直流电机的基础知识-第三部分.doc

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1、直流电机的基础知识/第三部分——直流调速的主电路形式和整机电路构成直流电机需要直流电源的供给，这要求一个能将交流电转变为直流电的电源装置。另外，直流电机的起/停、保护、调速等控制电路，也常常与直流电源集成于一体，称为直流调速装置或直流调速器。早期对直流电机的调速控制，用直流发电机作直流电机的直流电源，用接触器配合变阻箱实现直流电机的启/停控制和调速，系统繁杂、造价高。后期由于晶闸管等电力电子器件的成熟应用，出现了静止式直流调速装置，系统配置变得精简，而控制性能大幅度提升。国内外，有一些专业厂家，专门生产了专用于直流电机调速的系列产品，进口产品如英国欧陆传动系统有限公司生

2、产的《590+直流数字式调速器》、ABB（瑞典阿西亚公司和瑞士的布朗勃法瑞公司合并而成）集团公司生产的《DCS400晶闸管变流器直流传动系统》等，国内生产厂家更是林林总总，不下百家。其产品范围囊括了大、中、小功率，他励、自励直流电机的调速控制。1、小功率直流电机调速器的主电路形式：图1小功率电机调速器的主电路形式小功率直流电机，串、并励结构都有，上图（a）、（b）为串励直流电机所用的调压电路，电枢和励磁采用同一电源供电。（a）电路，当电源L端为电压极性为正时，形成SCR1→电机绕组回路→D2，回到电源N端；L端为电压极性为负时，形成SCR2→电机绕组回路→D1→电源N端

3、的电流通路。从分析得出，SCR1与D2相串联，故控制SCR1的导通角，即可实现可控整流。这种由二极管和晶闸管构成的整流桥电路，又称半控桥调压电路。假定两只晶闸管处于最大导通角，电路形同一个桥式整流器，输入AC220V，输出整流电压为220V×0.9=198V，故调压范围约为0~198V；（b）电路，两只可控硅位于整流桥的上桥臂，仍呈现SCR1、D2和SCR2、D1的串联整流模式，故控制两只晶闸管的移相角，来实现0~198V的调压，实施对串励直流电机的调速控制。部分电路中还加有续流二极管D3，以使负载（绕组）中的电流连续，运行平稳及保持较高的力矩输出。可控整流电压电压的从

4、0起调，因最小导通角受限，换言之，即最大移相角的受限，是从0V突跳至一定电压值（如20V），故实际可调范围为20~198V，但调至20V后，能“跳”至0V，也能使晶闸管关断。桥式整流电路的4个元件，每只元件承受最大正向电压为220V×1.41=310V，承受反向电压峰值为220V×1.57=345V，每只元件的流通电流，为整流（负载）电流的0.5倍。晶闸管最大导通角180°。元件选用规则：耐压值选700V以上，电流值为正向电流值×3。早期调速器产品的主电路，多采用分立元件构成，后期的小功率调速器的主电路，多采用晶闸管模块，图1主电路的（a）、（b）电路，为单只晶闸管模块

5、所取代，而且模块也内含续流二极管。（c）电路，适用于他励直流电机，电枢供电是由晶闸管桥式可控整流电路构成，励磁电源多为由四只二极管（或整流模块）构成的桥式整流电路，励磁电压为固定整流电压，为基速以下的降速调节运行。称为基速以下满励运行；极少数电机，励磁电源也为晶闸管调压（与电枢电源结构一样），可对励磁电流进行调节，故可实现基速以上弱磁运行。2、中、大功率他励直流电机调速器的主电路形式：图2大功率他励直流电机调速器的主电路及励磁电路的典型结构中、大功率他励直流电机，采用三相动力电源作为输入电源，电枢供电电源由六只单向晶闸管（三只双晶闸管模块）构成，称为“全控桥”可控整流电

6、路，当固定输出最大励磁电流时，通过调节电枢绕组的供电电压，来实现基速下的降速调节（恒转矩运行）；励磁电源多为半控桥可控整流电路结构，当电枢施以最高电压时，进行弱磁调节（恒功率运行），又可实现基速以上的升速调节。图2为典型主电路结构，如欧陆590、ABBDCS400等系统列数字调速器，都是采用这种电路结构。易于与另一组反向的主电路进行并联连接，实现所控制电机的四象限运行（见下图5）。三相桥式全控整流电路原理图如图2（a）所示。它由三相半波共阴极接法(SCR1、SCR3、SCR5)和三相半波共阳极接法(SCR2、SCR4、SCR6)的晶闸管串联组合。其工作特点是任何时刻都有

7、不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路（如SCR1、SCR6同时被触发开通，形成电源A相正半波电流通路），因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以对触发脉冲的宽度有要求（≥60°），图中6个晶闸管的组合导通顺序是SCR1-SCR6-SCR3-SCR2-SCR5-SCR4，输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，故该电路又可称为6脉动整流电路，直流脉冲动频率为300Hz。图（a）电路输入为三相380VAC电源，晶闸管处于最大导通角时，等同于三相桥式整流电路，输出电压值为380V×1.