【正文】 電力電子技術(shù) 的應(yīng)用 山東圣陽電源股份有限公司 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng) 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 不間斷電源 開關(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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 第 10章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 3/21 晶閘管直流電動機(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) 直流可逆電力拖動系統(tǒng) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 4/21 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 晶閘管可控整流裝置帶直流電動機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)，習(xí)慣稱為 晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng) ，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。 ■ 直流電動機(jī)負(fù)載除本身有 電阻 、 電感 外，還有一個(gè) 反電動勢 E，為了平穩(wěn)負(fù)載電流的脈動，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 三相半波帶電動機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 5/21 工作于整流狀態(tài)時(shí) ?23 XRRR BMB ????■ 觸發(fā)晶閘管，待電動機(jī)啟動達(dá)穩(wěn)態(tài)后，由于電動機(jī)有較大的機(jī)械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動勢都基本無脈動，此時(shí)整流電壓的平均值由電動機(jī)的反電動勢及電路中負(fù)載平均電流 Id所引起的各種電壓降所平衡，平衡方程為 d M dU E R I U? ?? ? ?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?■ 在電動機(jī)負(fù)載電路中，電流由負(fù)載轉(zhuǎn)矩所決定，當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載較輕時(shí)，對應(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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 6/21 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 電流連續(xù)時(shí)電動機(jī)的機(jī)械特性 ◆三相半波電流連續(xù)時(shí)的電動機(jī)機(jī)械特性 ? 直流電動機(jī)的反電動勢為 M eE C n??? 因?yàn)? ，故反電動勢特性方程為 1 1 7d2. c o sUU ??21 1 7Md. c o sE U R I U? ? ?? ? ?? 轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為 21 1 7. c o s deeR I UUnCC? ? ??????RM? ?3 XB+oId?Ce)na1a2a3a1a2a3 RB(+Id? 三相橋式全控整流電路電動機(jī)負(fù)載時(shí)的機(jī)械特性方程為 22 3 4. c o sdeeURnICC? ?????圖 102 三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動機(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)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 U?曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 7/21 工作于整流狀態(tài)時(shí) ■ 電流斷續(xù)時(shí)電動機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 由于整流電壓是一個(gè)脈動的直流電壓，當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載減小時(shí)，平波電抗器中的電感儲能減小，致使電流斷續(xù)，此時(shí)電動機(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)的反電動勢 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?0 2 21 1 7 6 0 0 5 8 5. c o s .E U U? ? ? ?22U 0E?22UoIdEE0E 39。Id m i nU20 . 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)電動勢的特性曲線 ? 在電流斷續(xù)情況下， 時(shí)，電動機(jī)的實(shí)際空載反電動勢都是 ；當(dāng) 以后，空載反電動勢將由 決定。 ??60?22U??60?)3c o s (2 2 ?? ?U曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 8/21 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)反電動勢的特性曲線 ?1?2?360?， ?5?460? ? 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電動機(jī)的 理想空載轉(zhuǎn)速抬高 ，這是電流斷續(xù)時(shí)電動機(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。 ? ?大的反電動勢特性， 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極上的負(fù)電壓時(shí)間愈長，電流要維持導(dǎo)通，必須要求平波電抗器儲存較大的磁能，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)電動機(jī)機(jī)械特性的第三個(gè)特點(diǎn)。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 9/21 工作于整流狀態(tài)時(shí) ◆ 電流斷續(xù)時(shí)電動機(jī)機(jī)械特性可由下面三個(gè)式子準(zhǔn)確地得出 ???????????? c t gc t gM eeUE ?????????? 1)6s i n ()6s i n (c o s2 2????????????c t gc t geeMeeCUCEn??????????????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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 10/21 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 21 4 6d m in. UL I? ? 對于三相橋式全控整流電路帶電動機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)，有 20 6 9 3d m in. UL I? 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一般取電動機(jī)額定電流的 5%～ 10%。 ? 三相橋式全控整流電壓的脈動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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 11/21 因?yàn)? ，可求得電動機(jī) 的機(jī)械特性方程式 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) d M dU E I R ???MeE C n??■ 電流連續(xù)時(shí)電動機(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 d d 0 c osUU ???M d0 d( c o s )E U I R? ?? ? ?1d 0 de( c o s )n U I RC ? ?? ? ??正組變流器 反組變流器 n a 3 a 2 a 1 I d a 4 b 2 b 3 b 4 b 1 a = b = p 2 a 39。 = b 39。= p 2 b 39。 3 b 39。 2 b 39。 1 b 39。 4 a 39。 2 a 39。 3 a 39。 4 a 39。 1 a 1 = b 39。 1 。 a 39。 1 = b 1 a 2 = b 39。 2 。 a 39。 2 = b 2 a 增大方向 39。 b 增大方向 39。 a 增大方向 b 增大方向 圖 105 電動機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 ◆ 上式的負(fù)號表示逆變時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向與整流時(shí)相反； 調(diào)節(jié) ?就可改變電動機(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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 12/21 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) ■ 電流斷續(xù)時(shí)電動機(jī)的機(jī)械特性 ◆ 電動機(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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 13/21 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 正組變流器 反組變流器 n a 3 a 2 a 1 I d a 4 β 2 β 3 β 4 β 1 a = β = π 2 a 39。 = β 39。= π 2 b 39。 3 b 39。 2 β 39。 1 b 39。 4 a 39。 2 a 39。 3 a 39。 4 α 39。 1 a 1 = b 39。 1 。 a 39。 1 = b 1 a 2 = b 39。 2 。 a 39。 2 = b 2 a 增大方向 39。 β 增大方向 39。 a 增大方向 β 增大方向 圖 105 電動機(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），電動機(jī)的機(jī)械特性則逐