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可控直流電源有哪幾種?


常用的可控直流電源有以下三種:

1)旋轉變流機組——用交流電動機和直流發電機組成機組,以獲得可調的直流電壓。

2)靜止式可控整流器——用靜止式的可控整流器,以獲得可調的直流電壓。

3)直流斬波器或脈寬調製變換器——用恒定直流電源或不控整流電源供電,利用電力電子開關器件斬波或進行脈寬調製,以產生可變的平均電壓。

常用的可控直流電源又因其供電電源種類的不同而分為以下幾種情況:

1、旋轉變流機組可控變流裝置

 

圖1:旋轉變流機組

早期使用的可控變流裝置是旋轉變流機組,由它供電的直流電動機調速係統如圖1所示。

圖中,交流電動機(圖1中的藍色圈顯現)為原動機,工作時轉速基本恒定。由它拖動的直流發電機G(圖-1中的綠色圈顯現秒)給需要調速的直流電動機M(圖1中的紅色圈顯現)的電樞供電。GE(圖1中的紫色圈顯現)為一台小型直流發電機,可以如圖那樣與交流電動機、直流發電機G同軸相連,也可另設一台小型交流電動機對其拖動。它在係統中的作用是提供一小容量的直流電源,供直流發電機G(圖1中的綠色圈顯現)和直流電動機M(圖1中的紅色圈顯現)的定子勵磁用,所以又稱GE為勵磁發電機。

對於直流發電機而言,其定子需要直流勵磁,外力轉矩使轉子旋轉,從而產生動生電動勢。對於直流電動機而言,其定子需要直流勵磁,轉子上再外接工作直流電源,從而在轉子上產生轉矩。

旋轉變流機組供電的直流調速係統可簡稱為G-M係統。改變G的勵磁電流If的大小,也就改變了G的輸出電壓U,進而改變了直流電動機的M的轉速。

對係統的調速性能要求不高時,圖中的放大裝置可以不用,If直接由勵磁電源GE提供,要求較高的閉環調速係統一般都應有放大裝置。如果改變If的方向,則U的極性和直流電動機M的旋轉方向都將發生改變。所以,G-M係統的可逆運行是很容易實現的。

上述改變If的方向可以如何實現?

G-M係統在20世紀60年代曾經廣泛使用,但因其設備多、體積大、效率低、運行噪聲大等缺點,後被更經濟可靠的晶閘管整流可控變流裝置取代了。

2、晶閘管整流可控變流裝置

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2  晶閘管整流裝置

晶閘管整流裝置供電的直流調速係統如圖。GT(圖2中的綠色圈顯現)為晶閘管的觸發裝置,V(圖2中的橙色圈顯現)為晶閘管整流器,合起來為一可控直流電源。可控直流電源給直流電動機M(圖2中的紫色圈顯現)電樞供電組成直流調速係統。這類直流調速係統簡稱V-M係統。

改變GT的輸入信號(圖2中的紅色圈顯現)大小,就可改變其輸出脈衝(圖2中的藍色線條顯現)的相位,不同相位的脈衝輸入整流器V,可以使整流器的輸出電壓Ud的大小發生變化,進而改變電動機M的轉速。

晶閘管可控直流電源的功率放大倍數高出旋轉變流機組兩到三個數量級,係統反應速度也高出兩個數量級以上。

3、直流斬波器

3中(a)圖為采用晶閘管做開關的直流斬波器—電動機調速係統原理圖。

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3 直流斬波器

當晶閘管VT(圖3中的藍色圈顯現)被觸發導通時,電源電壓Us加到電動機M(圖3中的紅色圈和線段顯現)的電樞上;當VT在控製信號的作用下,通過強迫關斷電路(圖3中的淺藍色框顯現)關斷時,電源與電動機電樞斷開,電動機經二極管VD(圖3中的綠色圈顯現)續流,此時AB兩點間(即電樞兩端)電壓接近零(圖3中的黃色線段顯現)。若使晶閘管VT反複通斷,就可得到AB間的電壓波形如(b)圖所示。由波形看來,就好像電源電壓Us在一段時間內(從tonT)被斬掉後形成的,這也是斬波器這一名稱的由來。

基於該電壓波形特點,在電力拖動係統中常采用脈衝寬度調製(PWM)式控製、脈衝頻率調製(PFM)式控製和兩點式控製。其中脈衝寬度調製式應用最為廣泛。在調速係統中,將其與電動機合在一起,組成PWM—電動機係統,簡稱PWM調速係統或脈寬調速係統。

直流斬波器目前廣泛應用於電力牽引設備和高性能的小型伺服係統上。

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