电力拖动自动控制系统全面讲解
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逆变状态，电功率反向传送。 为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。
相控整流器的电压控制曲线如下图
12
1.2.2* 电流脉动及其波形的连续与断续
由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和 断续两种情况，这是V-M系统不同于G-M系统的 又一个特点。
当V-M系统主电路有足够大的电感量，而且电 动机的负载也足够大时，整流电流便具有连续的 脉动波形。当电感量较小或负载较轻时，在某一 相导通后电流升高的阶段里，电感中的储能较少； 等到电流下降而下一相尚未被触发以前，电流已 经衰减到零，于是，便造成电流波形断续的情况。
设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术。
15
（1）平波电抗器的设置与计算
单相桥式全控整流电路
L 2.87 U2 Id mi n
（1-6）
三相半波整流电路 三相桥式整流电路
L 1.46 U2 Idmin
（1-7）
L 0.693U2 Idmin
（1-8）
16
（2）多重化整流电路
电力拖动自动控制系统
第1 篇 直流拖动控制系统
1
本章提要
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题 1.3 直流脉宽调速系统的主要问题 1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计 1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
如图电路为由2个三相桥并联而成的12脉波 整流电路，使用了平衡电抗器来平衡2组整流器 的电流。
1
LP
VT
T
c1
2
c2
L
b1 a1
b2 M
a2
并联多重联结的12脉波整流电路
17
1.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为
n C 1 e(U d 0 Id R ) C 1 e(m π U m sim π n co Is d R ) （1-9）
2
本节要点
1.晶闸管—电动机系统中触发脉冲、电流 脉动及其波形的连续与断续、解决电流脉动 的方法。
2.晶闸管-电动机系统的机械特性问题， 及数学模型。
➢难点： 晶闸管——电动机系统的数学模型
3
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题
（1）触发脉冲相位控制 （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
式中 Ce = KeN —电机在额定磁通下的电动势系数。 式（1-9）等号右边 Ud0 表达式的适用范围如第1.2.1节
中所述。
18
（1）电流连续情况
改变控制角，
得一族平行直线， 这和G-M系统的特 性很相似，如图1-10 所示。
图中电流较小的部 分画成虚线，表明 这时电流波形可能 断续，公式（1-9） 已经不适用了。
R
21
（3）电流断续机械特性计算
当阻抗角 值已知时，对于不同的控制 角 ，可用数值解法求出一族电流断续时的
统为例，电流断续时机械特性须用下列方程组表示
n2 U 2cos[sin( 6 C e (1 e )ctg s )in( 6)e ctg] (1-10)
Id3 2 2 U R 2[c 6 o s ) (co 6 s ()C 2 U e2n ]
式中 arctgL ； — 一个电流脉波的导通角。
n
△n = Id R / Ce
O
IL
Id
图1-10 电流连续时V-M系统的机械特性 19
上述分析说明：只要电流连续，晶闸 管可控整流器就可以看成是一个线性的 可控电压源。
20
（2）电流断续情况
a r c t g
L R
当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方
程要复杂得多。以三相半波整流电路构成的V-M系
(1-3)
8
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
9
• 整流电压的平均值计算
Ud0m πUmsinm πcos
(1-5)
式中
—从自然换相点算起的触发脉冲控制角；
——U交m 流=电0 源时一的周整内流的电整压流波电形压峰脉值波；数； m
对于不同的整流电路，它们的数值如表1-1所示。
10
表1-1 不同整流电路(全控)的整流电压值
整流电路 Um m Ud0
单相全波 2U 2 * 2
0.9U2 cos
三相半波 2U 2 3
1.17U2 cos
三相全波 6U 2 6
2.34U2 cos
六相半波 2U 2 6
1.35U2 cos
*注： U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。
11
• 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；
当 /2 < < max 时， Ud0 < 0 ，装置处于有源
13
•V-M系统主电路的输出
ud
u
a
u
b
u
c
ud
O
ud
ua
ub
uc
ud
Ud E
t O
Ud E
t
id ic O
ia
ib
ic
id
ic
Leabharlann Baidu
ia
ib
ic
t O
a）电流连续
b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
t 14
1.2.3* 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动 的转矩，对生产机械不利，同时也增加电 机的发热。为了避免或减轻这种影响，须 采用抑制电流脉动的措施，主要是：
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。
图1-7 V-M系统主电路的等效电路图
7
• 瞬时电压平衡方程
ud0EidRLdditd
式中
E — 电动机反电动势；
id— 整流电流瞬时值； L— 主电路总电感；
R— 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
4
静止式可控整流器
图1-3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）
5
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。
6
•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
相控整流器的电压控制曲线如下图
12
1.2.2* 电流脉动及其波形的连续与断续
由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和 断续两种情况，这是V-M系统不同于G-M系统的 又一个特点。
当V-M系统主电路有足够大的电感量，而且电 动机的负载也足够大时，整流电流便具有连续的 脉动波形。当电感量较小或负载较轻时，在某一 相导通后电流升高的阶段里，电感中的储能较少； 等到电流下降而下一相尚未被触发以前，电流已 经衰减到零，于是，便造成电流波形断续的情况。
设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术。
15
（1）平波电抗器的设置与计算
单相桥式全控整流电路
L 2.87 U2 Id mi n
（1-6）
三相半波整流电路 三相桥式整流电路
L 1.46 U2 Idmin
（1-7）
L 0.693U2 Idmin
（1-8）
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（2）多重化整流电路
电力拖动自动控制系统
第1 篇 直流拖动控制系统
1
本章提要
1.1 直流调速系统用的可控直流电源 1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题 1.3 直流脉宽调速系统的主要问题 1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计 1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
如图电路为由2个三相桥并联而成的12脉波 整流电路，使用了平衡电抗器来平衡2组整流器 的电流。
1
LP
VT
T
c1
2
c2
L
b1 a1
b2 M
a2
并联多重联结的12脉波整流电路
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1.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为
n C 1 e(U d 0 Id R ) C 1 e(m π U m sim π n co Is d R ) （1-9）
2
本节要点
1.晶闸管—电动机系统中触发脉冲、电流 脉动及其波形的连续与断续、解决电流脉动 的方法。
2.晶闸管-电动机系统的机械特性问题， 及数学模型。
➢难点： 晶闸管——电动机系统的数学模型
3
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题
（1）触发脉冲相位控制 （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
式中 Ce = KeN —电机在额定磁通下的电动势系数。 式（1-9）等号右边 Ud0 表达式的适用范围如第1.2.1节
中所述。
18
（1）电流连续情况
改变控制角，
得一族平行直线， 这和G-M系统的特 性很相似，如图1-10 所示。
图中电流较小的部 分画成虚线，表明 这时电流波形可能 断续，公式（1-9） 已经不适用了。
R
21
（3）电流断续机械特性计算
当阻抗角 值已知时，对于不同的控制 角 ，可用数值解法求出一族电流断续时的
统为例，电流断续时机械特性须用下列方程组表示
n2 U 2cos[sin( 6 C e (1 e )ctg s )in( 6)e ctg] (1-10)
Id3 2 2 U R 2[c 6 o s ) (co 6 s ()C 2 U e2n ]
式中 arctgL ； — 一个电流脉波的导通角。
n
△n = Id R / Ce
O
IL
Id
图1-10 电流连续时V-M系统的机械特性 19
上述分析说明：只要电流连续，晶闸 管可控整流器就可以看成是一个线性的 可控电压源。
20
（2）电流断续情况
a r c t g
L R
当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方
程要复杂得多。以三相半波整流电路构成的V-M系
(1-3)
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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
9
• 整流电压的平均值计算
Ud0m πUmsinm πcos
(1-5)
式中
—从自然换相点算起的触发脉冲控制角；
——U交m 流=电0 源时一的周整内流的电整压流波电形压峰脉值波；数； m
对于不同的整流电路，它们的数值如表1-1所示。
10
表1-1 不同整流电路(全控)的整流电压值
整流电路 Um m Ud0
单相全波 2U 2 * 2
0.9U2 cos
三相半波 2U 2 3
1.17U2 cos
三相全波 6U 2 6
2.34U2 cos
六相半波 2U 2 6
1.35U2 cos
*注： U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。
11
• 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；
当 /2 < < max 时， Ud0 < 0 ，装置处于有源
13
•V-M系统主电路的输出
ud
u
a
u
b
u
c
ud
O
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Ud E
t O
Ud E
t
id ic O
ia
ib
ic
id
ic
Leabharlann Baidu
ia
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t O
a）电流连续
b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
t 14
1.2.3* 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动 的转矩，对生产机械不利，同时也增加电 机的发热。为了避免或减轻这种影响，须 采用抑制电流脉动的措施，主要是：
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。
图1-7 V-M系统主电路的等效电路图
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• 瞬时电压平衡方程
ud0EidRLdditd
式中
E — 电动机反电动势；
id— 整流电流瞬时值； L— 主电路总电感；
R— 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
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静止式可控整流器
图1-3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）
5
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。
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•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