/(Ce),对应不同的逆变角，可得一组平行的机械特性族，如右图中
6、第4象限虚线以右所示。,理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续。,2.电流断续时电动机的机械特性逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：,纵观控制角由小变大，电动机的机械特性则逐渐的由第1象限往下移，进而到达第4象限。逆变状态的机械特性同样还可表示在第2象限里，与它对应的整流状态的机械特性则表示在第3象限里。,下图是电动机在四象限运行的机械特性图中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分别属于两组变流器的，它们输出整流电压的极性彼此相反，故分别标以正组和反组变流器。,2.9.3 直流可逆电力拖动系统,电动机都可四象限运行可根
7、据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态,直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动。电动机反向过程：,第1象限正转，电动机从正组桥取得电能。,首先应使电动机迅速制动，也就必须改变电枢电流的方向，为此需切换到反组桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，随着电动机转速的下降，不断地调节N，使之由小变大直至N=/2（n=0）。,如继续增大N，即N/2，反组桥将转入整流状态下工作，电动机开始反转进入第3象限的电动运行。,小 结,本章的学习重点包括：(1)学习不同形式整流电路的工作原理，波形分析与数值计算、各种负载对整流电路工作情况的影响。(2)掌握变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、换相重叠角等概念，并掌握相关的分析计算。(3)掌握有源逆变器的分析计算，产生有源逆变的条件、逆变失败及最小逆变角的限制等。(4)熟悉锯齿波移相触发电路的原理，掌握同步电压信号的选取方法。,
