目錄

2.8?晶閘管直流電動機調速

引言

2.8.1 工作于整流狀態時（電動狀態）

1）電流連續時電動機的機械特性

2）電流斷續時電動機的機械特性

電流斷續時電動機機械特性的特點

2.8.2 工作于有源逆變狀態時（回饋制動）

1）電流連續時電動機的機械特性

2）逆變電流斷續時電動機的機械特性，與整流時十分相似

2.8.3 直流可逆電力拖動系統

兩套變流裝置反并聯連接的可逆電路的相關概念和結論

控制方式1

控制方式2

2.9 相控電路的驅動控制

引言

相控電路

相控電路的驅動控制

2.9.1 同步信號為鋸齒波的觸發電路

相控電路對晶閘管觸發角的控制要求

1）脈沖形成環節

2）鋸齒波的形成和脈沖移相環節

3）同步環節

4）雙窄脈沖形成環節

2.9.2 集成觸發器

KJ004

完整的三相全控橋觸發電路

模擬與數字觸發電路

2.9.3 觸發電路的定相

措施

分析三相全控橋

變壓器接法

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2.8?晶閘管直流電動機調速

引言

晶閘管直流電動機系統——晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統。

• 是電力拖動系統中主要的一種。
• 是可控整流裝置的主要用途之一。

對該系統的研究包括兩個方面：

• 其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況。
• 其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節主要從第二個方面進行分析。

2.8.1 工作于整流狀態時（電動狀態）

整流電路接反電動勢負載時，負載電流斷續，對整流電路和電動機的工作都很不利。

因此，通常在電樞回路串聯一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內連續，如圖所示。

此時，整流電路直流電壓的平衡方程為：

式中，。

為電動機的反電動勢

為負載平均電流所引起的各種電壓降，包括：

• 變壓器的電阻壓降
• 電樞電阻壓降
• 由重疊角引起的電壓降

為晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值。

系統的兩種工作狀態：

• 電流連續工作狀態
• 電流斷續工作狀態

1）電流連續時電動機的機械特性

在電機學中，已知直流電動機的反電動勢為：

可根據整流電路電壓平衡方程式，得：

轉速與電流的機械特性關系式為：

• 其機械特性是一組平行的直線，其斜率由于內阻不一定相同而稍有差異。
• 調節角，即可調節電動機的轉速。

2）電流斷續時電動機的機械特性

當負載減小時，平波電抗器中的電感儲能減小，致使電流不再連續，此時其機械特性也就呈現出非線性。

• 當減小至某一定值以后，電流變為斷續，這個是不存在的，真正的理想空載點遠大于此值。
• 電動機的實際空載反電動勢都是。
• 時為：。
• 主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續段，完全按線性處理。
• 當低速輕載時，可改用另一段較陡的特性來近似處理，等效電阻要大一個數量級。

電流斷續時電動機機械特性的特點

• 電流斷續時理想空載轉速抬高。
• 機械特性變軟，即負載電流變化很小也可引起很大的轉速變化。
• 隨著的增加，進入斷續區的電流值加大。

2.8.2 工作于有源逆變狀態時（回饋制動）

1）電流連續時電動機的機械特性

電流連續時的機械特性由決定的。

逆變時由于，反接，得：

因為，可求得電動機的機械特性方程式：

2）逆變電流斷續時電動機的機械特性，與整流時十分相似

• 理想空載轉速上翹很多，機械特性變軟，且呈現非線性。
• 逆變狀態的機械特性是整流狀態的延續。
• 縱觀控制角變化時，機械特性相應變化。

第1、4象限中和第3、2象限中的特性是分別屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標以正組和反組變流器。

2.8.3 直流可逆電力拖動系統

a）三相半波有環流接線；b）三相全控橋無環流接線

c）對應電動機四象限運行時兩組變流器工作情況

兩套變流裝置反并聯連接的可逆電路的相關概念和結論

• 環流是指只在兩組變流器之間流動而不經過負載的電流。
• 正向運行時由正組變流器供電；反向運行時，則由反組變流器供電。
• 根據對環流的處理方法，反并聯可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環流（）、可控環流、邏輯控制無環流和錯位控制無環流等。
• 該電路連接下，電動機都可四象限運行。
• 可根據電動機所需運轉狀態來決定哪一組變流器工作及其工作狀態：整流或逆變。

直流可逆拖動系統，除能方便地實現正反轉外，還能實現電動機的回饋制動。適合于頻繁啟動、制動，對響應速度要求較高的場合。

控制方式1

配合控制的有環流可逆系統

• 對正、反兩組變流器同時輸入觸發脈沖，并嚴格保證的配合控制關系。
• 假設正組為整流，反組為逆變，即有，，且極性相抵，兩組變流器之間沒有直流環流。
• 但兩組變流器的輸出電壓瞬時值不等，會產生脈動環流。
• 串入環流電抗器限制環流。

控制方式2

邏輯無環流可逆系統

• 工程上使用較廣泛，不需設置環流電抗器。
• 只有一組橋投入工作（另一組關斷），兩組橋之間不存在環流。

兩組橋之間的切換過程：

• 首先應使已導通橋的晶閘管斷流，要妥當處理使主回路電流變為零，使原導通晶閘管恢復阻斷能力。
• 隨后再開通原封鎖著的晶閘管，使其觸發導通。
• 這種無環流可逆系統中，變流器之間的切換過程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無環流系統。

2.9 相控電路的驅動控制

引言

相控電路

• 晶閘管可控整流電路，通過控制觸發角的大小即控制觸發脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。
• 采用晶閘管相控方式時的交流電力變換電路和交交變頻電路。

相控電路的驅動控制

• 為保證相控電路正常工作，很重要的是應保證按觸發角的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發脈沖。
• 晶閘管相控電路，習慣稱為觸發電路。

大、小功率的變流器廣泛應用的是晶體管觸發電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發電路應用最多。

2.9.1 同步信號為鋸齒波的觸發電路

該小節內容（建議）可參照鏈接：電力電子技術筆記（6）——電力電子器件的驅動

相控電路對晶閘管觸發角的控制要求

• 同步：觸發信號和電源電壓在頻率和相位上的配合關系。（定位）
• 移相控制，極限保護。
• 觸發脈沖的寬度（雙窄脈沖）
• 與主電路的隔離

輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導通的電路），也可為單窄脈沖。

下圖右上角中，紅色水平線表示，鋸齒波表示，當改變的大小，即調整紅色水平線上下移動，輸出脈沖的相位隨之移動。

三個基本環節：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環節。此外，還有強觸發和雙 窄脈沖形成環節。

1）脈沖形成環節

• 、——脈沖形成
• 、——脈沖放大
• 控制電壓加在基極上

脈沖前沿由導通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數有關。

電路的觸發脈沖由脈沖變壓器TP二次側輸出，其一次繞組接在集電極電路中。

2）鋸齒波的形成和脈沖移相環節

鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等；本電路采用恒流源電路。由、、和等元件組成，、、和為一恒流源電路。

3）同步環節

同步——要求觸發脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關系確定。

鋸齒波是由開關管來控制的。

• 開關的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。
• 由導通變截止期間產生鋸齒波——鋸齒波起點基本就是同步電壓由正變負的過零點。
• 截止狀態持續的時間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時間常數。

4）雙窄脈沖形成環節

如上圖所示， 當觸發器2導通時，由于其X端與觸發器1的Y端連接使得觸發器1電路中的截止，因此觸發器1有脈沖輸出，觸發器2和觸發器1同時導通。

內雙脈沖電路。

、構成“或”門：

• 當、都導通時，、都截止，沒有脈沖輸出。
• 只要、有一個截止，都會使、導通，有脈沖輸出。
• 第一個脈沖由本相觸發單元的對應的控制角產生。
• 隔60°的第二個脈沖是由滯后60°相位的后一相觸發單元產生（通過）。

2.9.2 集成觸發器

可靠性高，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便。

晶閘管觸發電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。

KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發電路相似，分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環節。

完整的三相全控橋觸發電路

3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可。

KJ041內部是由12個二極管構成的6個或門。目的是產生雙窄觸發脈沖。

模擬與數字觸發電路

• 以上觸發電路為模擬的，優點：結構簡單、可靠；缺點：易受電網電壓影響，觸發脈沖不對稱度較高，可達3°~4°，精度低。
• 數字觸發電路：脈沖對稱度很好，如基于8位單片機的數字觸發器精度可達0.7°~1.5°。

2.9.3 觸發電路的定相

觸發電路的定相——觸發電路應保證每個晶閘管觸發脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關系。

措施

• 同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網，保證頻率一致。
• 觸發電路定相的關鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓（、、）的關系。

分析三相全控橋

如下圖所示，鋸齒波上升起點與同步信號正到負零點對應。

一般的，鋸齒波240°，舍去前后30°，留下中間180°。

控制角處為中點，滿足前后移相各90°（整流逆變）。

鋸齒波中點對應了的，接。

的同步電壓應滯后于180°（反相）。其它5個晶閘管也是如此。

變壓器接法

主電路整流變壓器為D，y-11聯結，同步變壓器為D，y-11，5聯結。

三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用上圖變壓器接法時）

晶閘管
主電路電壓
同步電壓

為防止電網電壓波形畸變對觸發電路產生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60°時，同步電壓只需滯后120°，同步電壓選取結果如表所示。

?

三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60°）

晶閘管
主電路電壓
同步電壓

不同的定相方案，變壓器的接法不同。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的电力电子技术（15）——晶闸管直流电动机调速相控电路的驱动控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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