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1、第九章 电力电子技术应用2009-6-15第35讲 电力电子技术的应用是非常广泛的。人们对机器精度的控制、对载人运动物体的控制，要求越来越高，生产的需要必然要引起创新和革命。英国布拉什电机公司研制的是用高频电流来牵引电动机的英吉利海峡海底隧道高速列车。时速高达每小时300公里。我国2000年和2004年客运列车的第五次大提速，实现朝发夕至、夕发朝至。2002年底在上海建成的磁悬浮列车，时速高达每小时600公里。中国“神六”载人航天飞船的成功飞行，电力电子技术发挥着不可替代的作用。三峡大坝发出的强大的电流以直流或交流电的方式送往华东各地。这些都离不开电力电子技术的应用。电力电子技术在国防工业、工
2、业交通、农业商业和文体医药、以及家用电器无不渗透着电力电子技术的新成就。1。直流调速。直流调速 改变电枢电压或激磁电压可以对直流电机进行调速。过去多采用“电动机-发电电机组-直流电动机”来实现。这需要多台电机，结构庞大且不经济，正在被取代。改用几个晶闸管组成的电动机调速系统，只需一台直流电动机，结构简单，动静特性好，且易于实现自身控制。国内中小容量的晶闸管传动装备在技术上是成熟的。在冶金、机械、造纸、纺织、能源、交通等多部门使用。用晶闸管作直流开关构成的斩波器对直流电压进行调节，即实现了直流电动机的直流脉冲调速。调速、启动、制动平稳、操作灵活、维修方便。不仅调速，又能实现再生制动。比电阻调速节
3、能30%-40%以上，广泛应用在地铁电机车、矿山机车、城市机车、蓄电池电平车等运载工具上。在我国铁路六次大提速中担当主力军的电力机车，供电是采用单相25千伏的交流电，经整流成直流后驱动列车上的直流电机运行。下坡时利用逆变技术，实现平稳运行，并把发出的直流电通过逆变回送给电网。而且正在逐步向交流驱动迈进；经过六次大提速从北京到上海只需8个小时。大部分客运实现朝发夕至和夕发朝至，极大地方便了人们的出行。树立了中国铁路快捷、舒适、方便的新形象。一、电力机车的调速电路：一、电力机车的调速电路：8G、8K、6K三种电力机车，如法国 8K电力机车，韶山6型电力机车等。图9-2给出了国产SS5型客运电力机车
4、的实际电路简图。1.配电系统：配电系统：单向50hz、25Kv供电，如图9-1所示，由车顶的接触网引入交流电源，经过主断路器QF接主变压器，再通过接地设备与铁轨可靠相接，形成电。由车顶的接触网分为前接触网和后接触网。在机车的顶上设置有配电系统 再经过变压器供给机车的整流电路。主变压器的输出分成四段，每段空载额定电压为640伏。分别加给两个两段相控整流桥（一段全控，一段半控），桥中采用1700A/2200V的晶闸管和2500A/2200V整流管，整流输出分别供4个串激式直流电机。主变压器的输出分成四段，每段空载额定电压为640伏。分别加给两个两段相控整流桥（一段全控，一段半控），桥中采用1700
5、A/2200V的晶闸管和2500A/2200V整流管，整流输出分别供4个串激式直流电机。主变压器的初级一端接交流电网引入的单相交流电，另一端通过接地电刷接到铁道线上。2.牵引驱动：牵引驱动：整流传动时采用二极管D1、D2、D3和晶闸管DT5、DT6、DT7构成半桥工作方式，控制晶闸管的导通角，控制了输出的直流电压，从而达到控制直流电机调速的目的，这种接法由二极管D1、D2、D3构成续流回路，以防止电路失控，又节约一个续流二极管。整流电压的调节过程是：首先移相控制全控桥工作；而半控桥回路的D1、D2、D3提供直流通路，输出电压达到 后，移相控制半控桥工作，两桥整流输出电压串联。2/dU 当输出电
6、压达到电机允许工作的最高电压时，逻辑控制半控桥工作并维持全导通状态 而通过调节全控桥的输出电压大小来实现电机调压调速的要求。3无级磁场削弱：无级磁场削弱：全控桥在牵引控制时，以对称半控桥的工作方式进行。即DT2、DT4固定在交流电压过零时触发导通，DT1和DT3可以连续调节移相角；半控桥以相控不对称半控桥运行。工作时如果机车继续升速，就要进行无级磁场削弱。无级磁场削弱的原理：从电机电枢与磁场绕组的连接点到半控桥两个桥臂的中点分别串入两个磁场分路晶闸管DT8和DT9，当半控桥满导通后，对分路晶闸管进行移相控制，以改变磁场削弱的深度。实际上是用晶闸管DT8和DT9来分流流过激磁线圈的激磁电流的。其
7、削弱的深度达39%。两个激磁分流晶闸管每隔半波轮流导通，与半控桥元件正负半周轮流导通是同步的（电源电压过零关断半控桥晶闸管时也同时关断与它相连的分流晶闸管）。调节DT8、DT9的导通角 ，可调节分流的大小，分流越大，则激磁电流越小，从而达到削弱磁场的目的。回路中串接大电感L，是为了使电机在小电流工作时电流连续。4再生制动：再生制动：电制动方式采用再生制动，可使最大制动力150KN维持到10KM/H。这种方式下全控桥与半控桥脱离，全控桥与两台并联的电机电枢串联，每个支路串入一个稳定电阻，其阻值为0.23，用以限制再生制动电流，提高了电器制动稳定度。1）电机的激磁电路：半控桥供直流电机的激磁电流，
8、因逆变电路的晶闸管大部分时间工作在交流电源的负半周，直流电机的电势方向应为上负下正，由于电机在制动时和牵引时的方向相同，且电流的方向不变，这时只能改变励磁电流的方向，以使发电机电势反向。2）逆变电路条件：（1）电机的转向不变，要改变直流电机的电势方向为上负下正，只能改变励磁电流的方向，以使发电机电势反向，以满足逆变的条件之一：有一个直流电源，且直流电源的方向应使晶闸管承受正向压降。（2）DT1、DT2、DT3、DT4构成全桥逆变器，调节角小于90度，使输出电压Ud0。3）逆变变工作：在逆变工作情况下（1）DT2、DT4维持最小逆变角控制；（2）采用调节DT1和DT3的方法来控制逆变的输出电压值
9、。（3）四个桥臂均导通180。（4）再生制动分为高速区、中速区、低速区。高速区受牵引电机的最大电压限制，要求最大逆变电势值相等，进行调节励磁电流控制；中速区则励磁电流保持最大值（940A）进行全控桥逆变控制，调节逆变输出电势的大小来改变逆变电流的大小。逆变电流：RUEddMI|低速区仍保持励磁电流最大值（940A），改变逆变控制角 调到最小值（即加大 角），调节整流输出电压为正值，即与发电机电势E方向相同。称为调节加馈电压区。由于回路串有较大的稳定电阻，加上回路串有较大的电感L，并由于电机的转速较低，感应电势E较小，不会产生逆变失败。这种制动方式称为加馈电气制动。制动工作时，当一台电机或稳定电
10、阻出现故障时，可用把有故障的电机隔离开的方法，来作电器隔离 另外，电路中采用恒恢复裕度角控制方式，提高了再生制动时的功率因素。再看再生制动电路的组成：小结：这是一个电机直流驱动系统的概念。1）电路的外部分连接关系 2）系统的驱动电路的工作原理 3）电路的调速采用的方法 4）电路的制动方法二、电车直流脉冲的调速电路二、电车直流脉冲的调速电路（电流换流斩波器电路）如图9-5所示，X1和X2为架空电网引入端，L0和C0为电源进线滤波网络。电路的工作原理是：刚接通电源时，晶闸管DT1、DT2均未导通，电源E经C、L1、D2和负载电机给电容器C充电，其值的方向是上正下负。直到 后充电结束。如图9-6中的
11、红标志。控制信号Ug1脉冲触发DT1导通，电源加到负载电机上，由于D2反接，电容器上的电压无法通过导通的DT1放电，但却使晶闸管DT2承受正向电压。控制信号Ug2脉冲触发DT2导通，DT2导通后，谐振器件L1、C与DT2形成回路使电容器上电压通过DT2放电，放完电后又反向充电。使电容器上电压变为上负下正。此时DT1继续导电，斩波器继续向电机供电。当电容器反充电到-E时，DT2自已关断。DT2关断则引出另一过程:(引起DT1的关断)：关断电流的形成 电源E通过C、L1谐振电路和D2给电容器C反向充电（先放电，再反向充电）反向电流ic逐渐增大。假设负载电感L足够大，电流恒定，保持不变,由于 逐渐增
12、大的分流作用，而使流过晶闸管DT1的电流iT1 逐渐减小，见图9-8ctdiii1dIci1ti 当 时，流过晶闸管DT1的电流 iT1 变为零，DT1关断（实际上 时DT1就截止）。dcii HtIi1 DT1截止后斩波器停止输出。当DT1关断后，仍在增加，当 时，D1正偏导通。cidcii D1正偏导通后，谐振电流 除了供给负载电流 外，其余部分经过D1返回给电容器C充电。这时也进一步保证DT1截止。负载电流 ，在ic增大到最大值之前，L1产生的自感电动势给DT1和DT2以反压。反压的持续时间大于晶闸管的关断时间，使DT1和DT2恢复正向阻断能力。当 越过最大值开始减小时，L1的自感电动势
13、给DT1，DT2以正压。1Dcdiii 当 减小到 时，二极管D1反偏截止，同时电源又通过C、L1、D2和负载给电容器C充电。cidcii 当电容器上电压等于电源电压即 时，。这时电源停止输出电流，斩波器也无输出。Euc0ci 负载电流 经续流二极管D形成续流回路。由于电感L大，流过电机负载的电流基本是恒定的。dI 在下一个周期再触发DT1导通，再关断DT1，周而复始，就实现了电机的斩波调压调速稳定运行。第35讲到此结束。同学们，再见。床位三座标控制2010-6-10第36讲床位控制中直流电机晶闸管控制电路床位控制中直流电机晶闸管控制电路 床位的精确定位控制是机械加工的各种机床、CT、结石粉碎
14、机、X光机等设备的必须具有的功能。数控机床、结石粉碎机的床位等还要求三座标移动。结石粉碎机 床 位X光机定位床位三座标控制系统X光机控制结石粉碎机控制系统 下面介绍我们和西安飞机发动机公司研制的水囊式肾结石粉碎机的床位控制的电路。其直流电压的调节是采用晶闸管直流调速，为了稳速，由测速发电机发出的电压信号直接加给触发脉冲形成电路，形成速度负反馈电路。1。直流电机驱动电路：。直流电机驱动电路：如图所示的电路是直流电机的晶闸管驱动主回路简图：1）在正弦交流电的正半周，控制DT1导通，电流经R3到直流电机，再经二极管D1到电源自然导通电机正转 2）在交流电的负半周控制DT2导通，电流经R4到直流电机，
15、再经D1到电源。电机正转 电机正转，床位上升。反之在正弦交流电的正半周：1）若控制DT4导通，电流经D2自然导通，经过直流电机和R4回到电源；电机的电流与正转时相反为电机反转；2）在交流电的负半周控制DT3导通，电流通过D2、直流电机、R3和DT3回到电源，电机反转。电机反转则床位下降。调节控制电压，就调节了控制角，控制了晶闸管的开度，调节了输出的直流电压的高低，使电机的速度变化。角 电路控制采用给定电压的办法，设定快、慢两种速度，单按下“升”按钮则床上升，角稍大；按下“降”按钮，则床位下降，角稍大；在按下“快”键后再按下“升”或“降”按钮则可以实现快升快降运动。三个同样的电路就可以构成了床位
16、的三座标移动。2。控制电路移相电路见图9-11，由同步电压30伏经桥式整流和2CW21J稳压管稳压成梯形波同步信号作为触点电路的同步电源。控制电压信号经运算放大器U1隔离放大，分别送到运算放大器U2和U3的正向输入端和反向输入端。当运算放大器U2接到正的控制电压后，T1管导通，引起T2管导通。由测速发电机发出的电压信号与转速成正比。直接加到触发控制电路的转速负反馈端上。W0是负反馈电压调节电位器。其电压经18K电阻耦合与控制电压信号共同加到运算放大器U1的反向输入端上。U1作为比例放大器，对输入的合成电压放大两倍后，分别通过36K电阻加到运算放大器U2的正向输入端和U3的反向输入端上。运算放大器U2和U3的输出端分别接到由单结晶体管构成的脉冲形成电路。单结晶体管形成的脉冲信号经脉冲变压器耦合输出。（1）当输入电压的控制合成电压为正时，经运算放大器U1反向放大后输出一个负电压，U2的正向输入端接收到负电压后，U2输出一个负电压，使上方的单结晶体管脉冲形成电路不工作；而U3的反向输入端接到负电压后，U3输出一个正电压，使下方的单结晶体管脉冲形成电路工作，经脉冲变压器B2输出加到晶闸管DT3
