1、本文格式為Word版，下載可任意編輯直流調速用可控直流電源 轉變電樞電壓調速是直流調速系統采納的主要方法，調整電樞供電電壓或者轉變勵磁磁通，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）旋轉變流機組。用溝通電動機和直流發電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。（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，產生可調的直流電壓。（3）直流斬波器或脈寬調制變換器。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制的方法產生可調的直流平均電壓。下面分別對各種可控直流電源以及由它供電的直流調速系統作概括性介紹。 靜止可控整流器 從20世紀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變流機組，形成所謂的離子拖動系統。離子拖動系統克服旋轉變流機組的很多缺點，而且縮短了響應時間，但是由于汞弧整流器造價較高，體積仍舊很大，維護麻煩，尤其是水銀假如泄漏，將會污染環境，嚴峻危害身體健康。因此，應用時間不長，到了20世紀60年月又讓位給更為經濟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體可控整流元件，俗稱可控硅整流元件，簡稱“可控硅”，20世紀60年月起就已生產出成套的晶閘管整流裝置。晶閘管問世以后，變流技術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調速系統（即晶閘管電動機調速系統，簡稱V-M系統，又稱

3、靜止Ward-Leonard系統）已經成為直流調速系統的主要形式。圖8.1所示是V-M系統的原理框圖，圖中V是晶閘管可控整流器，它可以是任意一種整流電路，通過調整觸發裝置GT的掌握電壓來移動觸發脈沖的相位，從而轉變整流輸出電壓平均值，實現電動機的平滑調速。和旋轉變流機組及離子拖動變流相比，晶閘管整流不僅在經濟性和牢靠性上都有很大提高，而且在技術性能上顯示出很大的優越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數大約在，掌握功率小，有利于微電子技術引入到強電領域；在掌握作用的快速性上也大大提高，有利于改善系統的動態性能。但是，晶閘管整流器也有它的缺點，主要表現在以下方面：（1）晶閘管一般是單向導電元件，晶閘

4、管整流器的電流是不允許反向的，這給電動機實現可逆運行造成困難。必需實現四象限可逆運行時，只好采納開關切換或正、反兩組全控型整流電路，構成V-M可逆調速系統，后者所用變流設備要增多一倍。（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，其中任一指標超過允許值都可能在很短時間內元件損壞，因此必需有牢靠的愛護裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時還應保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的牢靠運行。（3）晶閘管的掌握原理打算了只能滯后觸發，因此，晶閘管可掌握整流器對溝通電源來說相當于一個感性負載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特殊是在深調速狀態，即系統在較低速運行時，晶

5、閘管的導通角很小，使得系統的功率因素很低，并產生較大的高次諧波電流，引起電網電壓波形畸變，殃及四周的用電設備。假如采納晶閘管整流裝置的調速系統在電網中所占容量比重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應實行相應的無功補償、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和斷續兩種狀況，因而機械特性也有連續和斷續兩段，連續段特性比較硬，基本上還是直線；斷續段特性則很軟，而且呈現出顯著的非線性。 圖8.1晶閘管電動機調速系統原理框圖（V-M系統） 直流斬波器或脈寬調制變換器 直流斬波器又稱直流調壓器，是利用開關器

6、件來實現通斷掌握，將直流電源電壓斷續加到負載上，通過通、斷時間的變化來轉變負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、成本低等優點，現廣泛應用于地鐵、電力機車、城市無軌電車以及電瓶搬運車等電力牽引設備的變速拖動中。圖8.2為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關器件。當開關VT接通時，電源電壓U。加到電動機上；當VT斷開時，直流電源與電動機斷開，電動機電樞端電壓為零。如此反復，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，電動機電樞端電

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

8、，即定寬調頻，稱為調頻。（3）兩點式掌握。開關器件的通斷周期T和導通時間均可變，即調寬調頻，亦可稱為混合調制。當負載電流或電壓低于某一最小值時，使開關器件導通；當電流或電壓高于某一最大值時，使開關器件關斷。導通和關斷的時間以及通斷周期都是不確定的。構成直流斬波器的開關器件過去用得較多的是一般晶閘管和逆導晶閘管，它們本身沒有自關斷的力量，必需有附加的關斷電路，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頻率低，輸出電流脈動較大，調速范圍有限。自20世紀70年月以來，電力電子器件快速進展，研制并生產了多種既能掌握其導通又能掌握其關斷的全控型器件，如門極可關斷晶閘管（GTO）、電力電子晶體管（GTR）、電力場效應管（P-MOSFET）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等，這些全控型器件性能優良，由它們構成的脈寬調制直流調速系統（簡稱PWM調速系統）近年來在中小功率直流傳動中得到了迅猛的進展，與V-M調速相比，PWM調速系統有以下優點：（1）采納全控型器件的PWM調速系統，其脈寬調制電路的開關頻率高，一般在幾kHz，因此系統的頻帶寬，響應速度快，動態抗擾力量強。（2）由于開關頻率高，僅靠電動機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，系統的低速性能好，穩速精度高，調速范圍寬，同時電動機的損耗和發熱都較小。（3）PWM系