V-M系统

Voltage-Motor System 晶闸管-电动机系统，静止式可控整流器

基本原理

• GT 触发装置
• VT 晶闸管可控整流器 通过调节触发装置 GT 的控制电压 $U_c$ 来调节输出脉冲相位， 进而改变晶闸管VT的导通相位角， 即可改变整流电压 $U_d$ ，从而实现平滑调速

触发脉冲相位控制

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 $u_d$ 的波形，以及输出平均电压 $U_d$ 的数值

• $U_d$ 整流电压理想空载平均值
• $u_{d_0}$ 整流电压理想空载瞬时值

瞬时电压平衡方程：

u_{d_{0}}=E+i_{d}R+L \dfrac{\mathrm{d} i_{d}}{\mathrm{d} t} \end{align}$$ - $E$ 电动机反电动势 - $i_{d}$ 整流电流瞬时值 - $L$ 主电路总电感 - $R$ 主电路等效电阻 $R=R_{rec}+R_{a}+R_{L}$ ### 电流脉动 电流波形的脉动，可能出现**电流连续**和**电流断续**的情况 #### 波形的连续和断续 ==电流脉动**连续**== V-M系统有**足够的电感量**，电机的**负载足够大**时， 整流电流便具有连续的脉动波形 ==电流波形**断续**== 当 V-M 系统主电路**电感量较小**或**负载较轻**时，在某一相导通后电流升高的阶段里，电感中的储能较少 等到电流下降而下一相尚未被触发以前，电流已经衰减到零，于是，便造成电流断续的情况 使得电流连续的措施： - 增大[[电感\|电感]]量，使得电感滤波增强 - 提高电机的负载 #### 抑制电流脉动 脉动电流会产生脉动转矩，产生振动，同时也增加电机的发热，对机器不利 **抑制电流脉动的主要措施** - 设置平波电抗器（电感滤波） - 增加[[整流电路\|整流电路]]的相数 - 多重化技术 ### 晶闸管触发和整流装置 在进行调速系统的分析和设计时， 可以把==晶闸管触发和整流装置==当作系统中的一个环节来看待 应用线性控制理论进行直流调速系统分析或设计时，须事先求出这个环节的**放大系数**和**传递函数** #### 放大系数 可由工作范围内的特性率决定，增量的比值，研究动态特性 $$\begin{align} K_{s}= \dfrac{\Delta U_{d}}{\Delta U_{c}} \end{align}$$ - 控制电压 $\Delta U_{c}$ - 输出电压 $\Delta U_{d}$ #### 传递函数 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个**纯滞后环节**，其滞后效应是由晶闸管的整流失控时间引起的（最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关） 最大失控时间: $$\begin{align} T_{smax}= \dfrac{1}{mf} \end{align}$$ - $f$ 交流电的频率 - $m$ 一周内整流电压的脉冲波数，一般取 $\dfrac{T_{smax}}{2}$ 分析 晶闸管一旦导通后，控制电压的变化在该器件关断以前就不再起作用，直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压发生变化，这就造成整流电压滞后于控制电压的状况  输入输出关系为: $$\begin{align} U_{d_{0}}=K_{s}U_{c}\cdot1(t-T_{s}) \end{align}$$ 传递函数为: $$\begin{align} W_{s}(s)= \dfrac{U_{d_{0}}(s)}{U_{c}(s)} =K_{s}e^{ -T_{s}s } \end{align}$$ #### 近似传递函数 $$\begin{align} K_{s}e^{ -T_{s}s }&= \dfrac{K_{s}}{1+T_{s}s+ \dfrac{1}{2!}T_{s}^{2}s^{2}+\dfrac{1}{3!}T_{s}^{3}s^{3}+\cdots} \approx \dfrac{K_{s}}{1+T_{s}s} \end{align}$$ 忽略高次项，近似为[[经典环节的传递函数\|一阶惯性环节]]