1、第6章 直/交流传动控制系统机电传动控制机电传动控制第6章 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子器件电力电子器件 n6.2 整流与逆变控制 n6.3 斩波与PMW控制n6.4 直/交流调速系统电力电子器件n整流整流交流交流直流电压直流电压n逆变逆变直流直流交流电压交流电压n斩波斩波固定固定可调直流电压可调直流电压n交流调压交流调压固定固定可调交流电压可调交流电压n功率二极管功率二极管n晶闸管晶闸管n绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管n门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管功率二极管n不可控开关器件不可控开关器件加正向电压导通加正向电压导通加反向电压截止加反向电压截止晶闸管n四层半导体材料叠成四层半导
2、体材料叠成阳极阳极阴极阴极控制极控制极晶闸管的工作原理晶闸管特性n属于半控器件属于半控器件导通可控，关断不可控导通可控，关断不可控阳极阳极A承受反压时，不承受反压时，不论控制极论控制极G是否有触发是否有触发电流，晶闸管都不导通电流，晶闸管都不导通阳极阳极A承受正压时，仅承受正压时，仅在控制极在控制极G有触发电流有触发电流时晶闸管才导通时晶闸管才导通晶闸管一旦导通，控制晶闸管一旦导通，控制极极G就失去控制作用就失去控制作用要使晶闸管关断，需断要使晶闸管关断，需断开阳极开阳极A或加反向电压或加反向电压并使阳极电流小于维持并使阳极电流小于维持导通电流（接近导通电流（接近0）晶闸管的伏安特性晶闸管性能
3、参数nUDRM和和URRM控制极断路时允许重复控制极断路时允许重复加在晶闸管上的正向峰加在晶闸管上的正向峰值电压和反向峰值电压值电压和反向峰值电压n额定电压额定电压UDRM和和URRM中的较小中的较小值的值的23倍倍n额定电流额定电流ITIe为实际通过晶闸管的为实际通过晶闸管的电流有效值电流有效值 57.125.1eTII 全控器件n绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管IGBTG、C、E是栅极、集电是栅极、集电极和发射极极和发射极n门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管GTOA、K、G是阳极、阴是阳极、阴极和门极极和门极电力电子器件第6章 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子器件 n6.2 整流与逆变
4、控制整流与逆变控制6.2.1 整流电路整流电路6.2.2 逆变电路 n6.3 斩波与PMW控制n6.4 直/交流调速系统整流电路n不控整流电路不控整流电路交流电压交流电压大小不变的大小不变的直流电压直流电压n半控和全控整流电路半控和全控整流电路交流电压交流电压大小可调的大小可调的直流电压直流电压n电力电子电路分析电力电子电路分析器件关断时，流过器件器件关断时，流过器件的电流为的电流为0器件导通时，器件两端器件导通时，器件两端电压为电压为0单相半波可控整流-电阻性负载n触发角触发角/控制角控制角 晶闸管承受正压到触发晶闸管承受正压到触发脉冲到来间的电角度脉冲到来间的电角度n导电角导电角 晶闸管晶
5、闸管1个周期内导通个周期内导通的电角度的电角度单相半波可控整流-电阻性负载输出电压平均值输出电压平均值输出电流平均值输出电流平均值晶闸管承受的最大正向晶闸管承受的最大正向与反向电压为与反向电压为22U21 cos0.452dUUtUusin222ddUIR单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值输出电压平均值2coscos0.452dUU单相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值输出电压平均值流过晶闸管和续流二极流过晶闸管和续流二极管的电流平均值管的电流平均值晶闸管承受的最大正向晶闸管承受的最大正向与反向电压为与反向电压为22U2cos145.02UUdddVSII2ddVII22n课堂练习
6、课堂练习6.1某单相半波可控整流电某单相半波可控整流电路负载为纯电阻，交流路负载为纯电阻，交流电源电压电源电压U2=220V，输，输出的直流平均电压出的直流平均电压Ud=50V，输出电流平，输出电流平均值均值Id=20A，试求，试求:(1)晶闸管的控制角晶闸管的控制角 (约约90);(2)晶闸管的额定晶闸管的额定电流和额定电压电流和额定电压(4256,622933)n作业作业教材第教材第298页习题页习题10.20单相桥式整流电路单相桥式半控整流-电阻性负载输出电压平均值输出电压平均值晶闸管承受的最大正向晶闸管承受的最大正向与反向电压为与反向电压为21 cos0.92dUU22U单相桥式半控整
7、流-阻感性负载流过每个晶闸管和续流流过每个晶闸管和续流二极管电流的平均值二极管电流的平均值ddVIIddVSdVSIII221单相桥式半控整流-反电动势负载n课堂练习课堂练习6.2单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路带电感性负载带电感性负载(LR)并有续流二极管并有续流二极管,负载负载电阻电阻RL=5,交流电源交流电源电压电压U2=220V,晶闸管的晶闸管的控制角控制角=60,试求试求:(1)输出的直流平均电压输出的直流平均电压(148.5);(2)晶闸管的额晶闸管的额定电流定电流(16.522)和额定和额定电压电压(622933)n课堂练习课堂练习6.3（作业）（作业）某单相桥式半控整流
8、电某单相桥式半控整流电路带阻感性负载，电源路带阻感性负载，电源电压电压U2=220V，电抗器，电抗器L足够大足够大,负载电流负载电流50A,=/2,试求：试求：(1)晶闸晶闸管的平均电流管的平均电流(12.5);(2)续流二极管的平均电流续流二极管的平均电流(25);(3)晶闸管的额定晶闸管的额定电流电流(23.431.8)和额定和额定电压电压(622933)单相桥式全控整流-电阻性负载输出电压平均值输出电压平均值每个晶闸管电流平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压晶闸管承受最大反压22U2cos19.02UUd2ddVSII222U单相桥式全控整流-
9、阻感性负载输出电压平均值输出电压平均值每个晶闸管电流平均值每个晶闸管电流平均值晶闸管承受的最大正压晶闸管承受的最大正压和反压均为和反压均为20.9cosdUU22U2ddVSII三相半波可控整流-电阻性负载1、2、3为自然换相点为自然换相点触发顺序触发顺序VT1-VT2-VT3触发脉冲相位差触发脉冲相位差120控制角从自然换相点算控制角从自然换相点算每个晶闸管导通每个晶闸管导通120三相半波可控整流-电阻性负载=0，t=/6输出电压平均值输出电压平均值每支晶闸管电流平均值每支晶闸管电流平均值晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大正压晶闸管承受最大反压晶闸管承受最大反压3ddVSII21.17dPUU
10、22.45PUPU22三相半波可控整流-电阻性负载=/6，t=/3输出电压平均值输出电压平均值21.17cosdPUU300三相半波可控整流-电阻性负载=/3，t=/2输出电压平均值输出电压平均值1503020.6751 cos6dPUU三相半波可控整流-阻感性负载输出电压平均值输出电压平均值晶闸管承受的最大正、晶闸管承受的最大正、反压均为反压均为VS1VS2VS322.45PU21.17cosdPUU三相半波可控整流-阻感性负载三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流-阻感性负载=0 第6章 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子器件 n6.2 整流与逆变控制整流与逆变控制6.2.1 整流电路6
11、.2.2 逆变电路逆变电路 n6.3 斩波与PMW控制n6.4 直/交流调速系统逆变电路n有源逆变有源逆变逆变器的交流侧接到交逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电变为同频率的交流电n无源逆变无源逆变逆变器的交流侧接到负逆变器的交流侧接到负载，把直流电逆变为某载，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交一频率或可变频率的交流电供给负载流电供给负载n变流器变流器可同时实现整流和逆变可同时实现整流和逆变功能的晶闸管电路功能的晶闸管电路有源逆变a)两电动势同极性两电动势同极性nEGEMb)两电动势同极性两电动势同极性nEGUdn条件条件2晶闸管晶闸管 /2使使Ud
12、为负为负无源逆变n以相等的时间间隔交以相等的时间间隔交替地闭合和断开替地闭合和断开S1、S4 和和S2、S3，则在负，则在负载上获得交流电载上获得交流电n交流电频率取决于两交流电频率取决于两组开关在每秒内闭合组开关在每秒内闭合和断开的次数和断开的次数换相n电流在不同支路的转电流在不同支路的转移过程移过程n换相方式换相方式器件换相器件换相电网换相电网换相负载换相负载换相强迫换相强迫换相三相电压型逆变电路直流侧为电压源直流侧为电压源V1V6为为IGBTVD1VD6为二极管为二极管三相电流型逆变电路直流侧为电流源直流侧为电流源VT1VT6为晶闸管为晶闸管第6章 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子
13、器件 n6.2 整流与逆变控制n6.3 斩波与斩波与PMW控制控制n6.4 直/交流调速系统降压斩波电路V为为IGBTton为为V导通时间导通时间toff为为V关断时间关断时间T为为V开关周期开关周期为导通占空比为导通占空比ononoiiionoffttUUUUttT升压斩波电路ton为为V导通时间导通时间toff为为V关断时间关断时间T为为V开关周期开关周期为导通占空比为导通占空比11onoffoiiioffoffttTUUUUttPWM控制n脉冲宽度调制脉冲宽度调制pulse width modulation保持开关器件保持开关器件T不变，不变，改变改变ton调控输出电压调控输出电压n等幅
14、等幅PWM控制控制直流斩波控制直流斩波控制n不等幅不等幅PWM控制控制SPWM逆变控制逆变控制SPWM控制nSinusoidal PWM脉冲宽度按正弦规律变脉冲宽度按正弦规律变化，可等效输出正弦波化，可等效输出正弦波n冲量等效原理冲量等效原理冲量相等而形状不同的冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上窄脉冲加在惯性环节上的效果基本相同的效果基本相同SPWM控制SPWM控制n用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦正半波OutOutOutSPWM控制OUd-UdOUd-UdSPWM的调制控制n期望正弦波期望正弦波ur和高频双极性三角波和高频双极性三角波uc第6章
15、 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子器件 n6.2 整流与逆变控制n6.3 斩波与PMW控制n6.4 直直/交流调速系统交流调速系统6.4.1 直流调速系统直流调速系统6.4.2 交流调速系统直流电机调速原理n调压调速调压调速改变电枢电压改变电枢电压Uan调磁通调速调磁通调速改变励磁电阻改变励磁电阻Rfn调电阻调速调电阻调速改变电枢回路电阻改变电枢回路电阻RaTKKRKUnteaea2直流调速系统n晶闸管直流调速系统晶闸管直流调速系统开环调速系统开环调速系统单闭环调速系统单闭环调速系统n有静差调速系统n无静差调速系统双闭环调速系统双闭环调速系统可逆调速系统可逆调速系统nPWM直流调速系统直
16、流调速系统开环调速系统n调压调速调压调速控制电压控制电压Ug晶闸管控晶闸管控制角制角整流电路输出电整流电路输出电压压UD电机调压调速电机调压调速开环系统只能调速，不开环系统只能调速，不能稳速能稳速转速负反馈调速系统nUUUUUdkfg比例放大器触发电路整流电路测速发电机转换元件给定电位器电压负反馈调速系统调速过程与转速负反馈调速过程与转速负反馈完全相同，只是反馈信完全相同，只是反馈信号和检测元件不同号和检测元件不同无静差调速系统采用比例积分放大器采用比例积分放大器转速/电流双闭环调速系统转速调节器转速调节器ST用于转用于转速负反馈控制速负反馈控制电流调节器电流调节器LT用于电用于电流负反馈控制
17、流负反馈控制可逆直流调速系统PWM直流调速系统直流斩波器VT1VT4均为均为IGBT直流斩波器T为输出矩形波周期为输出矩形波周期t1为正向脉冲宽度为正向脉冲宽度导通占空比导通占空比 SSSavUTtTUtTtTUU122111Tt1第6章 直/交流传动控制系统n6.1 电力电子器件 n6.2 整流与逆变控制n6.3 斩波与PMW控制n6.4 直直/交流调速系统交流调速系统6.4.1 直流调速系统6.4.2 交流调速系统交流调速系统交流电机调速原理n磁极对数调速磁极对数调速n定子电源频率调速定子电源频率调速变压变频调速变压变频调速恒压弱磁调速恒压弱磁调速n转差率调速转差率调速调压调速调压调速n定
18、子电源电压或定子串电阻调速转子串电阻调速转子串电阻调速n采用串级调速LTSXRUSRKT22022212)(SPfSnn16010交流调速系统n晶闸管调压调速系统晶闸管调压调速系统n晶闸管串级调速系统晶闸管串级调速系统n变频调速系统变频调速系统晶闸管交流调压电路n单相单相n三相三相转速负反馈闭环控制串级调速原理未串附加电势时未串附加电势时串入与串入与E2同频反相的附同频反相的附加电势加电势Ead后后电机降速运行电机降速运行2202220222222SXRSEXREI22022202SXRESEIadMLMTISnTTI22晶闸管串级调速系统变频调速系统n交交-直直-交变频调速交变频调速n交交-
19、交变频调速交变频调速n矢量变换控制调速矢量变换控制调速n无刷直流电机调速无刷直流电机调速交-交变频n单相交单相交-交变频器交变频器按正弦规律调制按正弦规律调制 矢量变换控制n根据旋转磁场等效原则，通过坐标变换把交流电根据旋转磁场等效原则，通过坐标变换把交流电机定子电流分解为磁场分量和转矩分量机定子电流分解为磁场分量和转矩分量矢量控制变频调速系统有刷直流电机n旋转逆变器是直流电机一切缺陷的根源旋转逆变器是直流电机一切缺陷的根源定子磁极转子电枢电机反装以取代旋转逆变器n磁场由转子（永磁体）提供，主磁极随转子一起旋转磁场由转子（永磁体）提供，主磁极随转子一起旋转转子磁极定子电枢无刷直流电机n无刷直流电机结构无刷直流电机结构同步电动机同步电动机主磁极位置检测器主磁极位置检测器BQ静止逆变器静止逆变器总结n本章知识点本章知识点1.晶闸管的工作原理和性能参数晶闸管的工作原理和性能参数2.单相可控整流电路分析单相可控整流电路分析 3.有源逆变有源逆变4.PWM控制控制
