河北联合大学电气工程学院讲稿调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。G-M系统特性n第I象限第IⅡI象限no111n2T.o第III象限第IV象限图1-2G-M系统的机械特性1.1.2静止式可控整流器图1-3晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图V-M系统工作原理晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。V-M系统的特点与G-M系统相比较：■晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器
河北联合大学电气工程学院讲稿 调节电动机的转速 n 。 这样的调速系统简称 G-M 系统，国际上通称 Ward-Leonard 系统。 G-M 系统特性 1.1.2 静止式可控整流器 图 1-3 晶闸管-电动机调速系统（V-M 系统）原理图 V-M 系统工作原理 晶闸管-电动机调速系统（简称 V-M 系统，又称静止的 Ward-Leonard 系统），图中 VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位， 即可改变整流电压 Ud ，从而实现平滑调速。 V-M 系统的特点 与 G-M 系统相比较： ◼ 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显 示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 10 4 以上，其门极电流可以直 接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器
河北联合大学电气工程学院讲稿在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。V-M系统的问题国由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。晶闸管对过电压、过电流和过高的duldt与dildt都十分敏感，若超过允许值会在一很短的时间内损坏器件。服由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。1.1.3直流波器或脉宽调制变换器在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市有轨和无轨电车和地铁电机车等电力牵引设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电，过去用切换电枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调速，在电阻中耗电很大。1．直流波器的基本结构1CUd+U,木VDta）原理图b）电压波形图图1-5直流新波器-电动机系统的原理图和电压波形2.斩波器的基本控制原理在原理图中，VT表示电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时，直流电源电压Us加到电动机上：当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如图1-5b，好像是电源电压Us在ton时间内被接上，又在T-ton时间内被斩断，故称“斩波”。3.输出电压计算这样，电动机得到的平均电压为U.=U,= pU,7(1-2)
河北联合大学电气工程学院讲稿 ◼ 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大 提高系统的动态性能。 V-M 系统的问题 ◼ 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 ◼ 晶闸管对过电压、过电流和过高的 du/dt 与 di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在 很短的时间内损坏器件。 ◼ 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公 害”。 1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器 在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市有轨和无轨电车和地铁电机车等电力牵引 设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电，过去用切换电枢回路电阻 来控制电机的起动、制动和调速，在电阻中耗电很大。 1. 直流斩波器的基本结构 2. 斩波器的基本控制原理 在原理图中，VT 表示电力电子开关器件，VD 表示续流二极管。当 VT 导通时，直流 电源电压 Us 加到电动机上；当 VT 关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续 流，两端电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如图 1-5b ，好像是电源电压 Us 在 ton 时间内被接上，又在 T – ton 时间内被斩断，故称“斩波”。 3. 输出电压计算 这样，电动机得到的平均电压为 (1-2) s s on d U U T t U = =
河北联合大学电气工程学院讲稿式中T一晶闸管的开关周期：ton一开通时间；p一占空比，p=ton/T=tonf,其中f为开关频率。为了节能并实行无触点控制，现在多用电力电子开关器件，如快速晶闸管、GTO、IGBT等。采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，脉宽调制变换器（PWM-PulseWidthModulation）。4.波电路三种控制方式-根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式：+T不变，变ton一脉冲宽度调制（PWM)；-ton不变，变T一脉冲频率调制（PFM)；-ton和T都可调，改变占空比一混合型。PWM系统的优点（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右。（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。小结三种可控直流电源，V-M系统在20世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统。直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。1.2晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制
河北联合大学电气工程学院讲稿 式中 T — 晶闸管的开关周期； ton — 开通时间； — 占空比， = ton / T = ton f ,其中 f 为开关频率。 为了节能并实行无触点控制，现在多用电力电子开关器件，如快速晶闸管、GTO、IGBT 等。 采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开 关的电路，脉宽调制变换器（PWM-Pulse Width Modulation）。 4. 斩波电路三种控制方式 ◼ 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式： ◼ T 不变，变 ton —脉冲宽度调制（PWM）； ◼ ton 不变，变 T —脉冲频率调制（PFM）； ◼ ton 和 T 都可调，改变占空比—混合型。 PWM 系统的优点 （1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1:10000 左右。 （4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不 大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 小结 三种可控直流电源，V-M 系统在 20 世纪 60~70 年代得到广泛应用，目前主要用于大容 量系统。 直流 PWM 调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量 的系统中，已取代 V-M 系统成为主要的直流调速方式。 1.2 晶闸管-电动机系统（V-M 系统）的主要问题 本节讨论 V-M 系统的几个主要问题： （1）触发脉冲相位控制
河北联合大学电气工程学院讲稿（2）电流脉动及其波形的连续与断续。（3）抑制电流脉动的措施。（4）晶闸管-电动机系统的机械特性。（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。触发脉冲相位控制1.2.1在如图可控整流电路中，调节触发装置GT输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。等效电路分析如果把整流装置内阻移到装置R外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其Ia理想空载瞬时值udo和平均值UaoUdO来表示，相当于用图示的等效电路代替实际的整流电路。图1-7V-M系统主电路的等效电路图
河北联合大学电气工程学院讲稿 （2）电流脉动及其波形的连续与断续。 （3）抑制电流脉动的措施。 （4）晶闸管-电动机系统的机械特性。 （5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。 1.2.1 触发脉冲相位控制 在如图可控整流电路中，调节触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控 整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形，以及输出平均电压 Ud 的数值。 等效电路分析 如果把整流装置内阻移到装置 外边，看成是其负载电路电阻的一 部分，那么，整流电压便可以用其 理想空载瞬时值 ud0 和平均值 Ud0 来表示，相当于用图示的等 效电路代替实际的整流电路
河北联合大学电气工程学院讲稿瞬时电压平衡方程(1- 4)Uao=E+iR+Ldidt式中一电动机反电动势（V)；一整流电流瞬时值（A）；一主电路总电感（H)：一主电路等效电阻（Q)，R=Rrec + Ra + RL.对udo进行积分，即得理想空载整流电压平均值UdO。用触发脉冲的相位角α控制整流电压的平均值UdO是晶闸管整流器的特点。UdO与触发脉冲相位角α的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，UdO=f（α）可用下式表示整流电压的平均值计算"U.sn"Uao="cosα(1-5)元m式中一从自然换相点算起的触发脉冲控制角：一α=0时的整流电压波形峰值（V)：一交流电源一周内的整流电压脉波数。对于不同的整流电路，它们的数值见表1-1。表1-1不同整流电路的整流电压波形峰值、脉波数及平均整流电压整流电路单相全波三相半波三相全波六相半波2U,oU,2UV2U, *Um3626m0.9U2cosa2.34U2cosa135U2cosaUan1.17U,cosa*U2是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。整流与逆变状态-当0<α<元/2时，Ud0>0，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；
河北联合大学电气工程学院讲稿 瞬时电压平衡方程 (1- 4) 式中 — 电动机反电动势（V）； — 整流电流瞬时值（A）； — 主电路总电感（H）； — 主电路等效电阻（）， R = Rrec + Ra + RL。 对 ud0 进行积分，即得理想空载整流电压平均值 Ud0 。 用触发脉冲的相位角 控制整流电压的平均值 Ud0 是晶闸管整流器的特点。 Ud0 与触发脉冲相位角 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路， 当电流波形连续时，Ud0 = f () 可用下式表示 整流电压的平均值计算 (1-5) 式中 —从自然换相点算起的触发脉冲控制角； — = 0 时的整流电压波形峰值（V）； —交流电源一周内的整流电压脉波数。 对于不同的整流电路，它们的数值见表 1-1。 表 1-1 不同整流电路的整流电压波形峰值、脉波数及平均整流电压 * U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。 整流与逆变状态 ◼ 当 0 < < /2 时，Ud0 > 0 ，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到 直流侧； t i u E i R L d d d d0 = + d + cos π sin π d0 m m U m U =