机电传动控制7直流电动机调速系统①.ppt

电动机的调速,直流他励电动机的调速特性,直流他励电动机的人为机械特性,直流他励电动机电路原理图,电动机的调速,三、调阻调速,二、调磁调速,一、调压调速,比较,改变电枢外加电压U用于nN以下恒转矩调速,改变励磁磁通用于nN以上恒功率调速,电枢电路串接外加电阻Rad此法缺点多已很少采用,直流他励电动机的调速特性,电动机的调速,直流他励电动机的调速特性,例：闭环直流调速系统,电力拖动自动控制系统 运动控制系统,目录 第7章,第7章 直流电动机调速系统 7-1 电力半导体器件7-2 可控整流电路7-3 逆变与脉宽调制7-4 电力半导体器件和装置的保护7-5 单闭环直流调速系统 7-6 双闭环直流调速系统 7-7 晶闸管-电动机可逆调速系统7-8 晶体管直流脉宽调速系统,第一部分,第二部分,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,第一部分电力电子学-晶闸管及其基本电路 7.1 电力半导体器件 7.2 单相可控整流电路 7.3 三相可控整流电路 7.4 逆变器 7.5 晶闸管的触发电路 7.6 晶闸管的串并联和保护,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,掌握晶闸管的基本工作原理、特性和主要参数的含义；掌握几种单相和三相基本可控整流电路 的工作原理及其特点(特别是在不同性质负载下的工作特点)；熟悉逆变器的基本工作原理、用途和控制；了解晶闸管工作时对触发电路的要求 和触发电路的基本工作原理。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,晶闸管的导通与关断条件，可控性；晶闸管单相和三相基本可控整流电路 在不同性质负载下的工作特点；晶闸管额定通态平均电流的含义及 基本可控整流电路中的选择和额定电压的选择。,整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况；额定通态平均电流的选择；逆变器的工作原理。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,一.什么是电力电子技术,二.电力电子技术的发展史,三.电力电子技术的应用,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,电力电子技术应用于电力领域的电子技术，使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术主要用于电力变换。目前电力电子器件均用半导体制成，故称电力半导体器件。电力电子装置的功率，可大到GW，小到数瓦甚至1W以下。,信息电子技术 包括：模拟电子技术、数字电子技术，主要用于信息处理。,概 述,一.什么是电力电子技术,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,一.什么是电力电子技术,概 述,电力交流和直流两种 从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。,进行电力变换 的技术称为变流技术,电力变换 四大类 交流直流 直流交流 直流直流 交流交流,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,这四类基本变换 可以组合成许多 复合型电力变换器,一.什么是电力电子技术,电力变换 四大类 交流直流 直流交流 直流直流 交流交流,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,一.什么是电力电子技术,AC/DC基本整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,一.什么是电力电子技术,DC/AC基本逆变电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,一.什么是电力电子技术,DC/DC直流降压电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,AC/AC直接变频、变压电路,概 述,一.什么是电力电子技术,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,电力电子技术 可看成“弱电控制强电”的技术，是“弱电和强电的接口”，控制理论是实现该接口的强有力纽带。,一.什么是电力电子技术,电力电子学 60年代出现，1974年，美国的W.Newell 用倒三角形对电力电子学 进行了描述，被全世界普遍接受。,描述电力电子学的倒三角形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,二.电力电子技术的发展史,电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,电力电子技术的发展分为四个阶段史前期（1957年以前）使用水银整流器（汞整流器），其性能和晶闸管类似。晶闸管时代（195870年代）晶闸管，又称晶体闸流管或可控硅整流器（SCR），通过门极控制开通，但不能控制关断，属于半控型器件。目前由于其能承受的电压电流容量仍是器件中最高的，而且工作可靠，所以许多大容量场合仍大量使用SCR。,二.电力电子技术的发展史,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,全控型器件时代（70年代后期）以下列几种为代表：可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶体管(BJT)、电力场效应管(MOSFET)。这些器件可以通过门极（或栅极、基极）控制开通和关断，属于全控型器件。复合器件时代（80年代后期）以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表。发展：功率模块、功率集成电路、智能功率模块等。,二.电力电子技术的发展史,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,概 述,电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，它对节省电能有重要意义，因此电力电子技术研究的就是电源技术，也被称为是节能技术。,三.电力电子技术的应用,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,1.电力电子器件的分类,按照器件能够被控制的程度，分为三类：,半控型器件 通过控制信号控制其导通而不能控制其关断。全控型器件 通过控制信号控制其导通又控制其关断。不可控器件 不能用控制信号来控制通断，不需驱动电路。,按照驱动电路信号的性质，分为两类：,电流驱动型 通过从控制端注入或抽出电流，实现通断控制。电压驱动型 通过在控制端施加电压信号，实现通断控制。,按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分三类：,单极型器件 由一种载流子参与导电的器件。双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件 由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,1.电力电子器件的分类,单极型器件 由一种载流子参与导电的器件。双极型器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。复合型器件 由单极型和双极型器件集成混合而成的器件。,按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分三类：,7.1 电力半导体器件,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,1.电力电子器件的分类,电力电子器件分类“树”,单极型：电力MOSFET（电力场效应晶体管）SIT（静电感应晶体管）双极型：电力二极管 晶闸管（SCR）GTO（门极可关断晶闸管）GTR（电力晶体管）SITH（静电感应晶闸管）IRIAC（双向晶闸管）RCT（逆导晶闸管）LTT（光控晶闸管）,混合型：IGBT（绝缘栅双极晶体管）MCT（MOS控制晶闸管）,7.1 电力半导体器件,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,1.电力电子器件的分类,电力电子器件分类“树”,7.1 电力半导体器件,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,外形有螺栓型和平板型两种封装。螺栓型：螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型：可由两个散热器将其夹在中间。,(a)晶闸管外形(b)晶闸管结构(c)晶闸管电气图形符号,2.晶闸管的结构,晶闸管(SCR)引出 阳极A 阴极K 门极(控制端)G三个联接端。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,3.晶闸管的工作原理,晶闸管工作原理的实验说明 由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路；由电源、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。,使晶闸管导通晶闸管导通后,使晶闸管恢复阻断,主电路,控制电路触发电路,晶闸管电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,3.晶闸管的工作原理,晶闸管是用很小的功率控制 大功率的可控整流元件，要使晶闸管导通必须在 其阳极和控制极 同时加正向电压，晶闸管导通以后，控制极就失去了 控制作用。欲使晶闸管 恢复阻断状态，则必须把阳极正向电压 降低到一定值(断开或反向)。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,4.晶闸管的基本特性,晶闸管的伏安特性曲线是非线性的。为了正确选用晶闸管，了解它的主要参数至关重要。断态重复峰值电压UDRM 断态不重复峰值电压UDSM 反向重复峰值电压URRM 反向不重复峰值电压URSM 通态(峰值)电压UTM 正向电流 IG 额定通态平均电流IT 维持电流 IH,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,5.全控型器件简介,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.1 电力半导体器件,电力电子器件在实际应用中的系统组成,控制电路,电气隔离,在主电路和控制电路中附加一些电路以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行,按控制目标要求对电力电子器件施加开通或关断的信号,主电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2 单相可控整流电路,7.2.1 单相半波可控整流电路1.带电阻负载2.带阻感负载3.带阻感负载有续流二极管7.2.2 单相桥式可控整流电路 1.单相桥式半控整流电路带电阻负载带阻感负载 2.单相桥式全控整流电路带电阻负载带阻感负载,7.3 三相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2 单相可控整流电路,7.3 三相可控整流电路,由晶闸管构成的可控整流电路 可以把交流电变成大小可调的直流电。晶闸管可控整流电路的共同特点是：通过改变控制角来改变晶闸管的导通角，以达到改变直流输出电压的目的。但是对于不同的整流电路、不同的控制角、不同性质的负载，却使这种变换具有不同的特点和指标。具体选用电路时，应根据 负载性质、容量大小、电源情况、元件准备情况等，进行具体分析比较，全面衡量后再确定。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2 单相可控整流电路,7.3 三相可控整流电路,单相半波整流电路最简单，但各项指标都较差，只适用于小功率和输出电压波形要求不高的场合。单相桥式整流电路各项性能较好，只是电压脉动频率较大，故最适合小功率的电路。三相半波整流电路各项指标都一般，所以用得不多。三相桥式整流电路各项指标都好，在要求一定输出电压的情况下，元件承受的峰值电压最低，因此，最适合于大功率高压电路。一般小功率电路应优先选用单相桥式电路，对于大功率电路，而应优先考虑三相桥式电路。只有在某种特殊情况下，才选用其他电路。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载,带电阻负载的单相半波可控整流电路及波形,变压器T的作用：变换电压和隔离。电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载,带电阻负载的单相半波可控整流电路及波形,两个重要概念 触发延迟角 用 a 表示 也称触发角或控制角。从晶闸管开始承受 正向阳极电压起到施加 触发脉冲止的电角度。导通角 用 表示 晶闸管在一个电源周期 中处于通态的电角度。,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载,带电阻负载的单相半波可控整流电路及波形,解释几个概念,ud为脉动直流，波形只在u2 正半周内出现，称“半波”整流。采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，故为 单相半波可控整流电路。ud波形在一个电源周期中 只脉动一次，故为 单脉波整流电路。,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载,带电阻负载的单相半波可控整流电路及波形,移相 改变触发脉冲出现 时刻，即改变控制角大小。相位控制方式（相控方式）通过控制触发脉冲的相位 来控制直流输出电压的大小。移相范围 整流输出电压Ud的 平均值从最大值变化到零时，控制角 a 的变化范围。,解释几个概念,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载,带电阻负载的单相半波可控整流电路及波形,基本数量关系 直流输出电压平均值为：,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路,2.带阻感负载阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使流过电感的电流不能发生突变。,带阻感负载的单相半波可控整流电路及波形,当u2为正时，电流id从零开始增加。当u2过零变负时，L储存的能量保证了电流id 在回路中继续流通，VT不关断，ud为负电压。当电流id小于VT的维持电流时，VT关断，ud为零。,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.1 单相半波可控整流电路,3.带阻感负载有续流二极管 为避免Ud太小，在整流电路 的负载两端并联续流二极管。,电路及波形,当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。此时为负的u2通过VDR 向VT施加反压使其关断，L储存的能量保证了电流id 在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。ud中不再出现负的部分。,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,三种单相半波电路及波形,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,单相桥式半控整流电路电阻负载时的电路及波形,7.2.2 单相桥式可控整流电路1.单相桥式半控整流电路（1）电阻负载时,直流输出电压的平均值为：,桥式半控：VT1和VT2为可控；VD3和VD4为不可控。,u2正半周时，VT1和VD4导通=-u2为半周时，VT2和VD3导通=-,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,单相桥式半控整流电路有续流二极管阻感负载时的电路及波形,7.2.2 单相桥式可控整流电路1.单相桥式半控整流电路（2）阻感负载时,桥式半控：VT1和VT2为可控；VD3和VD4为不可控。,u2正半周时，VT1和VD4导通=-u2负半周时，VT2和VD3导通=-,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,比较此全控电路 在电阻负载时的工作情况相同，与上述半控电路：而半控电路的结构则更简单。,7.2.2 单相桥式可控整流电路2.单相桥式全控整流电路（1）电阻负载时,桥式全控：VT1VT4均为可控。,u2正半周时，VT1和VT4导通=-u2负半周时，VT2和VT3导通=-,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.2.2 单相桥式可控整流电路2.单相桥式全控整流电路（2）阻感负载时,桥式全控：VT1VT4均为可控。,VT1和VT4导通:=(-)+=VT2和VT3导通:=,直流输出电压的平均值为：,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,四种单相桥式电路及波形,单相桥式半控整流电阻负载时电路及波形,单相桥式半控整流有续流二极管阻感负载时电路及波形,单相桥式全控整流电阻负载时电路及波形,单相桥式全控整流阻感负载时电路及波形,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3.1 三相半波可控整流电路1.带电阻负载=0时,三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路=0时的波形,id,自然换相点,7.2 单相可控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.1 三相半波可控整流电路1.带电阻负载=30时,id,三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路=30时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.1 三相半波可控整流电路1.带电阻负载=60时,id,三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路=60时的波形,三相半波可控整流电路共阴极接法阻感负载时的电路=30时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.1 三相半波可控整流电路2.带阻感负载30时,整流电压波形与电阻负载时相同,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.1 三相半波可控整流电路2.带阻感负载=60时,三相半波可控整流电路共阴极接法阻感负载时的电路=60时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.1 三相半波可控整流电路,60时的波形,0时的波形,30时的波形,1.带电阻 负载,2.带阻感 负载,7.3.2 三相桥式全控整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管VT1，VT3，VT5,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管VT4，VT6，VT2,三相桥式全控整流电路原理图,三相桥是应用最广泛的整流电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式全控整流电路,晶闸管及输出整流电压的情况,自然换相点,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式全控整流电路,每一时段2个晶闸管 同时导通 形成供电 回路，其中共阴极组 和共阳极组各1管，且不能为同一相器件；,6管脉冲相位依次相差60，顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1保证同时导通的 2个晶闸管均有脉冲。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式全控整流电路,ud一周期脉动6次，每次脉动 的波形都 一样，故该 电路为6脉波整流电路。id波形与ud波形形状一样，根据iVT1可以得到id波形。晶闸管承受的电压波形，即晶闸管承受的最大正、反向电压 与三相半波时相同。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路1.带电阻负载=0时,三相桥式全控整流电路电阻负载时的电路=0时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路1.带电阻负载=30时,三相桥式全控整流电路电阻负载时的电路=30时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路1.带电阻负载=60时,三相桥式全控整流电路电阻负载时的电路=60时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路1.带电阻负载=90时,三相桥式全控整流电路电阻负载时的电路=90时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路2.带阻感负载=0时,三相桥式全控整流电路阻感负载时的电路=0时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路2.带阻感负载=30时,三相桥式全控整流电路阻感负载时的电路=30时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.3 三相可控整流电路,7.3.2 三相桥式 全控整流电路2.带阻感负载=90时,三相桥式全控整流电路阻感负载时的电路=90时的波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,逆变器工作是整流器工作的逆过程，把直流电变成交流电。逆变器分有源逆变器和无源逆变器：有源逆变交流侧和电网连结。有源逆变器主要用于直流电动机的可逆调速等场合。无源逆变交流侧不与电网联接，而直接接到负载。无源逆变器用作变频器，主要用于交流电动机变频调速系统，为实现既可调频又能调压的目的，逆变器必须进行电压控制，控制电压可以从逆变器的外部或内部进行，改变直流输入电压是从外部进行控制，而脉宽控制和脉宽调制则是从逆变器内部进行的。在逆变器中为了能使晶闸管关断，一般要设置专门环节进行强迫关断和换流。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。产生有源逆变的两个条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压；晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。实现有源逆变，只能采用全控电路。半控桥或有续流二 极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许 直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。逆变和整流的区别：控制角 不同0/2 时，电路工作在整流状态/2 时，电路工作在逆变状态,7.4.1 有源逆变电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.1 有源逆变电路,单相全波电路的整流和逆变,/2 逆变状态,0/2 整流状态,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,基本工作原理 以单相桥式逆变电路为例,逆变电路最基本的工作原理改变 两组开关 切换频率，可改变输出 交流电频率。,电阻负载时电流i0和电压u0的波形相同，相位也相同。,阻感负载时电流i0和电压u0的波形不同，i0相位滞后于u0。,S1S4是桥式电路的4个臂由电力电子器件及辅助电路组成,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,S1、S4 闭合S2、S3 断开负载电压u0为正,S1、S4 断开S2、S3 闭合负载电压u0为负,基本工作原理 以单相桥式逆变电路为例,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,根据直流侧电源性质的不同分为两类,逆变电路的分类,电压型逆变电路 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压ud基本没有脉动。输出电压u0波形为矩形波，输出电流i0因负载阻抗不同而不同。,电流型逆变电路 直流侧为电流源或串联大电感，直流侧电流id基本没有脉动。输出电流i0波形接近矩形波，输出电压u0波形接近正弦波。,单相电压型全桥逆变电路,单相电流型全桥逆变电路,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,单相电压型全桥逆变电路,三相电压型全桥逆变电路,单相电压型半桥逆变电路,三种电压型逆变电路 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压ud基本没有脉动。输出电压u0波形为矩形波，输出电流i0因负载阻抗不同而不同。,逆变电路的分类,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,电压型半桥逆变电路的工作原理,单相电压型半桥逆变电路及其工作波形,V1和V2栅极信号在一周期内各 半周正偏、半周反偏，两者互补。,V1或V2通时，i0和u0同方向，直流侧向负载提供能量；,输出电压u0为矩形波，幅值为Um=Ud/2。,VD1或VD2通时，i0和u0反方向，电感中贮能向直流侧反馈。VD1、VD2为续流二极管。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,电压型全桥逆变电路的工作原理,单相电压型全桥逆变电路及其工作波形,一般变频调压方式,改变输出交流电压的有效值 只能通过改变直流电压Ud来实现。,共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180。,输出电压和电流波形与 半桥电路形状相同，而幅值高出一倍，为Um=Ud。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,电压型全桥逆变电路的工作原理,移相变频调压方式,单相电压型全桥逆变电路及其工作波形,阻感负载时，可采用移相方式来调节输出电压。,V3的栅极信号比V1落后（0180）。,输出电压是 正负各为的脉冲。改变就可调节输出电压。,V3、V4的栅极信号分别比 V2、V1的前移180。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,电压型全桥逆变电路的工作原理,移相变频调压方式,阻感负载时，可采用移相方式来调节输出电压。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,PWM变频调压方式,PWM即脉宽调制，就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值)。,PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易。,PWM技术的应用十分广泛，可以用于：逆变电路；直流斩波电路；交流-交流变流电路；整流电路。,PWM技术的应用使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。,电压型全桥逆变电路的工作原理,PWM控制技术,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,PWM变频调压方式,用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。按同一比例改变各脉冲宽度，即可改变等效输出正弦波幅值。,电压型全桥逆变电路的工作原理,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,PWM变频调压方式,根据面积等效原理，正弦波还可等效为 右图中的PWM波。这种方式在实际中 应用更广泛。,正弦波 一个完整周期的 等效PWM波如右图。,单极性PWM控制方式,双极性PWM控制方式,电压型全桥逆变电路的工作原理,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,单极性PWM控制方式,PWM变频调压方式,电压型全桥逆变电路的工作原理,在调制信号ur和载波信号uc的 交点时刻控制V1V4的通断。,单相桥式PWM逆变电路,单极性PWM控制方式波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,单极性PWM控制方式,PWM变频调压方式,电压型全桥逆变电路的工作原理,单相桥式PWM逆变电路,单极性PWM控制方式波形,ur正半周，uc为正，当uruc时，使u0Ud 当uruc时，使u00,ur负半周，uc为负，当ur uc时，使u00 当uruc时，使u0Ud,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,双极性PWM控制方式,ur正半周，uc有正有负，当uruc时，使u0Ud 当uruc时，使u0Ud,ur负半周，uc有正有负，当ur uc时，使u0Ud 当uruc时，使u0Ud,PWM变频调压方式,电压型全桥逆变电路的工作原理,单相桥式PWM逆变电路,双极性PWM控制方式波形,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.4 逆变器,7.4.2 无源逆变电路,电压型全桥逆变 电路的工作原理,一般变频调压方式,移相变频调压方式,PWM变频调压方式,uof表示uo的基波分量,小结,调压方式,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.5 晶闸管的触发电路,晶闸管可控整流电路，通过控制触发角的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。触发电路是供给晶闸管所需触发电压之用。为保证触发可靠，对触发电路的主要要求是：脉冲幅度要足够大且要有一定的脉宽，脉冲前沿要陡且具有一定的触发功率，移相范围要足够宽且要求与主电源同步等。触发电路的种类很多，各种触发器一般都是由 同步波形产生、移相控制与脉冲形成三个环节组成。目前用得最多的是集成触发电路。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.5 晶闸管的触发电路,同步信号为锯齿波的触发电路 输出：可为双窄脉冲，也可为单窄脉冲。三个基本环节：脉冲的形成与放大；锯齿波的形成和脉冲移相；同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。集成触发器 可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，取代分立式电路。目前国内常用的有KJ系列和KC系列。组成环节与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，有：同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大。,第7章 直流电动机调速系统 第一部分,7.6 晶闸管的串并联和保护,为了满足大容量生产机械拖动控制的需求，晶闸管要进行串、并联应用。当晶闸管额定电压小于要求时，可以将多个器件串联；当晶闸管额定电流小于要求时，可以将多个器件并联。为克服晶闸管性能参数分散性对串、联应用中的影响，必须采取均流、均压措施；过载能力较差是晶闸管的缺点，所以使用时要采取过流、过压保护。,