整流与有源逆变(I)

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1、电力电子技术PowerElectronicTechnology整流与有源逆变9.3晶闸管直流电动机系统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，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。9.3.1电动机工作于整流状态时1、不考虑电动机的电枢电感时：只有晶闸管导通相的变压器二次侧电压瞬时值大于反电动势时才有电流输出，此时负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都不利，要尽量避免；所以普遍在电枢回

2、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。图2-48三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形9.3.1电动机工作于整流状态时2、电动机稳态时，虽然Ud波形脉动较大，但由于电动机有较大的机械惯量，故其转速和反电动势都基本无脉动。此时整流电压的平均值由电动机的反电动势及电路中负载平均电流Id所引起的各种电压降所平衡。整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。由Id引起的压降有下列四部分：变压器的电阻压降IdRB，其中RB为变压器的等效电阻，它包括变压器二次绕组本身的电阻以及一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻；晶闸管本身的管压降△U，它基本上是一恒值

3、；电枢电阻压降IdRM；由换相重叠角引起的电压降3XBId/(2π)（三相半波）。此时，整流电路直流电压的平衡方程为:系统的两种工作状态：电流连续工作状态和电流断续工作状态9.3.1电动机工作于整流状态时3.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式中，Ce由电动机结构决定的电动势常数；Φ为电动机磁场每对磁极下的磁通量，单位为（Wb）；n为电动机的转速，单位为（r/min）。可根据整流电路电压平衡方程式，作出不同控制角α时EM与Id的关系（三相半波）：转速与电流的机械特性关系式为：第二项较小，可见一个α角度对应一个转速n。9.3.1电动机工作于整流状

4、态时做出不同α角时n与Id的关系，如图2-49所示。图中△U的值一般为1V左右，可以忽略。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α角，即可调节电动机的转速。而负载加大时，电流加大，转速变化不大。同理，可列出三相桥式全控整流电路电动机负载时的机械特性方程为：图2-49三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性9.3.1电动机工作于整流状态时4.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。三相半波整流电路电动机负载具体推导过程见许

5、大中编《电机控制》9.3.1电动机工作于整流状态时4.电流断续时电动机的机械特性电动机的实际空载反电动势都是。时为：。Why?如当α=60°时，Id=0，此时的反电动势E0’=1.17U2cos60°,实际上当Id减小至某一定值Idmin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。图2-50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EE0E0'OIdminId(0.585U2)(U2)2〔解释〕因为≤60时晶闸管触发导通后最大相电压瞬时值为，大于E0`。因此如果反电势为E0`，则必然产生电流，从而与空载的前提矛盾，所以实际空载点

6、的反电势是。当>60时，晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为为此时实际空载点的反电势。9.3.1电动机工作于整流状态时电流断续时电动机机械特性的特点：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。(Why?)由于愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电流要维持连续，必须要求平波电抗器储存较大的磁能。在电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才能使得电流连续。图2-51考虑电流断续时不同a时反电动势的特性曲线9.3.1电动机工作于整流状态时一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，

7、完全按线性处理。当轻载时，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。整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流连续所需的主回路电感量为：（mH）对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有（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。前者数值都较小，有时可忽略。Idmin一般取电动机额定电流的5%～10%。因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电路的一