电力电子技术第10章 电力电子技术的应用

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1、第10章电力电子技术的应用10.1晶闸管直流电动机系统10.2变频器和交流调速系统10.3不间断电源10.4开关电源10.5功率因数校正技术10.6电力电子技术在电力系统中的应用10.7电力电子技术的其他应用本章小结10.1晶闸管直流电动机系统10.1.1工作于整流状态时10.1.2工作于有源逆变状态时10.1.3直流可逆电力拖动系统210.1.1工作于整流状态时■晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统，习惯称为晶闸管直流电动机系统，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。■直流电动机负载除本身有电阻、电感外，还有一个反电动势E

2、，为了平稳负载电流的脉动，通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续。图10-1三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形310.1.1工作于整流状态时■触发晶闸管，待电动机启动达稳态后，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，平衡方程为式中，，其中RB为变压器的等效电阻，RM为电枢电阻，为重叠角引起的电压降所折合的电阻；为晶闸管本身的管压降。■在电动机负载电路中，电流由负载转矩所决定，当电动机的负载较轻时，对应的负载电流

3、也小，在小电流情况下，特别在低速时，由于电感的储能减小，往往不足以维持电流连续，从而出现电流断续现象。(10-1)410.1.1工作于整流状态时■电流连续时电动机的机械特性◆三相半波电流连续时的电动机机械特性☞直流电动机的反电动势为☞因为，故反电动势特性方程为☞转速与电流的机械特性关系式为☞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10-2三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)的值一般为1V左右，所以忽略；调节角，即可调节电动机的转速。510.1.1工作于整流状态时■电流断续时电动机的机械特

4、性◆由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流断续，此时电动机的机械特性也就呈现出非线性。◆电流断续时机械特性的特点☞分析=60时的情况，当Id=0，忽略，此时的反电动势为，而实际上，晶闸管导通时相电压瞬时值为，大于，也即Id不为零，所以才是理想空载点。图10-3电流断续时电动势的特性曲线☞在电流断续情况下，时，电动机的实际空载反电动势都是；当以后，空载反电动势将由决定。610.1.1工作于整流状态时图10-4考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线1<2<3<60，5>4>60☞当电流

5、断续时，电动机的理想空载转速抬高，这是电流断续时电动机机械特性的第一个特点；第二个特点是，在电流断续区内电动机的机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。☞大的反电动势特性，其电流断续区的范围（以虚线表示）要比小时的电流断续区大，这是由于愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电流要维持导通，必须要求平波电抗器储存较大的磁能，而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行；故随着的增加，进入断续区的电流值加大，这是电流断续时电动机机械特性的第三个特点。710.1.1工作于整流状态时◆电流断续时电动机机械特性可由下面三个式

6、子准确地得出式中，，，L为回路总电感。(10-6)(10-7)(10-8)810.1.1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，完全按线性处理，当低速轻载时，断续作用显著，可改用另一段较陡的特性来近似处理。☞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（单位为mH）为☞对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有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%。☞三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一

7、倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半。(10-9)(10-10)9因为，可求得电动机的机械特性方程式10.1.2工作于有源逆变状态时■电流连续时电动机的机械特性◆电压平衡方程式为◆逆变时由于，EM反接，得正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向图10-5电动机在四象限中的机械特性◆上式的负号表示逆变时电动机的转向与整流时相反；调节就可改变电动机的运行转速

8、，值愈小，相应的转速愈高；反之则转速愈低。(10-11)(10-12)1010