1、本文格式為Word版，下載可任意編輯直流調(diào)速用可控直流電源 轉(zhuǎn)變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采納的主要方法，調(diào)整電樞供電電壓或者轉(zhuǎn)變勵磁磁通，都需要有特地的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用溝通電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不行控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。下面分別對各種可控直流電源以及由它供電的直流調(diào)速系統(tǒng)作概括性介紹。 靜止可控整流器 從20世紀(jì)50年月開頭，采納

2、汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動系統(tǒng)。離子拖動系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的很多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時間，但是由于汞弧整流器造價較高，體積仍舊很大，維護(hù)麻煩，尤其是水銀假如泄漏，將會污染環(huán)境，嚴(yán)峻危害身體健康。因此，應(yīng)用時間不長，到了20世紀(jì)60年月又讓位給更為經(jīng)濟(jì)牢靠的晶閘管整流器。 1957年，晶閘管問世，它是一種大功率半導(dǎo)體可控整流元件，俗稱可控硅整流元件，簡稱“可控硅”，20世紀(jì)60年月起就已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置。晶閘管問世以后，變流技術(shù)消失了根本性的變革。目前，采納晶閘管整流供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱V-M系統(tǒng)，又稱

3、靜止Ward-Leonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。圖8.1所示是V-M系統(tǒng)的原理框圖，圖中V是晶閘管可控整流器，它可以是任意一種整流電路，通過調(diào)整觸發(fā)裝置GT的掌握電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，從而轉(zhuǎn)變整流輸出電壓平均值，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的平滑調(diào)速。和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流相比，晶閘管整流不僅在經(jīng)濟(jì)性和牢靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)大約在，掌握功率小，有利于微電子技術(shù)引入到強(qiáng)電領(lǐng)域；在掌握作用的快速性上也大大提高，有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是，晶閘管整流器也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）晶閘管一般是單向?qū)щ娫чl

4、管整流器的電流是不允許反向的，這給電動機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行造成困難。必需實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行時，只好采納開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。（2）晶閘管元件對于過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt非常敏感，其中任一指標(biāo)超過允許值都可能在很短時間內(nèi)元件損壞，因此必需有牢靠的愛護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的牢靠運(yùn)行。（3）晶閘管的掌握原理打算了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可掌握整流器對溝通電源來說相當(dāng)于一個感性負(fù)載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特殊是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時，晶

5、閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及四周的用電設(shè)備。假如采納晶閘管整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應(yīng)實(shí)行相應(yīng)的無功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。（4）晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，而且脈波數(shù)總是有限的。假如主電路電感不是特別大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種狀況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。 圖8.1晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)） 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器

6、件來實(shí)現(xiàn)通斷掌握，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時間的變化來轉(zhuǎn)變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動中。圖8.2為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關(guān)器件。當(dāng)開關(guān)VT接通時，電源電壓U。加到電動機(jī)上；當(dāng)VT斷開時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖2.5（b）所示。 圖8.2直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （a）原理圖（b）電壓波型 這樣，電動機(jī)電樞端電

7、壓的平均值為： （8.1） 式中，T開關(guān)器件的通斷周期；開關(guān)器件的導(dǎo)通時間；占空比；開關(guān)頻率。由式（8.1）可知，直流斬波器的輸出電壓平均值可以通過轉(zhuǎn)變占空比，即通過轉(zhuǎn)變開關(guān)器件導(dǎo)通或關(guān)斷時間來調(diào)整，常用的轉(zhuǎn)變輸出平均電壓的調(diào)制方法有以下三種：（1）脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，簡稱PWM）。開關(guān)器件的通斷周期T保持不變，只轉(zhuǎn)變器件每次導(dǎo)通的時間，也就是脈沖周期不變，只轉(zhuǎn)變脈沖的寬度，即定頻調(diào)寬。（2）脈沖頻率調(diào)制（pulse frequency modulation，簡稱PFW）。開關(guān)器件每次導(dǎo)通的時間不變，只轉(zhuǎn)變通斷周期T或開關(guān)頻率，也就是只轉(zhuǎn)變開關(guān)的關(guān)斷時間

8、，即定寬調(diào)頻，稱為調(diào)頻。（3）兩點(diǎn)式掌握。開關(guān)器件的通斷周期T和導(dǎo)通時間均可變，即調(diào)寬調(diào)頻，亦可稱為混合調(diào)制。當(dāng)負(fù)載電流或電壓低于某一最小值時，使開關(guān)器件導(dǎo)通；當(dāng)電流或電壓高于某一最大值時，使開關(guān)器件關(guān)斷。導(dǎo)通和關(guān)斷的時間以及通斷周期都是不確定的。構(gòu)成直流斬波器的開關(guān)器件過去用得較多的是一般晶閘管和逆導(dǎo)晶閘管，它們本身沒有自關(guān)斷的力量，必需有附加的關(guān)斷電路，增加了裝置的體積和簡單性，增加了損耗，而且由它們組成的斬波器開關(guān)頻率低，輸出電流脈動較大，調(diào)速范圍有限。自20世紀(jì)70年月以來，電力電子器件快速進(jìn)展，研制并生產(chǎn)了多種既能掌握其導(dǎo)通又能掌握其關(guān)斷的全控型器件，如門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力電子晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)管（P-MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等，這些全控型器件性能優(yōu)良，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱PWM調(diào)速系統(tǒng)）近年來在中小功率直流傳動中得到了迅猛的進(jìn)展，與V-M調(diào)速相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）采納全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率高，一般在幾kHz，因此系統(tǒng)的頻帶寬，響應(yīng)速度快，動態(tài)抗擾力量強(qiáng)。（2）由于開關(guān)頻率高，僅靠電動機(jī)電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流簡單連續(xù)，系統(tǒng)的低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，同時電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都較小。（3）PWM系