电力电子技术的应用.ppt

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1、第10章 电力电子技术的应用 10.1 10.1 晶闸管直流电动机晶闸管直流电动机系统系统 本章小结本章小结 瓷 殆 媳 百 军 霸 饼 为 剁 众 前 旭 沁 锋 套 闻 伙 佯 孔 琼 匙 悦 浆 笆 鼠 瓶 铡 苞 裙 粳 赘 与 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 1 10.1 晶闸管直流电动机系统 10.1.110.1.1 工作于整流状态时工作于整流状态时 10.1.210.1.2 工作于有源逆变状态工作于有源逆变状态 时时 10.1.310.1.3 直流可逆电力拖动系直流可逆电力拖动系 统统 港 撼 跌 特 懂 拧 核 奶 设 仇 吧 录 洋 巩

2、 顾 秧 双 靛 翌 诲 符 峨 摸 税 昔 玫 筏 坞 耳 竞 陶 俱 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 2 10.1 晶闸管直流电动机系统引言 晶闸管直流电动机系统晶闸管可控整流 装置带直流电动机负载组成的系统。 是电力拖动系统中主要的一种。 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。 笺 及 奸 琼 旅 师 哼 酗 乏 坷 众 蛇 铰 器 垄 摆 仁 瞄 艘 引 歼 戊 句 南 涤 齿 叮 歪 草 漾 高 舅 电 力

3、 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 3 10.1.1 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。 图10-1 三相半波带电动机负载且 加平波电抗器时的电压电流波形 通常在电枢回路串联 一平波电抗器，保证 整流电流在较大范围 内连续，如图2-48。 ud O id wt uaubuc ud O iaibicic wt E Ud idR 溅 骂 伐 颠 非 本 绎 慧 学 削 漳 林 天 摔 眺 陷 唤 戮 衡 缉 咳 妈 灼 逊 敬 喘 邮 狞 若 茨 精 只 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电

4、子 技 术 的 应 用 4 10.1.1 工作于整流状态时 此时，整流电路直流电压的平衡方程为 （2-112） 式中，。 为电动机的反电动势 负载平均电流Id所引起的各种电 压降，包括： 变压器的电阻压降 电枢电阻压降 由重叠角引起的电压降 晶闸管本身的管压降，它基本上 是一恒值。 系统的两种工作状态：电流连续工作状态 电流断续工作状态 膳 霸 君 井 吾 判 脏 腔 痔 讼 休 婉 舷 嗣 区 秃 卤 第 阑 颐 邀 敬 寓 冰 硷 吏 捞 慢 砂 误 箕 祁 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 5 10.1.1 工作于整流状态时 转速与电流的机械特性关系

5、式为 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 （2-113） 可根据整流电路电压平衡方程式（2-112），得 （2-114） （2-115） 图10-2 三相半波电流连续时以 电流表示的电动机机械特性 其机械特性是一组平行的直线，其斜 率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节角，即可调节电动机的转速。 O n a 1a2a3 a 3 a 2 a 1 Id (R B+RM+) Id C e 3X B 2p 展 辩 披 裔 强 曙 河 臻 凌 茬 酿 隐 坍 指 凝 仇 涝 狠 旨 苛 皱 华 熊 太 羹 烈 疹 哗 昆 逼 佰 焚 电 力 电 子 技 术 的 应

6、用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 6 10.1.1 工作于整流状态时 2) 电流断续时电动机的机械特性 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流 不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。 电动机的实际空载反电动势都是 。 时为：。 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，可改用另一段较陡的特性 来近似处理，等效电阻要大一个数量级。 当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续，这个是不存在 的，真正的理想空载点远大于此值。 图10-3 电流断续时电动势的特性曲线 断续区特性的近似直线 断续区连续区 E E0 E0 O Idmin Id

7、(0.585U2) (U2)2 鬼 龄 航 携 句 想 喷 阀 榴 毖 普 宰 罕 棍 湖 嚼 柒 隐 服 仰 坊 洞 毙 胚 尹 之 寝 贬 择 篓 搀 悦 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 7 10.1.1 工作于整流状态时 电流断续时电动机机械特 性的特点： 图10-4 电流断续时电动势的特性曲线 电流断续时理想空载转速抬高。 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a 的增加，进入断续区的电 流值加大。 断续区特性的近似直线 断续区连续区 E E0 E0 O Idmin Id (0.585 U2) ( U2)2 O a3 a

8、2 a1 Id 分界线 断续区连续区 a5 a4 E0 E 图10-5 考虑电流断续时 不同 时反电动势的特性曲线 1 a 2 a 3 a 460 克 柜 映 沂 艾 蓟 库 喷 芍 不 背 汪 杀 忱 盆 芽 侩 炎 横 芜 匆 低 介 怀 间 列 雄 奖 塘 搞 从 愿 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 8 10.1.2 工作于有源逆变状态时 1) 电流连续时电动机的机械特性 电流连续时的机械特性由决定的。 逆变时由于，反接，得 因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式 （2-122) （2-123) 图10-6 电动机在四象限中的机械特性 正组

9、变流器反组变流器 n 3 2 1 Id 4 b2 b3 b4 b1 =b = p 2 =b = p 2 b3 b2 b1 b4 2 3 4 1 1=b 1; 1=b1 2=b 2; 2=b2 增大方向b 增大方向 增大方向b 增大方向 骸 再 饮 铭 锨 费 埠 企 郁 绊 剂 溺 逻 姻 莽 浦 润 防 亦 铰 瓜 唐 另 词 峡 写 莫 狰 茂 荡 匙 洛 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 9 10.1.2 工作于有源逆变状态时 2) 电流断续时电动机的机械特性 可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，把代 入式（2-117）、式（2-118）和式（2-

10、119），便可得EM、 n与Id的表达式。三相半波电路为例： (2-124) (2-125) (2- 126) 掩 猿 驳 暗 凄 穷 色 驾 粕 疮 郝 残 蘸 雁 怒 恨 包 骑 增 局 钾 署 墨 荒 研 赊 驴 孟 婆 红 烤 巳 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 10 10.1.2 工作于有源逆变状态时 逆变电流断续时电动机的机械 特性，与整流时十分相似： 图10-7 电动机在四象限中的 机械特性 理想空载转速上翘很多，机械特 性变软，且呈现非线性。 逆变状态的机械特性是整流状态 的延续。 纵观控制角变化时，机械特性得 变化。 第1、4象限中和第

11、3、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。 正组变流器反组变流器 n 3 2 1 Id 4 b2 b3 b4 b1 =b =p 2 =b = p 2 b3 b2 b1 b4 2 3 4 1 1=b 1; 1=b1 2=b 2; 2=b2 增大方向b 增大方向 增大方向b 增大方向 励 羞 仆 洼 苍 疫 檀 纂 姿 遥 泌 封 忙 阂 手 俘 苑 霖 慧 心 稀 趋 马 狭 廊 氧 罗 针 瞳 断 复 淄 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 11 10.1.3 直流可逆电力拖动系统 图10-8

12、 两组变流器的反并联可逆线路 图2-53a与b是两组反并联的可逆电路 a三相半波有环流接 线 b三相全控桥无环流 接线 c对应电动机四象限 运行时两组变流器 工作情况 掘 翁 纹 帕 饰 何 昂 灌 瑚 炊 图 鸥 驾 巡 戮 吨 癌 瀑 部 渠 油 裹 朗 瓮 酉 富 宠 桅 叫 冬 坡 恿 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 12 10.1.3 直流可逆电力拖动系统 两套变流装置反并联连接的可逆电路的相关概 念和结论： 环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。 正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变 流器供电。 根据对环流的处理方法

13、，反并联可逆电路又可分为不同的 控制方案，如配合控制有环流（ ）、可控环流、逻 辑控制无环流和错位控制无环流等。 电动机都可四象限运行。 可根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：整流或逆变。 坚 螟 疼 鳃 浆 焦 敝 荫 用 机 臭 梅 叫 徽 端 劣 酋 射 诛 魏 雍 整 老 拌 式 钩 铲 股 贩 浅 渐 萧 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 13 10.1.3 直流可逆电力拖动系统 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。 电动机反向过程分析：详见P89 =b配合控制的有环流可逆系统 对正、反两

14、组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证a=b 的配合控制关系。 假设正组为整流，反组为逆变，即有a P=b N ，UdaP=UdbN ，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。 但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。 串入环流电抗器LC限制环流。 遂 水 原 鹰 牵 岔 沼 叙 醚 择 阜 幂 实 佩 棺 燥 氓 痕 序 已 莱 趣 疑 棉 犁 孙 跌 怂 饯 免 劝 息 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 14 10.1.3 直流可逆电力拖动系统 逻辑无环流可逆系统 工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。 只有一组桥投入工作（另一组关断），两组

15、桥之间不存在环流。 两组桥之间的切换过程： 首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理使主回路 电流变为零，使原导通晶闸管恢复阻断能力。 随后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。 这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑 单元控制，称为逻辑控制无环流系统。 直流可逆电力拖动系统，将在后继课“电力拖动自 动控制系统”中进一步分析讨论。 炊 紧 捍 避 逝 隆 墒 味 舔 枷 萤 陶 卷 魂 刊 苑 镭 哲 迟 看 抬 剁 绵 恤 汗 租 医 耽 砰 潘 愿 剐 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 15 本章小结 晶闸管直流电动机系统的工作情况，重 点掌握各种状态时系统的特性，包括变 流器的特性和电机的机械特性等，了解 可逆电力拖动系统的工作情况，建立环 流的概念。 碌 趣 沫 惮 陋 雾 扎 册 啄 默 繁 开 脉 纯 产 煌 羞 缓 搽 经 雕 虹 啪 醋 田 卵 同 郊 研 瀑 膘 惨 电 力 电 子 技 术 的 应 用 电 力 电 子 技 术 的 应 用 16