直流调速系统中的可控直流电源

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。1）旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成旋转变流机组，获得可调的直流电压。最后，谐波与无功功率造成的电力公害是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。3）直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。

变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。出现的可控直流电源有三种：旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。

1）旋转变流机组

用交流电动机和直流发电机组成旋转变流机组，获得可调的直流电压。机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，因此设备多、体积大、费用高、效率低，安装须打地基，运行有噪声，维护不方便。为了克服这些缺点，在20世纪60年代以后开始采用各种静止式的变压或变流装置来替代旋转变流机组。

2）静止式可控整流器

最早应用静止式变流装置供电的直流调速系统采用闸流管或汞弧整流器作为变流装置，它虽然克服了旋转变流机组的许多缺点，而且大大缩短了响应时间，但闸流管容量小，汞弧整流器造价较高、维护麻烦，万一水银泄漏，将会污染环境，危害人身健康，应用受到限制。

1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件）问世，到了20世纪60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，逐步取代了旋转变流机组和离子拖动变流装置，使变流技术产生了根本性的变革。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将会大大提高系统的动态性能。

晶闸管整流器也有它的缺点。首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。其次，晶闸管对过电压、过电流和过高的d u/d t与d i/d t都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏器件，因此必须有可靠的保护电路和符合要求的散热条件，同时在选择器件时还应留有适当的余量。最后，谐波与无功功率造成的电力公害是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。当系统处于深调速状态，即在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，这就是所谓的电力公害。在这种情况下，必须添置无功补偿和谐波滤波装置。

3）直流斩波器或脉宽调制变换器

用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市电车和地铁电机车等电力牵引设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电。过去用切换电枢回路电阻来控制电机的启动、制动和调速，在电阻中耗电很大。为了节能，并实行无触点控制，现在多改用电力电子开关器件，如FST、GTO、IGBT等。最初采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展出各种脉冲宽度调制开关的电路，统称脉宽调制变换器。

直流调速系统中的可控直流电源

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