【正文】 第 10章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 不間斷電源 開(kāi)關(guān)電源 功率因數(shù)校正技術(shù) 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用 本章小結(jié) 2/70 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 工作于整流狀態(tài)時(shí) 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) 3/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)，習(xí)慣稱(chēng)為晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。 ■ 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除本身有 電阻 、 電感 外，還有一個(gè) 反電動(dòng)勢(shì) E，為了平穩(wěn)負(fù)載電流的脈動(dòng)，通常在電樞回路串聯(lián)一 平波電抗器 ，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)。 0 .200 .20 .40 .60 .81?EUduduaubuduciaicibicidoot?t?Rid.圖 101 三相半波帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形 4/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ?23 XRRR BMB ????■ 觸發(fā)晶閘管，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)達(dá)穩(wěn)態(tài)后，由于電動(dòng)機(jī)有較大的機(jī)械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)都基本無(wú)脈動(dòng)，此時(shí)整流電壓的平均值由電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)及電路中負(fù)載平均電流 Id所引起的各種電壓降所平衡，平衡方程為 UIREU dMd ???? ?式中， ，其中 RB為變壓器的等效電阻， RM為電樞電阻， 為重疊角引起的電壓降所折合的電阻； 為晶閘管本身的管壓降。 ?23XB U?■ 在電動(dòng)機(jī)負(fù)載電路中，電流由 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 所決定，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較輕時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流也小，在小電流情況下，特別在低速時(shí)，由于電感的儲(chǔ)能減小，往往不足以維持電流連續(xù)，從而出現(xiàn) 電流斷續(xù)現(xiàn)象 。 (101) 5/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 三相半波電流連續(xù)時(shí)的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 ? 直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為 nCE eM ??? 因?yàn)? ，故反電動(dòng)勢(shì)特性方程為 ?c o 2UU d ?UIRUE dM ???? ??c o 2? 轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為 ???ede CUIRCUn ???? ?c 2RM? ?3 XB+oId?Ce)na1a2a3a1a2a3 RB(+Id? 三相橋式全控整流電路電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的機(jī)械特性方程為 deeICRCUn ?? ? ??? c 2圖 102 三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 (102) (103) (104) (105) 的值一般為 1V左右，所以忽略；調(diào)節(jié)角 ?，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 U?6/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 由于整流電壓是一個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，平波電抗器中的電感儲(chǔ)能減小，致使電流斷續(xù)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出 非線性 。 ◆ 電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性的特點(diǎn) ? 分析 ?=60?時(shí)的情況，當(dāng) Id=0，忽略 ，此時(shí)的反電動(dòng)勢(shì) 為 ，而實(shí)際上，晶閘管導(dǎo)通時(shí)相電壓瞬時(shí)值為 ，大于 ，也即 Id不為零，所以 才是 理想空載點(diǎn) 。 U? 0E?220 5 8 UUE ????22U 0E?22UoIdEE0E 39。Id m inU20 . 5 8 5( )U2(2斷 續(xù) 段 特 性 的 近 似 直 線斷 續(xù) 區(qū)連 續(xù) 區(qū)0)圖 103 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)勢(shì)的特性曲線 ? 在電流斷續(xù)情況下， 時(shí)，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載反電動(dòng)勢(shì)都是 ；當(dāng) 以后，空載反電動(dòng)勢(shì)將由 決定。 ??60?22U ??60?)3c o s (2 2 ?? ?U7/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) Ida1a2a3a4a5分 界 線EE0o斷 續(xù) 區(qū) 連 續(xù) 區(qū)圖 104 考慮電流斷續(xù)時(shí)不同 ?時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的特性曲線 ?1?2?360?， ?5?460? ? 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 理想空載轉(zhuǎn)速抬高 ，這是電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的第一個(gè)特點(diǎn)；第二個(gè)特點(diǎn)是，在電流斷續(xù)區(qū)內(nèi)電動(dòng)機(jī)的 機(jī)械特性變軟 ，即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。 ? ?大的反電動(dòng)勢(shì)特性，其電流斷續(xù)區(qū)的范圍（以虛線表示）要比 ?小時(shí)的電流斷續(xù)區(qū)大，這是由于 ?愈大，變壓器加給晶閘管陽(yáng)極上的負(fù)電壓時(shí)間愈長(zhǎng)，電流要維持導(dǎo)通，必須要求平波電抗器儲(chǔ)存較大的磁能，而電抗器的 L為一定值的情況下，要有較大的電流 Id才行；故 隨著 ?的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大 ，這是電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的第三個(gè)特點(diǎn)。 8/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ◆ 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性可由下面三個(gè)式子準(zhǔn)確地得出 ???????????? c tgc tgM eeUE ?????????? 1)6s i n ()6s i n (c o s2 2????????????c tgc tgeeMeeCUCEn??????????????1)6s i n ()6s i n (c o s22]2)6c o s ()6[ c o s (c o s2 2322 nUCZUI ed ???????????????式中， ， ， L為回路總電感。 RLtg ?? 1?? 22 LRZ ?? ?(106) (107) (108) 9/70 工作于整流狀態(tài)時(shí) ◆ 一般只要主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續(xù)段，完全按線性處理，當(dāng)?shù)退佥p載時(shí)，斷續(xù)作用顯著，可改用另一段較陡的特性來(lái)近似處理。 ? 整流電路為三相半波時(shí)，在最小負(fù)載電流為 Idmin時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量（單位為 mH）為 m indIUL ? ? 對(duì)于三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)，有 m indIUL ? L中包括 整流變壓器的漏電感 、 電樞電感 和 平波電抗器的電感 ，前者數(shù) 值都較小，有時(shí)可忽略； Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的 5%～ 10%。 ? 三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)頻率比三相半波的高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也可相應(yīng)減小約一半。 (109) (1010) 10/70 因?yàn)? ，可求得電動(dòng)機(jī) 的機(jī)械特性方程式 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) RIEU dMd ???nCE eM 39。?■ 電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 電壓平衡方程式為 ◆ 逆變時(shí)由于 ， EM反接，得 ?c o s0dd UU ??)0 c o s( ???? RIUE ddM ?)c os(1 039。 RIUC dden ???? ?正組變流器 反組變流器 n ? 3 ? 2 ? 1 I d ? 4 ? 2 ? 3 ? 4 ? 1 ? = ? = ? 2 ? 39。 = ? 39。= ? 2 ? 39。 3 ? 39。 2 ? 39。 1 ? 39。 4 ? 39。 2 ? 39。 3 ? 39。 4 ? 39。 1 ? 1 = ? 39。 1 。 ? 39。 1 = ? 1 ? 2 = ? 39。 2 。 ? 39。 2 = ? 2 ? 增大方向 39。 ? 增大方向 39。 ? 增大方向 ? 增大方向 圖 105 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 ◆ 上式的負(fù)號(hào)表示逆變時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與整流時(shí)相反； 調(diào)節(jié) ?就可改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速 ， ?值愈 小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速愈高；反之則轉(zhuǎn)速愈低。 (1011) (1012) 11/70 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) ■ 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性可由下面三個(gè)式子準(zhǔn)確地得出 ? ? ? ?eeUE M?????? ?????? c t gc t g67672 1s i ns i nc o s2??????????? ? ? ?eeeeMCUCEn?????? ??????c t gc t g67672 s i ns i nc o s2??????????????????? ???????? ????????? ?? nUCZ UI ed ???????? 22 267c o s67c o sc o s2 23當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不僅和 逆變角 有關(guān)，而且和 電路參數(shù) 、 導(dǎo)通角 等有關(guān)系。 (1013) (1014) (1015) 12/70 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 正組變流器 反組變流器 n ? 3 ? 2 ? 1 I d ? 4 ? 2 ? 3 ? 4 ? 1 ? = ? = ? 2 ? 39。 = ? 39。= ? 2 ? 39。 3 ? 39。 2 ? 39。 1 ? 39。 4 ? 39。 2 ? 39。 3 ? 39。 4 ? 39。 1 ? 1 = ? 39。 1 。 ? 39。 1 = ? 1 ? 2 = ? 39。 2 。 ? 39。 2 = ? 2 ? 增大方向 39。 ? 增大方向 39。 ? 增大方向 ? 增大方向 圖 105 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 ◆ 圖 105中右下的虛線以左的部分為逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，其特點(diǎn)是：理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多 ， 機(jī)械特性變軟 ，且呈現(xiàn)非線性 。 ◆ 逆變狀態(tài)的機(jī)械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)，縱觀控制角 ?由小變大（如 ?/6~ ?5/6），電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性則逐漸的由第1象限往下移，進(jìn)而到達(dá)第 4象限；第 2象限里也為逆變狀態(tài)，與它對(duì)應(yīng)的整流狀態(tài)的機(jī)械特性則表示在第 3象限里。 ◆ 第 第 4象限中的特性和第 第 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(biāo)以 正組 和 反組變流器 。 ◆ 運(yùn)行工作點(diǎn)由第 1（第 3）象限的特性，轉(zhuǎn)到第 2（第 4）象限的特性時(shí)，表明電動(dòng)機(jī)由 電動(dòng)運(yùn)行 轉(zhuǎn)入 發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行 ；相應(yīng)的變流器的 工況 由 整流轉(zhuǎn)為逆變 。 13/70 ■