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可控直流电源有哪几种?


常用的可控直流电源有以下三种:

1)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压。

2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器,以获得可调的直流电压。

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,以产生可变的平均电压。

常用的可控直流电源又因其供电电源种类的不同而分为以下几种情况:

1、旋转变流机组可控变流装置

 

图1:旋转变流机组

早期使用的可控变流装置是旋转变流机组,由它供电的直流电动机调速系统如图1所示。

图中,交流电动机(图1中的蓝色圈显现)为原动机,工作时转速基本恒定。由它拖动的直流发电机G(图-1中的绿色圈显现秒)给需要调速的直流电动机M(图1中的红色圈显现)的电枢供电。GE(图1中的紫色圈显现)为一台小型直流发电机,可以如图那样与交流电动机、直流发电机G同轴相连,也可另设一台小型交流电动机对其拖动。它在系统中的作用是提供一小容量的直流电源,供直流发电机G(图1中的绿色圈显现)和直流电动机M(图1中的红色圈显现)的定子励磁用,所以又称GE为励磁发电机。

对于直流发电机而言,其定子需要直流励磁,外力转矩使转子旋转,从而产生动生电动势。对于直流电动机而言,其定子需要直流励磁,转子上再外接工作直流电源,从而在转子上产生转矩。

旋转变流机组供电的直流调速系统可简称为G-M系统。改变G的励磁电流If的大小,也就改变了G的输出电压U,进而改变了直流电动机的M的转速。

对系统的调速性能要求不高时,图中的放大装置可以不用,If直接由励磁电源GE提供,要求较高的闭环调速系统一般都应有放大装置。如果改变If的方向,则U的极性和直流电动机M的旋转方向都将发生改变。所以,G-M系统的可逆运行是很容易实现的。

上述改变If的方向可以如何实现?

G-M系统在20世纪60年代曾经广泛使用,但因其设备多、体积大、效率低、运行噪声大等缺点,后被更经济可靠的晶闸管整流可控变流装置取代了。

2、晶闸管整流可控变流装置

可控直流电源有哪几种

 

2  晶闸管整流装置

晶闸管整流装置供电的直流调速系统如图。GT(图2中的绿色圈显现)为晶闸管的触发装置,V(图2中的橙色圈显现)为晶闸管整流器,合起来为一可控直流电源。可控直流电源给直流电动机M(图2中的紫色圈显现)电枢供电组成直流调速系统。这类直流调速系统简称V-M系统。

改变GT的输入信号(图2中的红色圈显现)大小,就可改变其输出脉冲(图2中的蓝色线条显现)的相位,不同相位的脉冲输入整流器V,可以使整流器的输出电压Ud的大小发生变化,进而改变电动机M的转速。

晶闸管可控直流电源的功率放大倍数高出旋转变流机组两到三个数量级,系统反应速度也高出两个数量级以上。

3、直流斩波器

3中(a)图为采用晶闸管做开关的直流斩波器—电动机调速系统原理图。

可控直流电源有哪几种


3 直流斩波器

当晶闸管VT(图3中的蓝色圈显现)被触发导通时,电源电压Us加到电动机M(图3中的红色圈和线段显现)的电枢上;当VT在控制信号的作用下,通过强迫关断电路(图3中的浅蓝色框显现)关断时,电源与电动机电枢断开,电动机经二极管VD(图3中的绿色圈显现)续流,此时AB两点间(即电枢两端)电压接近零(图3中的黄色线段显现)。若使晶闸管VT反复通断,就可得到AB间的电压波形如(b)图所示。由波形看来,就好像电源电压Us在一段时间内(从tonT)被斩掉后形成的,这也是斩波器这一名称的由来。

基于该电压波形特点,在电力拖动系统中常采用脉冲宽度调制(PWM)式控制、脉冲频率调制(PFM)式控制和两点式控制。其中脉冲宽度调制式应用最为广泛。在调速系统中,将其与电动机合在一起,组成PWM—电动机系统,简称PWM调速系统或脉宽调速系统。

直流斩波器目前广泛应用于电力牵引设备和高性能的小型伺服系统上。

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