直流電機驅(qū)動基礎(chǔ)，晶閘管驅(qū)動概述第 5 部分

單變流器換向驅(qū)動器

我們將考慮一個為永磁電機供電的全控變流器，并了解電機如何從一個方向的全速再生制動，然后反向加速到全速。我們在結(jié)尾處原則性地研究了這個過程，但在這里我們探討了使用變流器饋電驅(qū)動器實現(xiàn)它的實用性。我們從一開始就應(yīng)該清楚，在實踐中，用戶所要做的就是將速度給定信號從全正向更改為全反向：驅(qū)動轉(zhuǎn)換器中的控制系統(tǒng)從此開始負責(zé)。它的作用和方式將在下面討論。

電機全速正向運行時，變流器延遲角較小，變流器輸出電壓V 和電流I 均為正值。

為了制動電機，必須反轉(zhuǎn)扭矩。唯一可以做到這一點的方法是反轉(zhuǎn)電樞電流的方向。轉(zhuǎn)換器只能提供正電流，因此要反轉(zhuǎn)電機扭矩，我們必須使用機械開關(guān)或接觸器來反轉(zhuǎn)電樞連接。(在操作接觸器之前，通過降低轉(zhuǎn)換器電壓將電樞電流降至零，因此不需要接觸器中斷電流。)

請注意，由于電機仍在正方向旋轉(zhuǎn)，因此反電動勢保持其原始意義;但是現(xiàn)在運動電動勢被認(rèn)為是在輔助電流，因此為了將電流保持在范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器必須產(chǎn)生一個負電壓V ，該電壓僅比E小一點。這是通過將延遲角設(shè)置在 90° 和 180° 之間的適當(dāng)點來實現(xiàn)的。

請注意，轉(zhuǎn)換器電流仍然為正，但轉(zhuǎn)換器電壓為負，因此功率流回主電源。在這種情況下，系統(tǒng)在象限 2 中運行，電機由于負轉(zhuǎn)矩而減速。隨著速度下降，E 減小，因此V 必須逐漸減小以使電流保持在全值。這是通過電流控制回路的作用自動實現(xiàn)的，這將在后面討論。

電流(即轉(zhuǎn)矩)需要保持為負值才能反向加速，但在反電動勢改變符號后(電機反轉(zhuǎn))，轉(zhuǎn)換器電壓再次變?yōu)檎挡⒋笥贓。然后轉(zhuǎn)換器進行整流，將電力饋入電機，系統(tǒng)在象限 3 中運行。

使用換向接觸器的方案不適合在換向時間很關(guān)鍵的地方，因為機械換向開關(guān)造成的延遲很容易達到200″400毫秒。勵磁反轉(zhuǎn)方案以類似的方式運行，但反轉(zhuǎn)勵磁電流而不是電樞電流。它們甚至更慢，因為勵磁繞組的時間常數(shù)相對較長。

雙變流器換向驅(qū)動

在需要全四象限運行和快速換向的情況下，使用兩個反并聯(lián)的變流器。一個轉(zhuǎn)換器向電機提供正電流，而另一個轉(zhuǎn)換器提供負電流。

電橋的運行使其直流電壓幾乎相等，從而確保任何直流循環(huán)電流都很小，并且在電橋之間放置了一個電抗器以限制由兩個轉(zhuǎn)換器的不相等紋波電壓引起的紋波電流的流動。或者，可以通過一次僅運行一個轉(zhuǎn)換器來省去反應(yīng)器。

從一個變流器到另一個變流器的轉(zhuǎn)換只能在觸發(fā)脈沖從一個變流器移除并且電樞電流衰減到零之后發(fā)生。適當(dāng)?shù)牧汶娏鳈z測電路作為驅(qū)動器的一個組成部分提供，因此就用戶而言，這兩個轉(zhuǎn)換器的行為就好像它們是一個理想的雙向直流電源一樣。

潛在用戶需要意識到一個基本的單轉(zhuǎn)換器只能在一個象限中運行。如果需要再生制動，則需要勵磁或電樞換向接觸器;如果需要快速反轉(zhuǎn)，則必須使用雙轉(zhuǎn)換器。所有這些額外費用自然會推高購買價格。

功率因數(shù)和電源效應(yīng)

轉(zhuǎn)換器饋電直流驅(qū)動器的缺點之一是，當(dāng)電機在高轉(zhuǎn)矩(即高電流)和低速(即低電樞電壓)下運行時，電源功率因數(shù)非常低，并且是即使在基本速度和滿載情況下也小于統(tǒng)一。這是因為電源電流波形滯后于電源電壓波形延遲角 a，對于三相轉(zhuǎn)換器，而且電源電流近似為矩形(而不是正弦)。

重要的是要強調(diào)電源功率因數(shù)總是滯后的，即使轉(zhuǎn)換器正在反相。沒有辦法避免低功率因數(shù)，因此大型驅(qū)動器的用戶需要準(zhǔn)備好在必要時增加他們現(xiàn)有的功率因數(shù)校正設(shè)備。

電源電流波形中的諧波會引起各種干擾問題，供電當(dāng)局通常會施加法定限制。對于大型驅(qū)動器(例如數(shù)百千瓦)，可能必須提供過濾器以防止超出這些限制。

由于電源阻抗永遠不會為零，因此電源電壓波形也不可避免地會出現(xiàn)一些失真，它表明了 6 脈沖轉(zhuǎn)換器對電源線電壓波形的影響。出現(xiàn)尖峰和缺口是因為每次電流從一個晶閘管換向下一個時，即在前面討論的重疊期間，電源都會瞬間短路。

對于大多數(shù)連接到剛性工業(yè)電源的中小型驅(qū)動器來說，這些槽口太小以至于無法注意到;但是當(dāng)大型驅(qū)動器連接到弱電源時，它們可能會給其他消費者帶來嚴(yán)重的干擾問題。