電力拖動和自動控制系統(tǒng)

直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調(diào)速－→需要專用電源：可控、直流晶閘管整流器-電動機(jī)系統(tǒng)圖2－1晶閘管整流器-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）原理圖1.晶閘管整流器-電動機(jī)系統(tǒng)原理原理：調(diào)節(jié)控制電壓Uc移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位改變可控整流器VT輸出瞬時電壓ud的波形，以及輸出平均電壓Ud的數(shù)值(2-2)式中Ea——電動機(jī)反電動勢(V)；

id——整流電流瞬時值(A)；

L——主電路總電感(H)，L=La+LL；R——主電路總電阻(Ω),R=Rrec+Ra+RL；2．觸發(fā)脈沖相位控制平波電抗器電感平波電抗器電阻整流裝置內(nèi)阻電樞電感電樞電阻瞬時電壓平衡方程式圖2-2V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖平均電壓對于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時，可用下式表示(2-3)式中，α——從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角；

Um——α=0時的整流電壓波形峰值；

m——交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)。

☆整流、逆變與α的關(guān)系2．觸發(fā)脈沖相位控制表2-1不同整流電路的整流電壓波峰值、脈沖數(shù)及平均整流電壓圖2-3帶負(fù)載單相全控橋式整流電路的輸出電壓和電流波形3．電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)3．電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)①電流脈動原因在整流變壓器二次側(cè)額定相電壓u2的瞬時值大于反電動勢E時，晶閘管才可能被觸發(fā)導(dǎo)通。導(dǎo)通后如果u2降低到E以下，靠電感作用可以維持電流id繼續(xù)流通。由于電壓波形的脈動，造成了電流波形的脈動。②脈動電流會出現(xiàn)連續(xù)和斷續(xù)兩種情況A.電流連續(xù)：當(dāng)電感量足夠大，負(fù)載也足夠大時在id上升階段，電感儲能；在id下降階段，電感中的能量將釋放出來維持電流連續(xù)。圖2－4V-M系統(tǒng)的電流波形(a)電流連續(xù) 電流連續(xù)圖2－4V-M系統(tǒng)的電流波形（b）電流斷續(xù)B.電流斷續(xù)：當(dāng)負(fù)載電流或電感較小時，電感中的儲能較少，等到id下降到零時，電感儲能不足以續(xù)流至下一相觸發(fā)，造成電流波形斷續(xù)。斷續(xù)的影響：造成機(jī)械特性的非線性，影響系統(tǒng)的運(yùn)行性能電流斷續(xù)期望：避免③電流脈動的后果根據(jù)前節(jié)所述，V－M系統(tǒng)主電路電流是一脈動電流，電流的脈動將造成：A增加電機(jī)的發(fā)熱B產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動抑制電流脈動的措施（1）增加整流電路相數(shù)，或采用多重化技術(shù)；（2）設(shè)置電感量足夠大的平波電抗器。平波電抗器的計算①計算原則在計算平波電抗器電感量時應(yīng)保證電機(jī)低速輕載時電流連續(xù)②計算步驟通常首先給定最小電流Idmin，一般地，Idmin=5%~10%IN然后計算出總電感量，平波電抗器的計算計算公式不同整流電路的總電感量計算公式是不同的A.單相橋式全控整流電路：B.三相半波整流電路：C.三相橋式整流電路：平波電抗應(yīng)在上述計算值下減去電樞電感La4．晶閘管整流器-電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性當(dāng)電流波形連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為 （2-7）式中，Ce——電動機(jī)在額定磁通下的電動勢系數(shù)圖2-5電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性電流斷續(xù)當(dāng)電流較小時，電流波形就會出現(xiàn)斷續(xù)，此時的機(jī)械特性呈現(xiàn)出非線性；

①機(jī)械方程式：較復(fù)雜，以三相半波整流電路構(gòu)成的為例式中θ為一個電流脈波的導(dǎo)通角當(dāng)電路確定時，阻抗角φ確定，不同的相位角α，用數(shù)值解法可以得到電流斷續(xù)時的機(jī)械特性曲線很顯然，對于三相半波整流電路，電流斷續(xù)時θ<120°②機(jī)械特性圖由上可得完整的V-M系統(tǒng)下的特性圖圖2－6V-M系統(tǒng)機(jī)械特性在電流連續(xù)區(qū)，顯示出較硬的機(jī)械特性；在電流斷續(xù)區(qū)，機(jī)械特性很軟，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。在理想情況下，Ud和Uc之間呈線性關(guān)系：

（2-1）式中，Ud——平均整流電壓，

Uc——控制電壓，

Ks——晶閘管整流器放大系數(shù)。☆5．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)5．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)

求出放大系數(shù)：①原因?qū)τ赩－M系統(tǒng)來說，晶閘管觸發(fā)和整流裝置是該系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，因此，在應(yīng)用線性控制理論設(shè)計控制系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)求出該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。②觸發(fā)和整流電路的特點(diǎn)實(shí)際的觸發(fā)整流電路是非線性的，只在一定的工作范圍內(nèi)近似線性；如圖2-7③放大系數(shù)的求取A.根據(jù)輸入輸出特性采用用實(shí)驗(yàn)方法可以測取獲得晶閘管觸發(fā)和整流裝置環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，如圖2-7；在獲得晶閘管觸發(fā)和整流裝置環(huán)節(jié)輸入輸出特性后，由圖的近似線性可得圖2-7晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出特性和Ks的測定放大系數(shù)的計算圖2-7晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出特性和Ks的測定（2-12）

B.估算若不可實(shí)測，就可采用裝置參數(shù)估算；例如：當(dāng)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍是0～10V，對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是0～220V，可取失控時間和純滯后環(huán)節(jié)

求出傳遞函數(shù)①純滯后環(huán)節(jié)動態(tài)時，可以將觸發(fā)和整流裝置看做是一個純滯后環(huán)節(jié)

圖2－8晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時間失控時間和純滯后環(huán)節(jié)舉例：在單相全波電阻性整流電路里，在t1時刻，在某一控制電壓Uc1下，控制角α1，一對晶閘管導(dǎo)通，此時電壓波形如圖2－8，若在圖示t2時刻，控制電壓改為Uc2，由于晶閘管的不可關(guān)斷性，只有過零點(diǎn)t3后，Uc2才起作用，此時控制角α2，另一對晶閘管導(dǎo)通，如此整流電壓波形如圖2－8。失控時間和純滯后環(huán)節(jié)②失控時間Ts分析A.理論分析晶閘管導(dǎo)通后只有在電壓過零才能關(guān)斷，因此失控時間與控制電壓發(fā)生變化時間以及電壓過零時間有關(guān)，其最大失控時間可由式

(2-13)平均失控時間式中，f——交流電源頻率(Hz)，

m——一周內(nèi)整流電壓的 脈波數(shù)。表2-2晶閘管整流器的失控時間（f=50Hz）失控時間和純滯后環(huán)節(jié)B.實(shí)際取值通常的，相對于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間，是比較小的，在一般情況下，a.Ts＝0.5Tsmax,b.或者干脆取最大值Ts＝Tsmax③傳遞函數(shù)A.時域函數(shù)用階躍延時函數(shù)表示滯后效應(yīng)，那么有晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置的傳遞函數(shù)

B.根據(jù)拉氏變換，可得傳遞函數(shù)為C.傳遞函數(shù)的簡化該函數(shù)含有e指數(shù)，分析和設(shè)計都比較麻煩，為了簡化，可進(jìn)行臺勞級數(shù)展開，并且略去高次項(xiàng)得（2－14）

→☆（