直流電機驅(qū)動基礎(chǔ)，晶閘管驅(qū)動概述第 1 部分

晶閘管直流驅(qū)動器仍然是一種重要的速度控制工業(yè)驅(qū)動器，特別是在與直流電機電刷(比較感應(yīng)電機)相關(guān)的較高維護(hù)成本是可以容忍的情況下。受控(晶閘管)整流器為電機電樞提供低阻抗可調(diào)“直流”電壓，從而提供速度控制。

直到 1960 年代，獲得工業(yè)直流電機速度控制所需的可變電壓直流電源的唯一真正令人滿意的方法是用直流發(fā)電機產(chǎn)生它。發(fā)電機由感應(yīng)電動機以固定速度驅(qū)動，并改變發(fā)電機的磁場以改變產(chǎn)生的電壓。

電機/發(fā)電機 (MG) 組可以遠(yuǎn)離直流電機，多驅(qū)動站點(例如鋼鐵廠)將有一個裝滿 MG 組的大房間，工廠中的每個變速電機一個。這些“Ward Leonard”驅(qū)動器中的每一個都需要三臺機器(所有額定功率相同)，這對電機制造商來說是一筆不錯的生意。在 1950 年代的一小段時間內(nèi)，它們被電網(wǎng)控制的汞弧整流器所取代，但很快被晶閘管轉(zhuǎn)換器所取代，晶閘管轉(zhuǎn)換器具有更便宜的初始成本、更高的效率(通常超過 95%)、更小的尺寸、更少的維護(hù)和更快的響應(yīng)來改變設(shè)定速度。

整流電源的缺點是波形不是純直流，轉(zhuǎn)換器的過載能力非常有限，單個轉(zhuǎn)換器無法再生。雖然不再是卓越的，但直流驅(qū)動的研究很有價值，原因如下：

· 直流驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和操作幾乎反映在所有其他驅(qū)動器中，因此從直流驅(qū)動器研究中吸取的教訓(xùn)與其他類型的驅(qū)動器非常相似。

· 直流驅(qū)動器往往仍然是判斷其他驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)。

· 在恒定通量條件下，行為由一組相對簡單的線性方程控制，因此預(yù)測穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為并不困難。當(dāng)我們轉(zhuǎn)向直流驅(qū)動器的后續(xù)產(chǎn)品，特別是感應(yīng)電機驅(qū)動器時，我們會發(fā)現(xiàn)事情要復(fù)雜得多，為了克服不良的瞬態(tài)行為，所采用的策略是基于模擬直流驅(qū)動器。

本章的第一部分和主要部分專門介紹晶閘管饋電驅(qū)動器，之后我們將簡要介紹主要用于中小型的斬波饋電驅(qū)動器，最后將注意力轉(zhuǎn)向小型伺服驅(qū)動器。

晶閘管直流驅(qū)動器——一般

對于高達(dá)幾千瓦的電機，電樞轉(zhuǎn)換器可以由單相或三相電源供電，但對于較大的電機，始終使用三相。電動機的勵磁采用單獨的晶閘管或二極管整流器供電：功率遠(yuǎn)小于電樞功率，因此供電常為單相，如圖4.1所示。

布置是大多數(shù)直流驅(qū)動器的典型布置，并提供閉環(huán)速度控制。這兩個控制回路的功能將在后面進(jìn)行探討，但不熟悉反饋和閉環(huán)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的讀者可能會發(fā)現(xiàn)此時閱讀附錄會有所幫助。

主電源電路由一個六晶閘管橋式電路組成，它對輸入的交流電源進(jìn)行整流，為電機電樞提供直流電源。安裝在散熱器上的晶閘管組件通常被稱為“堆?！薄Ｍㄟ^改變晶閘管的觸發(fā)角，可以改變整流電壓的平均值，從而可以控制電機速度。

可控整流器會產(chǎn)生粗略的直流形式，并在輸出電壓中產(chǎn)生明顯的紋波。這種紋波分量會在電機中產(chǎn)生脈動電流和磁通，為了避免過多的渦流損耗和換向問題，磁極和框架應(yīng)采用疊層結(jié)構(gòu)。

與晶閘管驅(qū)動器一起使用的電機采用疊層結(jié)構(gòu)是公認(rèn)的做法，但較舊的電機通常具有實心磁極和/或框架，這些在整流器電源下并不總是能令人滿意地工作。作為標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動電機配備附加的“鼓風(fēng)機”電機也是標(biāo)準(zhǔn)。這提供了連續(xù)的通風(fēng)，并允許電機以全扭矩連續(xù)運行，即使降至最低速度也不會過熱。

低功率控制電路用于監(jiān)控感興趣的主要變量(通常是電機電流和速度)，并生成適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖，以便電機在負(fù)載變化的情況下保持恒定速度。“速度參考”通常是從 0 到 10 V 變化的模擬電壓，從手動速度設(shè)置電位計或工廠其他地方獲得。

電源、控制和保護(hù)電路的組合構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器。標(biāo)準(zhǔn)模塊化轉(zhuǎn)換器可作為現(xiàn)成產(chǎn)品提供，尺寸從 0.5 kW 到數(shù)百 kW，而更大的驅(qū)動器將根據(jù)個人需求進(jìn)行定制。單個轉(zhuǎn)換器可以安裝在帶有隔離器、保險絲等的外殼中，或者可以將多組轉(zhuǎn)換器安裝在一起以形成多電機驅(qū)動器。