机电传动控制绪论n n机电传动的特点及其应用n n电能的广泛应用n n动力源-电动机n n控制系统n n生产机械n n课程特点:综合性、应用性、系统性1.1机电传动的目的和任务n n机电传动：是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。n n目的：是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程正常进行。n n任务：广义上指使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化；从狭义上专门指电动机驱动生产机械。1.2机电传动及控制系统的发展概况n n经历了成组拖动、单机拖动和多电机拖动三个经历了成组拖动、单机拖动和多电机拖动三个阶段阶段n n成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天成组拖动：一台电动机带动一根天轴，再由天轴通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特轴通过带轮和传动带分别拖动各生产机械。特点：效率低，故障影响广。点：效率低，故障影响广。n n单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：单机拖动：一台电动机拖动一个机械。特点：如果动力部件较多时，机械传动机构复杂。如果动力部件较多时，机械传动机构复杂。n n多电机拖动：一台生产机械的每一运动部件专多电机拖动：一台生产机械的每一运动部件专门由一台电动机拖动。特点：简化生产机械的门由一台电动机拖动。特点：简化生产机械的传动机构，控制灵活，容易实现自动化。传动机构，控制灵活，容易实现自动化。1.3课程的性质和任务n n机电传动控制成为一门综合性课程机电传动控制成为一门综合性课程n n电控制分为强电控制、弱电控制二大类电控制分为强电控制、弱电控制二大类n n机电传动控制属于强电控制系统机电传动控制属于强电控制系统n n包括驱动电动机、控制电机电器、电力拖动、包括驱动电动机、控制电机电器、电力拖动、继电器继电器- -接触器控制、可编程序控制、电力电接触器控制、可编程序控制、电力电子技术、检测技术、直流伺服、交流伺服、步子技术、检测技术、直流伺服、交流伺服、步进电动机伺服等强电控制的内容。进电动机伺服等强电控制的内容。n n突出应用性突出应用性第二章 机电传动的动力学基础n n2.12.1机电传动的运动方程式（图）机电传动的运动方程式（图）T TMM-T-TL L=J =J d/dtd/dt式中：式中：T TMM电动机输出的转矩。电动机输出的转矩。T TL L单轴传动的负载转矩单轴传动的负载转矩J J 转动惯量转动惯量 传动系统的角速度传动系统的角速度意义：）当意义：）当T TMM T TL L时；时；）当）当T TMM T TL L时；时；）当）当T TMMT TL L时；时；考虑：方向性问题）拖动：考虑：方向性问题）拖动： T TMM 与与n n转动相同；）制转动相同；）制动：动： T TMM 与与n n转动相反。转动相反。 当当TmTLTmTL时，加速时，加速 当当TmTLTm 机械特性分固有机械特性和人为机械特性机械特性分固有机械特性和人为机械特性n n固有：固有：在额定条件下（在额定条件下（n n）与）与(T)(T)的关系的关系n n人为：人为：人为改变参数时得到的机械特性人为改变参数时得到的机械特性, , 如改如改变变U U，串联电阻，串联电阻R R等等3.2.2它励直流电动机的固有机械特性 n n当U=UN；=N；电枢回路不串任何电阻时的机械特性为固有机械特性。n n特点（图2-7）1. 1.由于Ra很小，斜率K也很小，特性较平属于硬特性；2. 2.当T=0时，n=n0=UN/Ken为理想空载转速；此时：Ia=0，E=UN 3. 3.直流他励电动机的固有机械特性可以由电机铭牌数据绘制；3.2.3它励直流电动机的人为机械特性 n n人为机械特性 是指供电电压U或磁通不是额定值，电枢电路接有外加电阻Rad时的机械特性.1. 1.电枢串电阻；（图2-9）IfMIa+_URfRETnn0n n由公式可以推导出： n= n0 - n 与固有特性比较可以看出:二者的n0 是一样的,而转速降n却变大了,即特性变软；2. 2.改变电动机供电电压 n0U/Ke这时n0受电压变化而改变，而n则因与电压无关所以不变，特性如图 n0Tnn n特点是：1. 1.斜率不变，各条特性曲线互相平行；2. 2.理想空载转速n0与U成正比；3. 3.由于一般要求外加电压不超过额定电压，所以改变电压时曲线是下移的。3.改变磁通由于磁饱和和线圈的原因只能减小。由公式n=U/Ke-(Ra/(KeKt2)T 上可以看出n n减弱磁通时，理想空载转速n0将提高，又由于转速降n与2成反比，故机械特性随磁通减弱而变软。n n如图2-11n n特点：1. 1.当下降时n0上升,同时n也增加；2. 2.当太小时反电势 E=Ken 将减少很多，Ia=(U-E)/Ra烧坏3. 3.当太小时 E=Ken 因为太小，所以n机械强度不允许造成“飞车”。例题：2-1上次课复习n n直流电机的组成 （定子、转子）n n直流电机的基本工作原理 （发电、电动、可逆）n n直流他励电动机的机械特性n nn=U/Ke-(Ra/(KeKt2)Tn n硬度 dT/dnn n直流他励电动机的固有机械特性n n人为机械特性(Ra、U、）3.3直流他励电动机的启动特性 3.3.1.3.3.1. 电动机的启动就是使电动机的启动就是使n n从从00nN N的过程的过程 启动初期启动初期 n=0; E=Ken=0n=0; E=Ken=0（反电动势）（反电动势） 这时：这时： I Ia a=(U-E)/R=(U-E)/Ra aU/RU/Ra a一般一般R Ra a（电枢直流电阻）很小，以减小工作中的（电枢直流电阻）很小，以减小工作中的损耗和发热（损耗和发热（IaIa2 2R Ra a是发热量）是发热量）这时这时I Ia a将很大将很大, ,达达10-20I10-20IN N结果可能会引起：结果可能会引起：（1 1）换向器打火）换向器打火（2 2）产生很大的力矩，对负载产生冲击）产生很大的力矩，对负载产生冲击（3 3）电路的保护器无法设计）电路的保护器无法设计3.3.2. 所以一般的直流电动机不允许直接启动n n解决方法：在启动时设法限制电枢电流n n（1）降压启动使U从小到大逐渐增加到UN注:对于降压启动需要电源电压可调。n n（2）电枢回路串联电阻启动3.3.3. 电枢串联电阻启动n n（1）单段（串联一级电阻） n n当启动时KM断，这时从Tst开始按a变化当到TL时， KM合，由于n 不能突变，所以从A到B点产生冲击T比较大，这时，有较大的Ia和TIfMIa+_URfKMEabABTLTn n（2）多段分析KM1KM2KM3IfMIa+_URfE3.4直流他励电动机的调速特性 n n3.4.13.4.1电动机的调速电动机的调速n n当负载转矩不变时，人为的改变电动机的工当负载转矩不变时，人为的改变电动机的工作参作参数数，使电机工作速度发生变化的情况。，使电机工作速度发生变化的情况。1. 1.速度调节：因生产机械提出的变速要求：如速度调节：因生产机械提出的变速要求：如汽车、车床汽车、车床2. 2.速度变化：由于速度变化：由于T T的变化引起（系统的特性决的变化引起（系统的特性决定）如自行车调速器定）如自行车调速器3. 3.调速与因调速与因T T变化而引起转速变化的区别变化而引起转速变化的区别（1 1）调速是人为的、可控的；）调速是人为的、可控的；（2 2）负载变化是外加的，不一定可控的；）负载变化是外加的，不一定可控的；（3 3）调速前后工作点不在同一条机械特性上；）调速前后工作点不在同一条机械特性上；（4 4）转速变化前后工作点在同一条机械特性上。）转速变化前后工作点在同一条机械特性上。n n3.4.23.4.2调速的技术指标和经济指标调速的技术指标和经济指标1. 1.调速的技术指标调速的技术指标（1 1）调速范围）调速范围在额定负载转矩下电动机可能调到的最高转速在额定负载转矩下电动机可能调到的最高转速n nmaxmax与最与最低转速低转速n nminmin之比称为调速范围：之比称为调速范围： 即：即： n nmaxmax/ / n nminmin不同的生产机械对调速范围的要求不同不同的生产机械对调速范围的要求不同（）静差率（）静差率直流他励电动机电动机在某条机械特性上，由理想空载直流他励电动机电动机在某条机械特性上，由理想空载到额定负载运行的转速降到额定负载运行的转速降nn与理想空载转速与理想空载转速n n0 0之比，之比，取其百分数，称之为静差率取其百分数，称之为静差率 即：即： nn n n0 0100%100%一般为一般为5%10%5%10%静差率大小反映静态转速稳定的程度。静差率大小反映静态转速稳定的程度。 nn越小越稳定。越小越稳定。不同的生产机械对此有不同的要求不同的生产机械对此有不同的要求生产机械对静差率的要求建制了最低转速生产机械对静差率的要求建制了最低转速n nminmin，从而限制，从而限制了调速范围了调速范围（3）平滑性n n如果不是无级调速，因此可调级数越多，则调速的平滑性越好。（4）调速时的容许输出n n容许输出是指保持额定电流情况下调速时，电动机允许输出的最大的转矩或最大功率与转速的关系2. 2.调速的经济指标主要包括三个方面:初期投资；运行中的能耗；维护费用的高低。n n3.4.33.4.3调速方式调速方式n n由于电动机有由于电动机有: :n n n=U/Kn=U/Ke e-(R-(Ra a/(K/(Ke eK Kt t 2 2)T)T n n当当T T不变时，影响的参数有不变时，影响的参数有 U, , RaU, , Ran n所以调速的方式可以有以下三种，变电压所以调速的方式可以有以下三种，变电压U;U;变磁通变磁通; ;变电阻变电阻R Rn n一、串联电阻调速一、串联电阻调速 ；n n在电枢回路中串联电阻在电枢回路中串联电阻R Rd d 改变其机械特性，引起调改变其机械特性，引起调速；速；n n由图可知：当由图可知：当Ra Ra 时时nn（T TL L不变）不变）n n特点：特点：1. 1.当当Ra Ra 时时机械特性变软；机械特性变软；2. 2.T TL L越小越小, ,nn（速度变化）越小；（速度变化）越小；3. 3.电阻耗能大（发热）电阻耗能大（发热） 4. 4.不易实现无级调速不易实现无级调速( (大功率变阻器大功率变阻器) )；5. 5.调速的设备比较简单（分级调节）调速的设备比较简单（分级调节）不太常用这种方式不太常用这种方式n n二、变电枢电压调速二、变电枢电压调速n n当当U U改变时，改变时，n0 0变变n n当当T T不变时不变时, ,UU UU nn n n特点：特点：1. 1.当当U U改变时，引起改变时，引起n0 0变化。这时变化。这时nn不变不变所以所以 不变，是一组平行线；不变，是一组平行线；2. 2.不同的不同的T TL L时，调速范围一样时，调速范围一样（nn） 3. 3.当当n 电源功率也电源功率也 节能节能 4. 4.通过专门的电源，可实现无级调速通过专门的电源，可实现无级调速 5. 5.启动不需其它的设备（用降既可实现启动不需其它的设备（用降既可实现 6. 6.电源设备，需要专门设计，现已配套电源设备，需要专门设计，现已配套 用直流电动机的调速中，主要采用这种形式用直流电动机的调速中，主要采用这种形式n n三、改变磁通调速三、改变磁通调速n n由电机人为特性可知：可以改变励磁电流由电机人为特性可知：可以改变励磁电流I If fn n由于磁路已饱和（额定由于磁路已饱和（额定 处）处）I If f 时时 不变不变, ,所所以只能在以只能在 n,nn0 0, ,位于二、四相限，位于二、四相限，T TMM反方向反方向 n nn n=n=n0 0+n +n I Ia a=(U-E)/R=(U-E)/Ra a E= E=KenKen U UE E I Ia a反向，反向， （图（图2-252-25） T TMM因此与电动机状态时相反，当因此与电动机状态时相反，当T TMM位能转矩相等时，位能转矩相等时，电机以稳定的一个转速控制电车下坡。此时电机处在电机以稳定的一个转速控制电车下坡。此时电机处在发电状态。即反馈制动。发电状态。即反馈制动。n n特点特点: :转速较高转速较高. nn. nn0 0 , , T TMM与与n n方向相反，且电动机方向相反，且电动机向电源反馈电能。向电源反馈电能。n n举例说明举例说明: :放下重物、电车下坡。放下重物、电车下坡。3.6.2反接制动n n一一. .电源反接制动（图电源反接制动（图2-232-23）n n原理原理: :将电源反接产生制动将电源反接产生制动( (短时短时) )；n n分析：根据分析：根据I Ia a=(U-E)/R=(U-E)/Ra a ，此时此时U U突然反向，则电突然反向，则电流流I Ia a反向，电磁转矩反向，电磁转矩T TMM方向也相应与原来相反；方向也相应与原来相反；而电机转速方向不可能瞬时改变，则机械特性曲而电机转速方向不可能瞬时改变，则机械特性曲线左移到第二象限。此时电磁转矩线左移到第二象限。此时电磁转矩T TMM与负载转矩与负载转矩方向相同共同作用，使电机转速下降。即为反接方向相同共同作用，使电机转速下降。即为反接制动。制动。n n特点特点: :电流大应串限电阻电流大应串限电阻,(U+E)/Ra=,(U+E)/Ra=IaIan n注意：当转速下发到零时，制动结束。如果此时注意：当转速下发到零时，制动结束。如果此时仍有电流存在，则进入反向启动状态。（请同学仍有电流存在，则进入反向启动状态。（请同学们自行分析）们自行分析）n n二.电势反接制动n n条件：只有负载为位能负载时才能产生电势反接制动。n n分析（1）：提升重物时；正常工作状态。n n （2）：使重物停止时；只需在电枢回路中串入电阻，稳定运行点进入第四象限3.6.3能耗制动n n原理:（图2-22）电枢断电后,串联电阻短路连接.n nn不为0时,产生Ia,及T=KeIa的制动转矩n n特点:调整电阻大小可改变制动性能上次课复习n n一、启动特性；一、启动特性；n n（1 1）不允许直接启动；）不允许直接启动；n n（2 2）降压启动；（需要专用降压设备）降压启动；（需要专用降压设备）n n（3 3）串接电枢电阻启动：）串接电枢电阻启动：单段；单段；多段多段n n二、调速特性；二、调速特性；n n（1 1）串接电阻调速；）串接电阻调速；n n（2 2）降压调速；）降压调速；n n（3 3）改变磁通调速；）改变磁通调速；n n注意：人为调速与转速变化的差别。注意：人为调速与转速变化的差别。n n三、制动特性；三、制动特性；n n（1 1）反馈制动；）反馈制动；n n（2 2）反接制动；）反接制动；n n（3 3）能耗制动。）能耗制动。4.14.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造4.24.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理4.34.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析4. 4.4 4 三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性4.54.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动4.64.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速4.74.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动4.84.8 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据4.94.9 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择4.114.11 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机4.104.10 同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机( ( ( (自学自学自学自学) ) ) )第第四四章章 交流电动机交流电动机4.124.12 直线异步电动机直线异步电动机直线异步电动机直线异步电动机( ( ( (自学自学自学自学) ) ) )异步交流电动机授课内容：异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法、机械特性、控制方法、机械特性、控制方法、机械特性、控制方法、正确使用正确使用正确使用正确使用 电动机电动机电动机电动机交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机单相电动机单相电动机同步电动机同步电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机电动机的分类：电动机的分类：控制用电动机：控制用电动机：控制用电动机：控制用电动机：伺服电动机、步进电动机伺服电动机、步进电动机定子铁芯及定子绕组定子铁芯及定子绕组定子定子端盖及端盖及轴承轴承端盖及端盖及轴承轴承转子转子转子铁芯及转子绕组转子铁芯及转子绕组接线盒接线盒机壳及底座机壳及底座4.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造定子铁芯与定子绕组定子铁芯与定子绕组XACZYB定子铁芯定子铁芯B YA XC Z定子铁芯：定子铁芯：定子三相绕组：定子三相绕组：匝数相同匝数相同空间排列互差空间排列互差1200 由内周有槽的硅钢片叠成。由内周有槽的硅钢片叠成。由内周有槽的硅钢片叠成。由内周有槽的硅钢片叠成。（作为导磁路经）（作为导磁路经）定子绕组定子绕组AXBYCZ首端首端末端末端2. .转子转子转子铁心：转子铁心：转子铁心：转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。转子绕组：转子绕组：转子绕组：转子绕组：鼠笼式鼠笼式鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式绕线式绕线式根据转子的不同，交流异步电动机分为：根据转子的不同，交流异步电动机分为：鼠笼式转子鼠笼式转子鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。f一对磁极一对磁极一对磁极一对磁极NSn0ei闭合闭合闭合闭合线圈线圈线圈线圈4.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理转动原理：转动原理： 一对磁极一对磁极一对磁极一对磁极形成旋转磁场形成旋转磁场形成旋转磁场形成旋转磁场在空间旋转，在空间旋转，在空间旋转，在空间旋转，放入闭合线圈，由轴承架起放入闭合线圈，由轴承架起线圈导体切割磁力线，感线圈导体切割磁力线，感生电动势生电动势 e (右手定则）右手定则）感生电动势感生电动势 e e 在线圈中在线圈中驱动电流驱动电流 i i电流电流 i i 在磁场中受力在磁场中受力 f f产生转距，使线圈转动产生转距，使线圈转动转动的必要条件：转动的必要条件：空间旋转磁场空间旋转磁场空间旋转磁场空间旋转磁场可转动闭合线圈可转动闭合线圈 定子三相对称绕组，定子三相对称绕组，定子三相对称绕组，定子三相对称绕组， ( (星形联接星形联接星形联接星形联接) )加三相电压，加三相电压，加三相电压，加三相电压，通入三相交流电流。通入三相交流电流。通入三相交流电流。通入三相交流电流。AXBYCZ1 1. . . .旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场的产生o4. 2. 1 旋转磁场旋转磁场 i 0: 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 AYCBZX规定规定 i 0, iB0, iC0, iB0, iC=0iA=0, iB0AXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相电流产生三相电流产生三相电流产生三相电流产生旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转6060 合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转合成磁场旋转9090600动画动画0iAiBiC2 900结论：结论： 分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，场， 即：即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360AXYCBZAXYCBZAXYCBZ2 2. . . .旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 从上图可以看出，从通入从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入的绕组转向通入iB的绕的绕组再转向通入组再转向通入iC的绕组的绕组任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。3. .旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P当定子每相一个绕组时：当定子每相一个绕组时：当定子每相一个绕组时：当定子每相一个绕组时：AXBYCZAXYCBZ产生一对磁极的旋转磁场产生一对磁极的旋转磁场产生一对磁极的旋转磁场产生一对磁极的旋转磁场若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联CYABCXYZAXBZAXBYC形成两对磁极的旋转磁场。形成两对磁极的旋转磁场。形成两对磁极的旋转磁场。形成两对磁极的旋转磁场。绕组的分布如图：绕组的分布如图：绕组的分布如图：绕组的分布如图：iA=0, iB0 同理：若定子每相绕组由同理：若定子每相绕组由 n 个线圈串联个线圈串联则则: 形成形成 n 对磁极的旋转磁场。对磁极的旋转磁场。P = 2P = 2P = n4 4. . . .旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速p=1时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化电流每秒变化 f1周期周期, 工频：工频： f1 =50HZ同步转速：同步转速：p=2时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：同步转速：p=n时时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈圈同步转速：同步转速：旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为旋转磁场的转速称为同步转速同步转速同步转速同步转速，记为，记为，记为，记为 n0极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。可见可见可见可见: :旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关系的关系的关系的关系4. 2. 2 电动机的转动原理电动机的转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向方向方向: :顺时针顺时针顺时针顺时针磁场切割转子导体磁场切割转子导体磁场切割转子导体磁场切割转子导体右手定则右手定则右手定则右手定则感应电动势感应电动势感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则左手定则左手定则电磁力电磁力电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T T转子转动，转速为转子转动，转速为转子转动，转速为转子转动，转速为 n nF结论：结论：结论：结论： 转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致转子的转动方向与磁场旋转的方向一致 转子转速转子转速转子转速转子转速 n n n n 不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速不可能达到与旋转磁场的转速 n nn nn nn T T2 2电机能起动，否则不能起动电机能起动，否则不能起动电机能起动，否则不能起动电机能起动，否则不能起动。上节课复习n n4.1 4.1 三相异步电动机的构造；定子；转子。三相异步电动机的构造；定子；转子。三相异步电动机的构造；定子；转子。三相异步电动机的构造；定子；转子。n n4.2 4.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理（1 1）转动条件；（）转动条件；（）转动条件；（）转动条件；（2 2）旋转磁场的产生；）旋转磁场的产生；）旋转磁场的产生；）旋转磁场的产生；（3 3）转速；）转速；）转速；）转速； （4 4）转动原理：转差率）转动原理：转差率）转动原理：转差率）转动原理：转差率S;S;n n4.3 4.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析（1 1）定子电路；）定子电路；）定子电路；）定子电路； （2 2）转子电路）转子电路）转子电路）转子电路n n4.4 4.4 三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性n n（1 1）转矩公式）转矩公式）转矩公式）转矩公式: :n n（2 2）机械特性曲线）机械特性曲线）机械特性曲线）机械特性曲线n n（3 3）三个重要转矩：）三个重要转矩：）三个重要转矩：）三个重要转矩：（一）（一）（一）（一）额定转矩与额定功率；额定转矩与额定功率；额定转矩与额定功率；额定转矩与额定功率； （二）最大转矩；（二）最大转矩；（二）最大转矩；（二）最大转矩； （三）起运转矩。（三）起运转矩。（三）起运转矩。（三）起运转矩。讨论讨论讨论讨论: : U U1 1 和和和和 R R2 2变化对机械特性的影响：变化对机械特性的影响：变化对机械特性的影响：变化对机械特性的影响：OTS1(1) U1对机械特性的影响对机械特性的影响当当U U1 1变化时：变化时： Tm变化，变化，Tst变化变化, , Sm不变不变T2当当U U1 1时：若负载时：若负载 T2不不变，变，则：则：Sn(2) (2) R R2 2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响OTS1R2若若 R2变化：变化：Sm变化变化, Tm不变不变当当 R2时：时：Sm，Tst负载负载负载负载T T T T2 2 2 2一定时：一定时：一定时：一定时：若若若若 R R2 2SnSnT2绕线式电机改变转子附加绕线式电机改变转子附加电阻电阻R2 可实现调速。可实现调速。对绕线式电机改变转子附对绕线式电机改变转子附加电阻加电阻 R2 , 可增大可增大Tst，最最大大可使可使Tst =Tmax 。4. 4. 电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析电动机的运行分析硬特性：硬特性：硬特性：硬特性：负载变化时，转速负载变化时，转速负载变化时，转速负载变化时，转速变化不大，运行特性好，适变化不大，运行特性好，适变化不大，运行特性好，适变化不大，运行特性好，适于金属切削。于金属切削。于金属切削。于金属切削。软特性：软特性：软特性：软特性：负载增加时转速下负载增加时转速下负载增加时转速下负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起降较快，但起动转矩大，起降较快，但起动转矩大，起降较快，但起动转矩大，起动特性好，适于重载启动。动特性好，适于重载启动。动特性好，适于重载启动。动特性好，适于重载启动。 TO稳定工作区：稳定工作区：稳定工作区：稳定工作区：此过程中，此过程中，此过程中，此过程中， n n s sE E2 2 I I2 2 I I1 1 电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。电源提供的功率自动增加。T2 T2 TT =T2n (s)T2aT2b设负载转距为设负载转距为T T2 2，转速为，转速为n n，电机运行与，电机运行与a a点（点（T=TT=T2 2) )若负载转距变化时若负载转距变化时T达到新的平衡，达到新的平衡，电机运行与电机运行与b b点点4.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动4. 5. 1 起动性能起动性能一般中小型鼠笼电动机的一般中小型鼠笼电动机的 IstIN= 5 7 (指线电流）指线电流） 大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热影响：影响：影响：影响：起动：起动：起动：起动： n n = = 0 0，s =1, =1, 接通电源。接通电源。接通电源。接通电源。起动时起动时起动时起动时 ，n = n = n = n = 0 0 0 0，转子导体相对与旋转磁场的速度为转子导体相对与旋转磁场的速度为转子导体相对与旋转磁场的速度为转子导体相对与旋转磁场的速度为n n n n0 0 0 0E E2 2大大大大I I2 2大大大大起动电流起动电流起动电流起动电流 I I1 1大大大大（记为（记为（记为（记为I Ist st) )1、起动电流、起动电流切割速度最大切割速度最大切割速度最大切割速度最大一般电动机的一般电动机的 Tst TN= (1.02.2) (1.02.2) 。2 2、起动转矩起动转矩起动时起动时起动时起动时 ，I I2 2大，但大，但大，但大，但cos2cos2小小小小, ,所以起动所以起动转矩并不大。转矩并不大。转矩并不大。转矩并不大。指电动机起动时定子的线电流，记为指电动机起动时定子的线电流，记为指电动机起动时定子的线电流，记为指电动机起动时定子的线电流，记为 I I I Istststst 。4.5.2 起动方法起动方法(1) (1) 直接起动直接起动直接起动直接起动 (2) (2) 降压起动：降压起动：降压起动：降压起动：星形星形-三角形三角形(Y ) 换接降压起动换接降压起动自耦降压起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）(3) 转子串电阻起动转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）二、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。二、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为|Z|Z|1. 1. 降压起动降压起动降压起动降压起动(1) Y(1) Y 换接起动换接起动换接起动换接起动 降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流降压起动时的电流为直接起动时的为直接起动时的为直接起动时的为直接起动时的+ 起动起动起动起动U1U2V1V1W1W2+正常正常正常正常运行运行运行运行U1U2V1V2W1W2Y Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点Y Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图Y Y起动起动起动起动L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动起动起动起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y Y 起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图起动器接线简图 工作工作L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常正常正常正常运行运行运行运行Ul+U1V1V2W1W2(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 (b) Y 起动起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y- Y- 换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题 正常正常正常正常运行运行运行运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动起动起动起动+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) (2) 自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动自耦降压起动L1L3L2FUQ QQ2 2下合：下合：下合：下合： 接入自耦变接入自耦变接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压压器，降压压器，降压 起动。起动。起动。起动。 QQ2 2上合：上合：上合：上合： 切除自耦变切除自耦变切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压压器，全压压器，全压 工作。工作。工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关合刀闸开关QQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成联成联成联成 Y Y形不能采用形不能采用形不能采用形不能采用Y Y 起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。设自耦变压器的变设自耦变压器的变设自耦变压器的变设自耦变压器的变比为比为比为比为 k k降压后起动转距降压后起动转距降压后起动转距降压后起动转距T Tst st为为为为分析：分析：分析：分析：ABP+启动电流：启动电流：启动电流：启动电流：启动转距：启动转距：启动转距：启动转距：若降压启动若降压启动若降压启动若降压启动 由电流电压关系：由电流电压关系：直接启动直接启动直接启动直接启动 折算到变压器原方折算到变压器原方折算到变压器原方折算到变压器原方 RRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的起动时将适当的R R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。短路。短路。短路。起动电阻起动电阻 2. .绕线式电动机绕线式电动机转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动 若若若若R R2 2选得选得选得选得适当适当适当适当，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 电动机电动机电动机电动机正转正转正转正转电动机电动机电动机电动机反转反转反转反转三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转电电电电 源源源源U UV V WWM3U UV V WW电电电电 源源源源M34.6.1 变频调速变频调速 f=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器M3 整流器整流器整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调可调可调+变频调速方法变频调速方法:f1f1N时，应采用恒功率调速：保持时，应采用恒功率调速：保持U1 U1N频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：频率调节范围：0.50.5几几几几百赫兹百赫兹百赫兹百赫兹三种电气三种电气三种电气三种电气调速方法调速方法调速方法调速方法4.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(可实现无级调速可实现无级调速)通过改变旋转磁场级对数通过改变旋转磁场级对数 p 实现调速实现调速A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS4.6.2 变极调速变极调速 (有级调速有级调速)改变级对数的方法：改变绕组的接法改变级对数的方法：改变绕组的接法A1X1A2X2iiP=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机采用变极调速方法的电动机称作双速电机A1A2X1X2SN变级后，变级后，n0增加一倍，转速约增加一倍增加一倍，转速约增加一倍缺点缺点:TLs sTso绕线式电动机转子串联电阻绕线式电动机转子串联电阻4.6.3 变转差率调速变转差率调速优点优点: 调速平滑、设备简单投资少，调速平滑、设备简单投资少，能耗较大。能耗较大。上次课复习n nU U1 1和和和和R R2 2的变化对机械特性的影响的变化对机械特性的影响的变化对机械特性的影响的变化对机械特性的影响n n三相异步电机的起动三相异步电机的起动三相异步电机的起动三相异步电机的起动（1 1）直接起动；（）直接起动；（）直接起动；（）直接起动；（2 2）降）降）降）降压起动；（压起动；（压起动；（压起动；（3 3）改变转子电阻起动）改变转子电阻起动）改变转子电阻起动）改变转子电阻起动n n降压起动方法：（降压起动方法：（降压起动方法：（降压起动方法：（1 1）Y Y 起动器；起动器；起动器；起动器； (2) (2) 自自自自耦降压起动；（耦降压起动；（耦降压起动；（耦降压起动；（3 3）转子回路中串电阻起动。）转子回路中串电阻起动。）转子回路中串电阻起动。）转子回路中串电阻起动。n n转子回路中串电阻起动的特点：如果转子回路中串电阻起动的特点：如果转子回路中串电阻起动的特点：如果转子回路中串电阻起动的特点：如果R R2 2的选择的选择的选择的选择得当，既可以降低起动电流又可以增加起动转得当，既可以降低起动电流又可以增加起动转得当，既可以降低起动电流又可以增加起动转得当，既可以降低起动电流又可以增加起动转矩。矩。矩。矩。n n改变电机转向改变电机转向改变电机转向改变电机转向n n调速的方法：（调速的方法：（调速的方法：（调速的方法：（1 1）变频调速；（）变频调速；（）变频调速；（）变频调速；（2 2）变极调速；）变极调速；）变极调速；）变极调速；（3 3）改变转差率调速。）改变转差率调速。）改变转差率调速。）改变转差率调速。4.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动4.7.1 能耗制动能耗制动电气制动电气制动: 电磁转距与转向相反电磁转距与转向相反 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组绕组通入直流电流通入直流电流。nF转子转子T n0=0MM33+-运转运转制动制动RP 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。意两相对调，旋转磁场反向。4.7.2 反接制动反接制动MM33运转运转制动制动制动制动nF转子转子转子转子T n0转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。转子接近停止转动时，应迅速切断电源。注意：注意： 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。距变为制动转距。4.7.3 发电反馈制动发电反馈制动 电动机进入发电状态，将外力作用于转子的能量转电动机进入发电状态，将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。换成电能回送给电网。nF转子转子T n0n n04.8 铭牌数据、技术数据及计算举例铭牌数据、技术数据及计算举例1. 1. 型号型号型号型号 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表4.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号产品名称产品名称产品名称产品名称异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号新代号新代号汉字意义汉字意义汉字意义汉字意义老代号老代号老代号老代号Y Y异异异异异绕异绕异绕异绕异爆异爆异爆异爆异起异起异起异起YRYRYBYBYQYQYQYQJ J、JOJOJRJR、JROJROJBJB、JBOJBOJQJQ、JQOJQO2. 2. 接法接法接法接法接线盒接线盒定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法。通常。通常V V1 1WW2 2U U1 1WW1 1U U2 2V V2 2U2U1W2V1V2W1U1V V1 1WW1 1WW2 2U2V V2 2W2U2V2V1W1U1Y Y 联结联结联结联结W1U U1 1V1W2U U2 2V2 联结联结联结联结3. 3. 电压电压电压电压例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低低低低 于额定值的于额定值的于额定值的于额定值的 5% 5% 。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使或过低都会使或过低都会使或过低都会使 电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值, , 从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压压压压值值值值。 三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有380V380V，3000V,3000V, 及及及及6000V6000V等多种。等多种。等多种。等多种。4. 4. 电流电流电流电流例如：例如：例如：例如： Y / Y / 6.73 / 11.64 A6.73 / 11.64 A 表示星形表示星形联结联结下电机下电机的线电流为的线电流为 6.73A；三角形三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两两种接法下相电流均为种接法下相电流均为 6.73A。 5. 5. 功率与效率功率与效率功率与效率功率与效率 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的线电流值线电流值线电流值线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率它不等于从电源吸取的电功率 P1。注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，防止出现防止出现防止出现防止出现 “ “大马拉大马拉大马拉大马拉小车小车小车小车” ” 的现象。的现象。的现象。的现象。6. 6. 功率因数功率因数功率因数功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额。额定负载时，功率因数最高。定负载时，功率因数最高。 7. 7. 额定转速额定转速额定转速额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O如：如： n N =1440 1440 转转转转/ /分分分分 sN = 0.040.048. 8. 绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。 一台一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型的三相异步电动机，定子绕组型型联联结结，其额定数据为：其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist / IN=4.0, Tst / TN=1.9，Tmax / TN=2.2求：求： 1) 1) 1) 1) 额定电流额定电流额定电流额定电流 IN ? 2) ? 2) ? 2) ? 2) 额定转差率额定转差率额定转差率额定转差率 sN ? ? ? ? 3) 3) 3) 3) 额定转矩额定转矩额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩最大转矩最大转矩最大转矩Tmax 、和起动转矩和起动转矩和起动转矩和起动转矩TN 。例例例例4.5.14.5.1: : : : 1) 求求 额定电流额定电流 IN 解解:输入电功率：输入电功率：效率：效率： N = P2NP1N得：得：由由nN=1480r/min，可知可知 p=2 （四极电动机）四极电动机） 2 2）求）求额定转差率额定转差率 sN 3 3）求）求额定转矩额定转矩 T TN N 、最大转矩最大转矩T Tmaxmax 、和起动转矩和起动转矩T TN N 例例4.5.2: 在在上例中上例中 ：如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 在在在在U U= =U UN N时，时，时，时，Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起动不能起动不能起动不能起动Ist =7IN=7 84.2=589.4 A能起动能起动能起动能起动(1) 试问：试问：在在U=UN时，时，电动机能否起动？电动机能否起动？试问：试问：在在U= 0.9UN 时，时，电动机能否起动？电动机能否起动？(2)试问：试问：采用采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩换接起动时，求起动电流和起动转矩解：解：解：解：解：解：解：解：解：解：解：解：在在在在80%80%额定负载时额定负载时额定负载时额定负载时不能起动不能起动不能起动不能起动在在在在50%50%额定负载时额定负载时额定负载时额定负载时可以起动可以起动可以起动可以起动(3)试问：试问：采用采用Y- 换接起动，当负载转矩为起动转矩的换接起动，当负载转矩为起动转矩的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？解：解：解：解： 上例中，若上例中，若电动机采用自耦变压器降压起动，设电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这，求这时的线路起动电流时的线路起动电流Ist和电动机的起动转矩和电动机的起动转矩Tst。解：解：解：解：变压器的变比为变压器的变比为 k = UN / 0.64 UN = 1 / 0.64例例例例4.5.3:4.5.3:已知已知起动电流起动电流 Ist7IN589.4 A 单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NS4.9 单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机的单相异步电动机的单相异步电动机的单相异步电动机的定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组定子中放置单相工作绕组, , , ,转子转子一般用鼠笼式一般用鼠笼式。 电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，4.9.1 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机BBAA 一个是工作绕组一个是工作绕组一个是工作绕组一个是工作绕组 A A A A ，另一个是起动绕组另一个是起动绕组另一个是起动绕组另一个是起动绕组 B B B B , ,两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔两个绕组在空间相隔9090 。 起动时，起动时，起动时，起动时， B B B B 绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近流相位相差近流相位相差近流相位相差近9090 ，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。，即可获得所需的旋转磁场。电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机iAS SABBA iB设两相电流为设两相电流为设两相电流为设两相电流为正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。工作绕组工作绕组工作绕组工作绕组起动绕组起动绕组起动绕组起动绕组两相电流两相电流两相电流两相电流iBiAOABBAABBAABBA两相旋转磁场两相旋转磁场动画动画450900iBiAO实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路实现正反转的电路 改变电容改变电容改变电容改变电容C C的串联位置，可使的串联位置，可使的串联位置，可使的串联位置，可使单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90 ；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。 电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用电动机转子转动起来后，利用离心力将开关离心力将开关离心力将开关离心力将开关S S断开断开断开断开(S(S是离心开是离心开是离心开是离心开关关关关) )，使起动绕组，使起动绕组，使起动绕组，使起动绕组B B B B 断电。断电。断电。断电。S SABBiAiBA 12MM 4.9.2 罩极式单相异步电机罩极式单相异步电机i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路环中感应电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2在相位上滞后在相位上滞后 1 ，从而在电动机，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。故常用于洗衣机等电器中。习题讲解n n例例3-13-1：一台他励直流电动机在稳定状态下运行时，电：一台他励直流电动机在稳定状态下运行时，电枢反电势枢反电势E=EE=E1 1，如负载转矩，如负载转矩T TL L= =常数，外加电压和电枢常数，外加电压和电枢回路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的回路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于是等于E E1 1n n解：注意两个条件：一是负载转矩不变；另一个就是解：注意两个条件：一是负载转矩不变；另一个就是系统是从一个稳定状态到另一个稳定状态。这样电枢系统是从一个稳定状态到另一个稳定状态。这样电枢反电势是稳定值。反电势是稳定值。 因在稳定状态，故电动机电磁转矩因在稳定状态，故电动机电磁转矩T= TT= TL L。进而推导。进而推导T TL L=T=T=K Kt tIIa a= =常数，由题知：常数，由题知： 下降，故可知下降，故可知I Ia a上升。上升。 而在直流电机中：而在直流电机中：E=U-E=U-I Ia aR Ra a，由题知：，由题知：U U、R Ra a不变，则不变，则可知：可知：E E减小所以应该是减小所以应该是E E小于小于E E1 1n n上次课复习上次课复习n n三相异步电机的制动：（1）能耗制动；（2）反接制动；（3）反馈制动。n n三相异步电机的铭牌数据、技术数据：（1）型号；（2）接法；（3）电压；（4）电流；（5）功率与效率；（6）功率因数；（7）额定转速；（8）绝缘等级。n n单相异步电机n n一、电容分相式异步电机；n n二、罩极式单相异步电机。第第5 5章章 机电传动系统电器控制控制电器控制电器手动电器手动电器自动电器自动电器刀开关刀开关组合开关组合开关按钮按钮接触器接触器继电器继电器 行程开关行程开关 5.1 5.1 常用控制电器常用控制电器由操作人员由操作人员手动操纵手动操纵按照指令、信号、或某个物理量的变化而自动动作按照指令、信号、或某个物理量的变化而自动动作一、刀闸开关一、刀闸开关控制对象：控制对象：380V380V，5.5kW 5.5kW 以下小电机以下小电机 考虑到电机较大的起动电流，刀考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值一般选择闸的额定电流值一般选择：（3-53-5）异步电机额定电流）异步电机额定电流电路符号电路符号Q Q二、按钮（主令开关）二、按钮（主令开关）常开常开( (动合动合) )按钮按钮电路符号电路符号SB复合按钮：复合按钮： 常开按钮和常开按钮和 常闭按钮做在一起。常闭按钮做在一起。电路符号电路符号SB常闭常闭( (动断动断) )按钮按钮电路符号电路符号SB作用：作用：接通或断开控制电路接通或断开控制电路(b) 结构结构按钮的外形图和结构如图所示。按钮的外形图和结构如图所示。按钮开关的外形和符号按钮开关的外形和符号(a) 外形图外形图常闭触点常闭触点常开触点常开触点常开触点常开触点复位弹簧复位弹簧支柱连杆支柱连杆常闭静触头常闭静触头桥式静触头桥式静触头常开静触头常开静触头外壳外壳4SBSBSB结结构构符符号号名名称称常闭按钮常闭按钮( (停止按钮停止按钮) )常开按钮常开按钮( (起动按钮起动按钮) )复合按钮复合按钮1234123按钮帽按钮帽三、三、交流接触器交流接触器用来接通或断开电动机用来接通或断开电动机或其他设备的主电路或其他设备的主电路（一）构成（一）构成；主要由电磁铁和触点两部分主要由电磁铁和触点两部分组成，触点又可分为主触点和辅助触点组成，触点又可分为主触点和辅助触点。接触器技术接触器技术指标指标：额定工作电压、电额定工作电压、电 流、触点数目等流、触点数目等交流接触器的外形与结构交流接触器的外形与结构交流接触器的外形与结构交流接触器的外形与结构用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。(a) (a) 外形外形外形外形(b) (b) 结构结构结构结构动作过程动作过程线圈通电衔铁被吸合触点闭合接通电源线圈线圈铁芯铁芯衔铁衔铁主触点主触点弹簧弹簧辅助辅助触点触点M3电动机电动机n n（二）、接触器的符号及型号含义二）、接触器的符号及型号含义1 1 1 1、接触器的型号及代表意义、接触器的型号及代表意义、接触器的型号及代表意义、接触器的型号及代表意义n n例如，CJl22503为CJl2系列交流接触器，额定电流250A，三个主触点。n nCJl2T2503为CJl2系列改型后的交流接触器，额定电流250A，三个主触点。n n例如，CZ010020为CZ0系列直流接触器，额定电流100A，二个常开主触点。n n2 2、接触器的图形和文字符号、接触器的图形和文字符号n n 接触器的图形和文字符号如图1-14所示。（三）、接触器的主要技术参数（三）、接触器的主要技术参数n n1 1 1 1、额定电压、额定电压、额定电压、额定电压 接触器铭牌额定电压是指主触点上接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。的额定电压。n n通常用的电压等级为：通常用的电压等级为：直流接触器：直流接触器：220V220V、440V440V、660V660V交流接触器：交流接触器：220V220V、380V380V、500V500Vn n2 2 2 2、额定电流、额定电流、额定电流、额定电流 接触器铭牌额定电流指主触点的额接触器铭牌额定电流指主触点的额定电流。定电流。n n常用的电流等级为：常用的电流等级为： 直流接触器：直流接触器：25A25A、40A40A、60A60A、100A100A、l 50Al 50A、250A250A、400A400A、600A600A。交流接触器：交流接触器：5A5A、10A10A、20A20A、40A40A、60A60A、100A100A、150A150A、250A250A、400A400A、600A600A。n n3 3 3 3、线圈的额定电压、线圈的额定电压、线圈的额定电压、线圈的额定电压 接触器线圈正常工作的电压接触器线圈正常工作的电压n n常用的等级为：常用的等级为： 直流线圈；直流线圈；24V24V、48V48V、220V220V、440V440V。交流线圈：交流线圈：36V36V、127V127V、220V220V、380V380V。n n说明：说明：n n1 1）交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触）交流负载选用交流接触器，直流负载选用直流接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器，但交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。器。n n2 2）常用的额定电压是直流）常用的额定电压是直流110v110v，220v220v；交流交流127v127v，220v220v，380v380v。n n4 4 4 4、额定操作频率、额定操作频率、额定操作频率、额定操作频率 额定操作频率是指每小时接通次数。额定操作频率是指每小时接通次数。n n说明：交流接触器最高为说明：交流接触器最高为600600次次h h；直流接触器可高达直流接触器可高达12001200次次h h。（四）、接触器的选用（四）、接触器的选用n n1 1、根据负载性质选择接触器类型。（交、根据负载性质选择接触器类型。（交/ /直流接触器）；直流接触器）； n n2 2、根据类别确定接触器系列、根据类别确定接触器系列( (参考电工标准参考电工标准) )。n n3 3、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。交流接、根据负载额定电压确定接触器的额定电压。交流接触器的电压大于或等于线路电压。触器的电压大于或等于线路电压。n n4 4、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界、根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际条件加以修正。实际条件加以修正。n n1 1）接触器安装在箱柜内，电流要降低）接触器安装在箱柜内，电流要降低10102020使用使用（冷却条件变差）；（冷却条件变差）；n n2 2）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过）接触器工作于长期工作制，通电持续率不超过4040时，若敞开安装，电流允许提高时，若敞开安装，电流允许提高10102525，若箱拒，若箱拒安装，允许提高安装，允许提高5%5%1010。n n5 5、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。、根据控制电路的电压选择吸引线圈的额定电压。n n6 6、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之、根据负载情况复核操作频率，看是否在额定范围之内。内。（五）、接触器的维护、常见故障及处理（五）、接触器的维护、常见故障及处理n n1 1、应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不、应定期检查接触器的各部件，要求可动部分不卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。卡住，紧固无松脱，零部件如损坏应及时检修。n n2 2、触头表面应经常保持清洁。、触头表面应经常保持清洁。n n1 1）触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲）触头表面因电弧作用而形成金属小球时及时铲除。除。n n2 2）触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只）触头严重磨损后，超程应及时调整，当厚度只剩下剩下1 13 3时，应及时调换触头。时，应及时调换触头。n n3 3）银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，）银合金触头表面团电弧而生成黑色氧化膜时，不会造成接触不良现象，因此不必锉修，则将会不会造成接触不良现象，因此不必锉修，则将会大大缩短触头寿命。大大缩短触头寿命。n n、原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用，、原本有灭弧罩的接触器的一要带灭弧罩使用，以免发生短路事故。以免发生短路事故。四、四、 继电器继电器 继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器的于，接触器的主触点可以通过大电流，而继电器的触点只能通过小电流触点只能通过小电流。1、作用、作用：继电器用来传递信号或用于控制电路中。继电器用来传递信号或用于控制电路中。n n2 2 2 2继电器分类：继电器分类：继电器分类：继电器分类：n n1 1 1 1）用途分：）用途分：）用途分：）用途分：控制继电器、保护继电器、中间继电器。控制继电器、保护继电器、中间继电器。n n2 2 2 2）原理分：）原理分：）原理分：）原理分：电磁式、感应式、热继电器等电磁式、感应式、热继电器等n n3 3 3 3）参数分：）参数分：）参数分：）参数分：电流、电压、速度、压力继电器电流、电压、速度、压力继电器n n4 4 4 4）动作时间分：）动作时间分：）动作时间分：）动作时间分：瞬时继电器、延时继电器瞬时继电器、延时继电器n n5 5 5 5）输出形式分：）输出形式分：）输出形式分：）输出形式分：有触点、无触点继电器有触点、无触点继电器一、电磁式继电器一、电磁式继电器n n电磁式继电器与接触器的区别：电磁式继电器与接触器的区别：电磁式继电器与接触器的区别：电磁式继电器与接触器的区别： 继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控继电器：没有灭弧装置，触点容量小，用于控制电路，可在电量或非电量的作用下动作。制电路，可在电量或非电量的作用下动作。制电路，可在电量或非电量的作用下动作。制电路，可在电量或非电量的作用下动作。 接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电接触器：有灭弧装置，触点容量大，用于主电路，一般只能在电压作用下动作。路，一般只能在电压作用下动作。路，一般只能在电压作用下动作。路，一般只能在电压作用下动作。n n电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中电磁式继电器的种类：电压继电器、电流继电器、中间继电器间继电器间继电器间继电器n n1 1 1 1电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有电压继电器：触点的动作与线圈中的电压大小有关。（电压线圈与负载并联）。关。（电压线圈与负载并联）。关。（电压线圈与负载并联）。关。（电压线圈与负载并联）。n n1 1 1 1）作用：电压保护和控制。）作用：电压保护和控制。）作用：电压保护和控制。）作用：电压保护和控制。n n2 2 2 2）分类）分类）分类）分类 过电压继电器：过电压继电器：过电压继电器：过电压继电器：UxUxUxUx = (1.05 = (1.05 = (1.05 = (1.05 1.2)UN1.2)UN1.2)UN1.2)UN（正常时触点不动作）（正常时触点不动作）（正常时触点不动作）（正常时触点不动作） 欠电压继电器：直流欠电压继电器：欠电压继电器：直流欠电压继电器：欠电压继电器：直流欠电压继电器：欠电压继电器：直流欠电压继电器： UX = (0.3 UX = (0.3 UX = (0.3 UX = (0.3 0.5)UN 0.5)UN 0.5)UN 0.5)UN （正常时触点动作）（正常时触点动作）（正常时触点动作）（正常时触点动作） UfUfUfUf= (0.07 = (0.07 = (0.07 = (0.07 0.2)UN 0.2)UN 0.2)UN 0.2)UN n n交流欠电压继电器：交流欠电压继电器：交流欠电压继电器：交流欠电压继电器：UX = (0.6 UX = (0.6 UX = (0.6 UX = (0.6 0.85)UN0.85)UN0.85)UN0.85)UN UfUfUfUf= (0.1 = (0.1 = (0.1 = (0.1 0.35)UN0.35)UN0.35)UN0.35)UN。n n注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现注意：直流电路一般不会产生波动较大的过电压现象，所以在产品中没有直流过电压继电器。象，所以在产品中没有直流过电压继电器。象，所以在产品中没有直流过电压继电器。象，所以在产品中没有直流过电压继电器。n n3 3 3 3）电压继电器的选用及动作电压的整定）电压继电器的选用及动作电压的整定）电压继电器的选用及动作电压的整定）电压继电器的选用及动作电压的整定n n电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与电压继电器的选用：线圈的种类和电压等级应与控制电路一致。控制电路一致。控制电路一致。控制电路一致。n n由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。由控制电路的要求（过电压保护、欠电压保护）选型。n n动作电压的整定动作电压的整定动作电压的整定动作电压的整定n n吸合电压：调节反作用弹簧吸合电压：调节反作用弹簧吸合电压：调节反作用弹簧吸合电压：调节反作用弹簧n n释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度释放电压：主要改变非导磁垫片的厚度( ( ( (如吸合电压没如吸合电压没如吸合电压没如吸合电压没有固定要求，也可调节反作用弹簧有固定要求，也可调节反作用弹簧有固定要求，也可调节反作用弹簧有固定要求，也可调节反作用弹簧) ) ) )。n n4 4 4 4）电压继电器的图形和文字符号）电压继电器的图形和文字符号）电压继电器的图形和文字符号）电压继电器的图形和文字符号n n2.2.2.2.电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小电流继电器：触点的动作与线圈中的电流大小有关。（电流线圈与负载串联）。有关。（电流线圈与负载串联）。有关。（电流线圈与负载串联）。有关。（电流线圈与负载串联）。n n1 1 1 1）作用：电流保护和控制。）作用：电流保护和控制。）作用：电流保护和控制。）作用：电流保护和控制。n n2 2 2 2）分类）分类）分类）分类 过电流继电器：过电流继电器：过电流继电器：过电流继电器：IX = (1.1 IX = (1.1 IX = (1.1 IX = (1.1 3.5)IN3.5)IN3.5)IN3.5)IN正常时触点不动作正常时触点不动作正常时触点不动作正常时触点不动作 欠电流继电器：欠电流继电器：欠电流继电器：欠电流继电器： IxIxIxIx(0.3 (0.3 (0.3 (0.3 0.65)IN 0.65)IN 0.65)IN 0.65)IN 正常时触点动作正常时触点动作正常时触点动作正常时触点动作 If =(0.1 If =(0.1 If =(0.1 If =(0.1 0.2)IN0.2)IN0.2)IN0.2)INn n3 3 3 3）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与）电流继电器选用：线圈的种类和电流等级应与控制电路一致控制电路一致控制电路一致控制电路一致 根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保根据在控制电路中的作用（过电流、欠电流保护）进行选型。护）进行选型。护）进行选型。护）进行选型。n n4 4 4 4）电流继电器的图形和文字符号）电流继电器的图形和文字符号）电流继电器的图形和文字符号）电流继电器的图形和文字符号n n3 3 3 3、中间继电器、中间继电器、中间继电器、中间继电器（一种电压继电器）（一种电压继电器）n nUX = (0.85 UX = (0.85 1.05)UN 1.05)UN n n1 1 1 1）特点：）特点：）特点：）特点：触点多触点多( (六对甚至更多六对甚至更多) )n n触点电流大触点电流大( (额定电流为额定电流为5 5 10A)10A)n n动作灵敏动作灵敏( (动作时间小于动作时间小于0.05s) 0.05s) n n2 2 2 2）作用：）作用：）作用：）作用：放大触点容量、数量。放大触点容量、数量。n n3 3 3 3）图形和文字符号）图形和文字符号）图形和文字符号）图形和文字符号 n n4 4 4 4、电磁式继电器的主要技术参数、电磁式继电器的主要技术参数、电磁式继电器的主要技术参数、电磁式继电器的主要技术参数 国产电磁式继电器：国产电磁式继电器：JL3JL3、JL7JL7、JL9JL9、JL12JL12、JL14JL14、JL15JL15、JT3JT3、JT4JT4、JT9JT9、JTl0JTl0、JZ1JZ1、JZ7JZ7、JZ8JZ8、JZ14JZ14、JZl5JZl5、JZl7JZl7等系列。等系列。 电磁式继电器的型号：电磁式继电器的型号：电磁式继电器的型号：电磁式继电器的型号：发热元发热元件件1.结构结构：I I常闭触点常闭触点双金双金属片属片2.工作原理工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。扣板扣板五、五、 热继电器热继电器功能：功能：过载保护过载保护热继电器外形与结构热继电器外形与结构热继电器外形与结构热继电器外形与结构(a) (a) 外形外形外形外形(b) (b) 结构结构结构结构3.热继电器的符号热继电器的符号发热元件发热元件常闭触点常闭触点FRFR串联在主电路中串联在主电路中串联在控制电路中串联在控制电路中熔断器熔断器符号符号FU熔断器额定电流熔断器额定电流IF的选择的选择(1) 电灯、电炉等电阻性负电灯、电炉等电阻性负载载IF IL(3) 频繁起动的电机频繁起动的电机(2) 单台电机单台电机用于低压线路中的短路保护。用于低压线路中的短路保护。用于低压线路中的短路保护。用于低压线路中的短路保护。 常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断常用的熔断器有插入式熔断器、螺旋式熔断器、管式熔断器和有填料式熔断器。器、管式熔断器和有填料式熔断器。作用：作用：可实现短路、过载、失压保护。可实现短路、过载、失压保护。结构：结构：过流过流脱扣器脱扣器欠压欠压脱扣器脱扣器工作原理：工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。七、七、自动空气断路器（自动开关自动空气断路器（自动开关）画图要求画图要求（1）首先了解工艺过程及控制要求，搞清控制系统中 各电动机、控制电器的作用以及它们的控制关系；（2）在原理图中，同一电器的各部件是分散的，为便 于识别，它们必须按国家规定的统一符号来表示；（3）所有电器的触点均表示在起始情况下的位置，即 在没有通电或没有发生机械动作时的位置；（4）控制电路和主电路要清楚地分开设计和阅读；（5）控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而 右的顺序进行设计或阅读；（6）继电器、接触器线圈只能并联，不能串联；KM自锁自锁按下按钮（按下按钮（SBSB2 2），），线圈（线圈（KMKM）通电，通电，电机起动；同时辅助触点（电机起动；同时辅助触点（KMKM）闭合。闭合。 即使按钮松开，线圈保持通电状态，即使按钮松开，线圈保持通电状态， 电机连续运转。电机连续运转。KMSB2M3ABCKMFUQSB1起动起动按钮按钮停车停车按钮按钮自锁的作用自锁的作用5.2 5.2 鼠笼式电动机直接起动控制电路鼠笼式电动机直接起动控制电路短路保护短路保护方法：加熔断器方法：加熔断器 选择熔体额定电流时，必须躲开起动电流，但选择熔体额定电流时，必须躲开起动电流，但对短路电流仍能起保护作用。对短路电流仍能起保护作用。 一旦发生短路事故，熔丝立即熔断，电动机立一旦发生短路事故，熔丝立即熔断，电动机立即停车。即停车。异步电机的起动电流异步电机的起动电流 I Istst=(5-7) =(5-7) 额定电流额定电流 保护措施保护措施电动机工作时，若因负载过重而使电动机工作时，若因负载过重而使电流增大，但又比短路电流小。此电流增大，但又比短路电流小。此 时熔断器起不了保护作用时熔断器起不了保护作用。 加热继电器，进行过载保护。加热继电器，进行过载保护。 将任意两相热元件串接在电动机任意将任意两相热元件串接在电动机任意 两相中。两相中。将其常闭触点串接在控制电路中。将其常闭触点串接在控制电路中。KMSB1KMSB2FR热继电热继电器触点器触点M3ABCKMFUQFR热元件热元件加加一个或三一个或三个热元件是个热元件是否也可以？否也可以？零压（失压）保护零压（失压）保护 零压保护就是当电源暂时断电或电压严重下降时，电动机即自动从电源切除。方法：采用继电器、接触器控制方法：采用继电器、接触器控制电源电压电源电压85%85%时，接触器触点自动时，接触器触点自动断开，可避免烧坏电机。断开，可避免烧坏电机。ABCM3KMFUQ控制电路控制电路KMSB1KMSB2在电源停电后突然再来电时，可避免在电源停电后突然再来电时，可避免电机自动起动而发生意外事故电机自动起动而发生意外事故。主电路主电路方法：方法：起动按钮并联；停止按钮串联起动按钮并联；停止按钮串联乙地乙地甲地甲地KMSB1甲甲SB2甲甲KMSB1乙乙SB2乙乙FR 两地控制一台电动机两地控制一台电动机方法一：方法一：用用复合按钮复合按钮KMSB1KMSB2FRSB3SBSB3 3：点动点动SBSB2 2：连续运行连续运行方法二：方法二：加加中间继电器中间继电器SB：点动点动SBSB2 2：连续运行连续运行SBKASB1KASB2FRKMKA主电路同方法一主电路同方法一5.3 5.3 正反转控制电路正反转控制电路一、正反转控制原理一、正反转控制原理1. 基本原理基本原理 将接到电源的任意两根将接到电源的任意两根联线对调一头即可实现电动联线对调一头即可实现电动机的正反转，为此可用两个机的正反转，为此可用两个交流接触器来实现。交流接触器来实现。2. 基本要求基本要求 必须保证两个交流必须保证两个交流接触器接触器不能同时工作不能同时工作ABCKMRM3FUQFRKMFKMFKMFSB1SBFFRKMRKMRKMRSBR操作过程：操作过程： SBF正转正转SBR反转反转停车停车SB13. 3. 动作过程动作过程接触器接触器不能同时工作不能同时工作KMFKMRM3ABCFUQFR二、二、加互锁的正反转控制加互锁的正反转控制正转时，正转时，SBSBR R不起作用；反转时，不起作用；反转时， SBSBF F不起作用。从而避免两个接触不起作用。从而避免两个接触器同时工作造成主回路短路器同时工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRSBR互锁互锁互锁作用互锁作用：主主电路同前电路同前三、三、双重互锁的正反转控制双重互锁的正反转控制电器互锁电器互锁机械互锁机械互锁KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMRKMFSBR缺点：缺点：正转过程中要求反转，必须先按停正转过程中要求反转，必须先按停 止按钮，然后才能按反转按钮止按钮，然后才能按反转按钮。用于自动往复控制或限位保护等。用于自动往复控制或限位保护等。用于自动往复控制或限位保护等。用于自动往复控制或限位保护等。行程开关行程开关(限位开关限位开关)(b)(b)示意图示意图示意图示意图 结构与按钮类似，但结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。其动作要由机械撞击。未撞击未撞击未撞击未撞击撞击撞击撞击撞击(a)(a)外形图外形图外形图外形图STST常开触点常开触点常闭触点常闭触点STST(c) (c) 符号符号符号符号行程开关的外形符号行程开关的外形符号行程开关的外形符号行程开关的外形符号5.4 行程控制行程控制自动往返运动：自动往返运动：自动往返运动：自动往返运动：1. 1. 能正向运行也能能正向运行也能能正向运行也能能正向运行也能 反向运行反向运行反向运行反向运行2. 2. 到位后能自动返到位后能自动返到位后能自动返到位后能自动返 回回回回行程控制：行程控制：行程控制：行程控制： 控制某些机械的行控制某些机械的行控制某些机械的行控制某些机械的行程，当运动部件到达程，当运动部件到达程，当运动部件到达程，当运动部件到达一定行程位置时利用一定行程位置时利用一定行程位置时利用一定行程位置时利用行程开关进行控制。行程开关进行控制。行程开关进行控制。行程开关进行控制。STaSTb电机电机正程正程正程正程限位开关限位开关STSTa aSTSTb b逆程逆程逆程逆程STSTa aSTSTb b前进前进前进前进( (正转）正转）正转）正转）后退后退后退后退12按按按按SBSBF F时时时时KMKMF F通电通电通电通电( (其常闭断开，其常闭断开，其常闭断开，其常闭断开， 常开闭合常开闭合常开闭合常开闭合) )KMF断电断电KMKMR R通电通电通电通电行程开关行程开关行程开关行程开关自动往返运动：自动往返运动：自动往返运动：自动往返运动：挡块挡块挡块挡块电机正转电机正转电机正转电机正转工作台前进工作台前进工作台前进工作台前进到达预定位置，到达预定位置，到达预定位置，到达预定位置，挡块挡块挡块挡块1 1撞击撞击撞击撞击STSTb bSBSBKMKMR RSBSBF FKMKMF FKMKMF FKMKMR RSTSTb bSTSTa aKMKMF FKMKMR RSBSBR R停止正转停止正转停止正转停止正转 电机反转电机反转电机反转电机反转( (工作台后退工作台后退工作台后退工作台后退) )a) a) 通电延时继电器通电延时继电器通电延时继电器通电延时继电器b) b) 断电延时继电器断电延时继电器断电延时继电器断电延时继电器KTKT线圈线圈线圈线圈通电延时闭合通电延时闭合通电延时闭合通电延时闭合常开触点常开触点常开触点常开触点KTKT通电延时断开通电延时断开通电延时断开通电延时断开常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点KTKTKTKT线圈线圈线圈线圈(b)(b)符号符号符号符号断电延时断开断电延时断开断电延时断开断电延时断开常开触点常开触点常开触点常开触点KTKT断电延时闭合断电延时闭合断电延时闭合断电延时闭合常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点KTKT延时继电器的外形与结构延时继电器的外形与结构延时继电器的外形与结构延时继电器的外形与结构(a) (a) 外形外形外形外形空气式延时继电器空气式延时继电器通电延时的空气式时间继电器结构示意图通电延时的空气式时间继电器结构示意图通电延时的空气式时间继电器结构示意图通电延时的空气式时间继电器结构示意图常开触头常开触头 延时闭合延时闭合 常闭触头常闭触头 延时打开延时打开 微动开关微动开关微动开关微动开关2 2微动开关微动开关微动开关微动开关1 1常开触头常开触头常闭触头常闭触头线圈通电线圈通电线圈通电线圈通电 衔铁向下吸合衔铁向下吸合衔铁向下吸合衔铁向下吸合 连杆动作连杆动作连杆动作连杆动作 触头动作触头动作触头动作触头动作工作原理工作原理调节螺丝调节螺丝进气孔进气孔托板托板线圈线圈动铁心动铁心恢复弹簧恢复弹簧挡块挡块释放弹簧释放弹簧活塞杆活塞杆橡皮膜橡皮膜排气孔排气孔(2) (2) 空气式时间继电器空气式时间继电器空气式时间继电器空气式时间继电器断电延时的空气式时间继电器结构示意图断电延时的空气式时间继电器结构示意图断电延时的空气式时间继电器结构示意图断电延时的空气式时间继电器结构示意图常闭常闭 延时闭合延时闭合 常闭常闭 延时断开延时断开 常开触头常开触头常闭触头常闭触头空气式时间继电空气式时间继电空气式时间继电空气式时间继电器的延时范围大器的延时范围大器的延时范围大器的延时范围大( (有有有有 0.4 60 s 0.4 60 s 和和和和0.4 180s0.4 180s两种两种两种两种) )。结构简单，但准结构简单，但准结构简单，但准结构简单，但准确度较低。确度较低。确度较低。确度较低。时间继电器的型号有时间继电器的型号有时间继电器的型号有时间继电器的型号有JS7-AJS7-A和和和和JJSK2JJSK2等多种类型。等多种类型。等多种类型。等多种类型。5. 5 时间控制时间控制1. Y1. Y 换接起动控制线路换接起动控制线路换接起动控制线路换接起动控制线路Y Y接法接法接法接法 KM KM3 3 KM KM1 1FUQQ 接法接法接法接法.SB1.SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2KMKM2 2通通通通电电电电通通电电.SB1.SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2通通通通电电电电断断断断电电电电通电延时通电延时通电延时通电延时继电器继电器继电器继电器通电延通电延通电延通电延时断开时断开时断开时断开复合复合按钮按钮起动过程：起动过程：起动过程：起动过程：按按按按SBSB2 2KMKM1 1通电通电通电通电KM2断电断电绕组绕组绕组绕组Y Y接接接接KMKM2 2断电断电断电断电KMKM1 1接通电源接通电源接通电源接通电源KMKM2 2绕组绕组绕组绕组 联接联接联接联接KMKM3 3绕组绕组绕组绕组Y Y联接联接联接联接常闭断开常闭断开常闭断开常闭断开常开闭合常开闭合常闭延时断开常闭延时断开电动机电动机电动机电动机Y Y接起动接起动接起动接起动常闭断开常闭断开常闭断开常闭断开常开闭合常开闭合常开闭合常开闭合自锁自锁自锁自锁KTKT通电通电通电通电KMKM3 3通电通电通电通电通电瞬通电瞬时闭合时闭合KMKM1 1接通电源接通电源接通电源接通电源KMKM2 2绕组绕组绕组绕组 联接联接联接联接KMKM3 3绕组绕组绕组绕组Y Y联接联接联接联接KTKT通电通电通电通电起动过程：起动过程：起动过程：起动过程：按按按按SBSB2 2KMKM1 1通电通电通电通电KM2断电断电绕组绕组绕组绕组Y Y接接接接KMKM2 2断电断电断电断电常闭断开常闭断开常闭断开常闭断开常开闭合常开闭合常闭延时断开常闭延时断开电动机电动机电动机电动机Y Y接起动接起动接起动接起动常闭断开常闭断开常闭断开常闭断开常开闭合常开闭合常开闭合常开闭合自锁自锁自锁自锁KMKM3 3通电通电通电通电通通通通电电电电通通电电.SB1.SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2通通通通电电电电断断断断电电电电松开松开松开松开SBSB2 2, , 电机仍处于电机仍处于电机仍处于电机仍处于Y Y 接起动状态。接起动状态。接起动状态。接起动状态。KMKM1 1接通电源接通电源接通电源接通电源KMKM2 2绕组绕组绕组绕组 联接联接联接联接KMKM3 3绕组绕组绕组绕组Y Y联接联接联接联接通通通通电电电电通通电电SB1SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2通通通通电电电电断断断断电电电电通电延时通电延时继电器继电器通电延通电延时断开时断开KMKM1 1断电断电断电断电常开断开常开断开常开断开常开断开常闭闭合常闭闭合常闭闭合常闭闭合当当当当 KT KT 常闭触常闭触常闭触常闭触点延时断开时点延时断开时点延时断开时点延时断开时断断电电复合复合按钮按钮KMKM1 1接通电源接通电源接通电源接通电源KMKM2 2绕组绕组绕组绕组 联接联接联接联接KMKM3 3绕组绕组绕组绕组Y Y联接联接联接联接通通通通电电电电通通电电SB1SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2通通通通电电电电断断断断电电电电通电延时通电延时继电器继电器通电延通电延时断开时断开复合复合按钮按钮断断电电KMKM1 1断电断电断电断电常开断开常开断开常开断开常开断开常闭闭合常闭闭合常闭闭合常闭闭合当当当当 KT KT 常闭触常闭触常闭触常闭触点延时断开时点延时断开时点延时断开时点延时断开时通通电电断断电电KMKM2 2通电通电通电通电常闭断开常闭断开KMKM3 3断电断电断电断电常闭闭合常闭闭合绕组绕组绕组绕组 接接接接Y接断开接断开KMKM1 1接通电源接通电源接通电源接通电源KMKM2 2绕组绕组绕组绕组 联接联接联接联接KMKM3 3绕组绕组绕组绕组Y Y联接联接联接联接通通通通电电电电通通电电SB1SB2KTKTKMKM1 1KMKM3 3KMKM2 2KMKM3 3KMKM1 1KMKM1 1KTKTKMKM2 2KTKTKMKM2 2通通通通电电电电断断断断电电电电通电延时通电延时继电器继电器通电延通电延时断开时断开复合复合按钮按钮KMKM1 1断电断电断电断电常开断开常开断开常开断开常开断开常闭闭合常闭闭合常闭闭合常闭闭合当当当当 KT KT 常闭触常闭触常闭触常闭触点延时断开时点延时断开时点延时断开时点延时断开时通通电电断断电电KMKM2 2通电通电通电通电常闭断开常闭断开KMKM3 3断电断电断电断电常闭闭合常闭闭合绕组绕组绕组绕组 接接接接Y接断开接断开通通电电电机电机电机电机 接运行接运行接运行接运行KMKM1 1通电通电通电通电6.1 6.1 功率二极管功率二极管 6.2 6.2 晶闸管晶闸管 6.3 6.3 单相相控整流电路单相相控整流电路 6.4 6.4 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 习题及思考题习题及思考题 第6章 功率二极管、晶闸管 及单相相控整流电路1.1.1 1.1.1 功率二极管的工作原理功率二极管的工作原理 功率二极管是以PN结为基础的，实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。功率二极管的结构和图形符号如图1-1所示。 图 1-1 功率二极管的结构和图形符号 6.1 功功 率率 二二 极极 管管功率二极管主要有螺栓型和平板型两种外形， 如图1-2 所示。 图 6-2 功率二极管的外形 (a) 螺栓型； (b) 平板型 功率二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二极管处于正向电压作用下，则PN结导通， 正向管压降很小； 反之， 若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止， 仅有极小的可忽略的漏电流流过二极管。经实验测量可得功率二极管的伏安特性曲线，如图6-3所示。 图6-3 功率二极管的伏安特性曲线 (a) 螺栓型； (b) 平板型 1正向平均电流正向平均电流I F(AV) 功率二极管的正向平均电流I F(AV)是指在规定的管壳温度和散热条件下允许通过的最大工频半波电流的平均值, 元件标称的额定电流就是这个电流。实际应用中，功率二极管所流过的最大有效电流为I，则其额定电流一般选择为 式中的系数1.52是安全系数。 6.1.2 功率二极管的主要参数功率二极管的主要参数 2正向压降正向压降UF 正向压降UF是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正向压降。 3 反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 反向重复峰值电压是功率二极管能重复施加的反向最高电压， 通常是其雪崩击穿电压UB的2/3。一般在选用功率二极管时， 以其在电路中可能承受的反向峰值电压的两倍来选择反向重复峰值电压。 4 4反向恢复时间反向恢复时间t trrrr 反向恢复时间是指功率二极管从所施加的反向偏置电流降至零起到恢复反向阻断能力为止的时间。 1 整流二极管整流二极管 整流二极管多用于开关频率不高的场合，一般开关频率在1 kHz以下。 整流二极管的特点是电流定额和电压定额可以达到很高，一般为几千安和几千伏，但反向恢复时间较长。 1.1.3 功率二极管的主要类型功率二极管的主要类型 2 快速恢复二极管快速恢复二极管 快速恢复二极管的特点是恢复时间短，尤其是反向恢复时间短，一般在5 s以内，可用于要求很小反向恢复时间的电路中，如用于与可控开关配合的高频电路中。 3 肖特基二极管肖特基二极管 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，其反向恢复时间更短，一般为1040 ns。肖特基二极管在正向恢复过程中不会有明显的电压过冲，在反向耐压较低的情况下正向压降也很小，明显低于快速恢复二极管，因此，其开关损耗和正向导通损耗都很小。肖特基二极管的不足是，当所承受的反向耐压提高时，其正向电压有较大幅度提高。它适用于较低输出电压和要求较低正向管压降的换流器电路中。 6.2.1 6.2.1 晶闸管的结构晶闸管的结构 晶闸管是一种大功率半导体变流器件， 它具有三个PN结的四层结构，其外形、 结构和图形符号如图1-4所示。由最外的P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层引出的电极是门极G（也称控制极）。 6.2 6.2 晶晶 闸闸 管管图 6-4 晶闸管的外形、 结构和图形符号(a) 外形； (b) 结构； (c) 图形符号 常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形，如图6-4(a)所示。晶闸管在工作过程中会因损耗而发热，因此必须安装散热器。螺栓式晶闸管是靠阳极（螺栓）拧紧在铝制散热器上， 可自然冷却；平板式晶闸管由两个相互绝缘的散热器夹紧晶闸管，靠冷风冷却。额定电流大于200 A的晶闸管都采用平板式外形结构。此外，晶闸管的冷却方式还有水冷、油冷等。 我们通过图6-5所示的电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路,也称触发电路。 6.2.2 6.2.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理图 6-5 晶闸管导通试验电路图 当晶闸管的阳极A接电源Ea的正端，阴极K经白炽灯接电源的负端时，晶闸管承受正向电压。当控制电路中的开关S断开时，白炽灯不亮，说明晶闸管不导通。 当晶闸管的阳极和阴极承受正向电压，控制电路中开关S闭合，使控制极也加正向电压（控制极相对阴极）时，白炽灯亮，说明晶闸管导通。 当晶闸管导通时，将控制极上的电压去掉（即将开关S断开），白炽灯依然亮，说明一旦晶闸管导通，控制极就失去了控制作用。 当晶闸管阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不加电压，灯都不亮，晶闸管截止。控制极加反向电压，无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。 通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件： （1）晶闸管主电路加正向电压。 （2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。 为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，连接形式如图6-6所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。 图 6-6 晶闸管工作原理等效电路 当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 晶体管V2处于正向偏置，EC产生的控制极电流IG就是2的基极电流IB2，V2的集电极电流IC2 =2 IG 。而IC2 又是晶体管1的基极电流，1的集电极电流IC1=1IC2 =12 IG （ 1和2分别是1和V2的电流放大系数）。电流IC1又流入V2的基极， 再一次放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通，这就是晶闸管的导通过程。导通后， 晶闸管上的压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中流过的电流即负载电流。 在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持， 即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。因此， 控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。 要想关断晶闸管， 最根本的方法就是必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。 可采用的方法有： 将阳极电源断开； 改变晶闸管的阳极电压的方向， 即在阳极和阴极间加反向电压。 晶闸管阳极与阴极间的电压UA和阳极电流IA的关系称为阳极伏安特性， 正确使用晶闸管必须要了解其伏安特性。 图6-7所示即为晶闸管阳极伏安特性曲线， 包括正向特性（第一象限）和反向特性（第三象限）两部分。 6.2.3 6.2.3 晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性图图 6-7 6-7 晶闸管阳极伏安特性曲线晶闸管阳极伏安特性曲线 晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。在正向阻断状态时， 晶闸管的伏安特性是一组随门极电流IG的增加而不同的曲线簇。当IG =0时，逐渐增大阳极电压UA，只有很小的正向漏电流，晶闸管正向阻断；随着阳极电压的增加，当达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突变为正向导通状态。 这种在IG =0时，依靠增大阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为“硬开通”。多次“硬开通”会使晶闸管损坏，因此通常不允许这样做。 随着门极电流IG的增大，晶闸管的正向转折电压UBO迅速下降，当 IG足够大时，晶闸管的正向转折电压很小，可以看成与一般二极管一样，只要加上正向阳极电压，管子就导通了。 晶闸管正向导通的伏安特性与二极管的正向特性相似，即当流过较大的阳极电流时， 晶闸管的压降很小。 UDRM、 URRM正、 反向断态重复峰值电压； UDSM、URSM正、 反向断态不重复峰值电压； UBO正向转折电压； URO反向击穿电压。 晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢复阻断，只有逐步减小阳极电流IA，使IA下降到小于维持电流IH（维持晶闸管导通的最小电流），则晶闸管又由正向导通状态变为正向阻断状态。 图1-7中各物理量的含义如下： 晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。在正常情况下，当承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻断状态，只有很小的反向漏电流流过。当反向电压增加到一定值时，反向漏电流增加较快，再继续增大反向阳极电压会导致晶闸管反向击穿， 造成晶闸管永久性损坏，这时对应的电压为反向击穿电压URO。 1 1 正向重复峰值电压正向重复峰值电压U UDRMDRM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM。一般规定此电压为正向转折电压UBO的80%。 2 2反向重复峰值电压反向重复峰值电压U URRMRRM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。此电压取反向击穿电压URO的80%。 6.2.4 6.2.4 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 3 3 通态平均电流通态平均电流I IV(AV)V(AV) 在环境温度小于40和标准散热及全导通的条件下， 晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流I IV(AV)V(AV)或正向平均电流，通常所说晶闸管是多少安就是指这个电流。 如果正弦半波电流的最大值为IM，则 额定电流有效值为 然而在实际使用中，流过晶闸管的电流波形形状、波形导通角并不是一定的，各种含有直流分量的电流波形都有一个电流平均值，也就有一个电流有效值。现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数，用Kf表示，即 根据上式可求出正弦半波电流的波形系数 这说明额定电流IV(AV)=100 A的晶闸管，其额定电流有效 值为IV=KfIV(AV)=157 A。 不同的电流波形有不同的平均值与有效值，波形系数Kf也不同。在选用晶闸管的时候，首先要根据管子的额定电流（通态平均电流）求出元件允许流过的最大有效电流。不论流过晶闸管的电流波形如何，只要流过元件的实际电流最大有效值小于或等于管子的额定有效值，且散热冷却在规定的条件下，管芯的发热就能限制在允许范围内。由于晶闸管的电流过载能力比一般电机、电器要小得多，因此在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少要乘以1.52的安全系数，使其有一定的电流裕量。 4维持电流维持电流IH和掣住电流和掣住电流IL 在室温且控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流I IH H。维持电流大的晶闸管容易关断。维持电流与元件容量、结温等因素有关，同一型号的元件其维持电流也不相同。通常在晶闸管的铭牌上标明了常温下I IH H的实测值。 给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流I IL L。对同一晶闸管来说，掣住电流 I IL L要比维持电流I IH H大24倍。 5 5 晶闸管的开通与关断时间晶闸管的开通与关断时间 1） 开通时间tgt 一般规定：从门极触发电压前沿的10%到元件阳极电压下降至10%所需的时间称为开通时间tgt，普通晶闸管的tgt约为6s。开通时间与触发脉冲的陡度大小、结温以及主回路中的电感量等有关。为了缩短开通时间，常采用实际触发电流比规定触发电流大35倍、前沿陡的窄脉冲来触发，称为强触发。另外， 如果触发脉冲不够宽，晶闸管就不可能触发导通。一般说来， 要求触发脉冲的宽度稍大于tgt，以保证晶闸管可靠触发。 2） 关断时间关断时间tq 晶闸管导通时，内部存在大量的载流子。晶闸管的关断过程是： 当阳极电流刚好下降到零时，晶闸管内部各PN结附近仍然有大量的载流子未消失，此时若马上重新加上正向电压， 晶闸管仍会不经触发而立即导通，只有再经过一定时间，待元件内的载流子通过复合而基本消失之后，晶闸管才能完全恢复正向阻断能力。我们把晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需要的这段时间称为关断时间tq。 晶闸管的关断时间与元件结温、关断前阳极电流的大小以及所加反压的大小有关。普通晶闸管的tq约为几十到几百微秒。 6 6 通态电流临界上升率通态电流临界上升率d di i/d/dt t 门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，随着时间的推移，导通区才逐渐扩大到PN结的全部面积。如果阳极电流上升得太快，则会导致门极附近的PN结因电流密度过大而烧毁，使晶闸管损坏。因此，对晶闸管必须规定允许的最大通态电流上升率，称通态电流临界上升率di/dt。 7 7 断态电压临界上升率断态电压临界上升率d du u/ /d dt t 晶闸管的结面积在阻断状态下相当于一个电容，若突然加一正向阳极电压， 便会有一个充电电流流过结面，该充电电流流经靠近阴极的PN结时，产生相当于触发电流的作用，如果这个电流过大，将会使元件误触发导通，因此对晶闸管还必须规定允许的最大断态电压上升率。我们把在规定条件下，晶闸管直接从断态转换到通态的最大阳极电压上升率称为断态电压临界上升率du/dt。 1 1 晶闸管的型号晶闸管的型号 图 6-8 晶闸管型号的含义 6.2.5 6.2.5 晶闸管的型号及简单测试方法晶闸管的型号及简单测试方法 2 2晶闸管的简单测试方法晶闸管的简单测试方法 对于晶闸管的三个电极，可以用万用表粗测其好坏。依据PN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的三个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R1 k 挡测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用R10或R100挡测量控制极G和阴极K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的。如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。 3 3 晶闸管的派生系列晶闸管的派生系列 1）快速晶闸管 快速晶闸管的外形、符号、基本结构和伏安特性与普通晶闸管相同，但它专为快速应用而设计。快速晶闸管的开通与关断时间短，允许的电流上升率高，开关损耗小，在规定的频率范围内可获得较平直的电流波形。普通晶闸管的关断时间为数百微秒，快速晶闸管则为数十s。 2） 双向晶闸管 双向晶闸管可被认为是一对反并联连接的普通晶闸管的集成。图1-9所示为它的基本结构、等效电路及伏安特性。 双向晶闸管有两个主电极V1和2，一个门极G。门极使器件在主电极的正、反两个方向均可触发导通，因此双向晶闸管在第一和第三象限有对称的伏安特性。 双向晶闸管门极加正、负触发脉冲都能使管子触发导通， 因此有四种触发方式： +、-表示V1、2间加正向电压时，正、负脉冲能触发晶闸管导通；+、-表示1、2间加反向电压时，正、负脉冲能触发晶闸管导通。 图6-9(c)中注明了两个主电极1和2相对的电压极性，并注明门极G相对主电极2的电压极性。四种触发方式的灵敏度各不相同， 其中+方式最低，因此在实际应用中只采用(+、 -)与(-、 -)两组触发方式。 图 6-9 双向晶闸管的结构及伏安特性(a) 基本结构； (b) 等效电路； (c) 伏安特性 双向晶闸管与一对反并联晶闸管相比是经济的，并且控制电路比较简单， 但有以下局限性： （1） 双向晶闸管重新施加du/dt的能力差，这使它难以用于感性负载。双向晶闸管在交流电路中使用时，须承受正、 反两个半波电流和电压。它在一个方向导电虽已结束，但当管芯硅片各层中的载流子还没有回复到阻断状态的位置时就立即承受反向电压，这些载流子电流有可能成为晶闸管反向工作时的触发电流而使之误导通，造成换相失败。另外，其换相能力随结温升高而有所下降。 （2） 电路灵敏度比较低。 （3） 管子的关断时间tq比较长。 双向晶闸管常在电阻性负载电路中用作相位控制，也用作固态继电器，有时还用于电动机控制，其供电频率通常被限制在工频附近。就目前的工艺水平而言，双向晶闸管的电压和电流定额比普通晶闸管低些。 由于双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有效值来表示它的额定电流值。以200 A(有效值)双向晶闸管为例,其峰值电流即为。而由式（1-2）可知，一个峰值为283 A的普通晶闸管的平均电流值为283 A/90 A, 所以一个200 A(有效值)的双向晶闸管可代替两个90 A(平均值)的普通晶闸管。 6.3.1 6.3.1 电阻性负载电阻性负载 1 1 电路的工作原理电路的工作原理 电炉、白炽灯等均属于电阻性负载。电阻性负载的特点是： 负载两端的电压和流过的电流波形相同，相位相同。单相桥式全控整流电路如图1-10(a)所示。电路由四个晶闸管和负载电阻Rd组成。晶闸管V1和V3组成一对桥臂，V2和V4组成另一对桥臂。 6.3 6.3 单相相控整流电路单相相控整流电路图 6-10 单相全控桥式整流电路电阻性负载及其波形(a)电路； (b) 电源电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压； (e) 晶闸管上的电压； (f) 变压器副边电流 2 2 数值关系数值关系 由图6-10（d）所示的负载上电压波形可知， 在晶闸管承受正向电压的时间内，改变控制极触发脉冲的输入时刻(即移相)， 负载上得到的电压波形就随之改变，这样就控制了负载上输出电压的大小。晶闸管在正向电压下不导通的电角范围称为控制角，有时也称其为移相角，用表示；而导电范围称为导通角，用表示。 由图6-10可知整流输出电压的平均值为 （1-5） 当=0时，相当于不可控桥式整流，此时输出电压最大， 即Ud=0.9U2。当=180时，输出电压为零，故晶闸管的可控移相范围为0180。 整流输出电压的有效值为 在负载上，输出电流的平均值Id和有效值I分别为 负载电流的波形系数为 由于晶闸管V1、V4和V2、V3在电路中是轮流导通的，因此流过每个晶闸管的平均电流只有负载上平均电流的一半， 即流过晶闸管的电流有效值为 在选择晶闸管以及导线截面积时， 要考虑发热问题， 应根据电流的有效值进行计算。 在一个周期内电源通过变压器TR两次向负载提供能量，因此负载电流有效值I与变压器次级电流有效值I2相同，则电路的功率因数可以按下式计算： 例例6-16-1 如图6-10(a)所示单相全控桥式整流电路，Rd=4 ， 要求Id在025 A之间变化，求： （1） 整流变压器TR的变比（不考虑裕量）； （2） 连接导线的截面积（取允许电流密度J=6 A/mm2）； （3） 选择晶闸管的型号（考虑2倍的裕量）； （4） 在不考虑损耗的情况下， 选择整流变压器的容量； （5） 计算负载电阻的功率； （6） 计算电路的最大功率因数。 解解 （1） 负载上的最大平均电压为Udmax=IdmaxRd=254=100V 又因为 ， 当=0时，Ud最大，即Udmax=0.9U2， 所以有所以变压器的变比（2） 因为=0时，id的波形系数为所以负载电流有效值为选择导线截面积为选BU70铜线。 （3） 考虑到每个晶闸管电流的有效值 ， 则晶闸管的额定电流为考虑2倍裕量，取IV(AV)为30A。 晶闸管承受的最高电压 ，考虑2倍裕量，取400 V，选择KP30-4晶闸管。 （4） 在不考虑损耗的情况下， 整流变压器的容量为S=U2I2=U2I=11127.75=3.08 kVA （5） 负载电阻消耗的功率为PR=I2Rd=27.7524=3.08 kVA（6） 电路的最大功率因数由式(6-12)可知为当=0时，cos=1。 1 1 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 在生产实践中，除了电阻性负载外，最常见的负载还有电感性负载，如电动机的励磁绕组，整流电路中串入的滤波电抗器等。为了便于分析和计算，在电路图中将电阻和电感分开表示。 当整流电路带电感性负载时，整流工作的物理过程和电压、电流波形都与带电阻性负载时不同。因为电感对电流的变化有阻碍作用，即电感元件中的电流不能突变，当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化，所以，电路电流的变化总是滞后于电压的变化。6.3.2 6.3.2 大电感负载大电感负载图 6-11 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形(a)电路； (b) 电源电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压； (e) 输出电流；(b) (f) 晶闸管V -1 , V -4上的电流； (g) 晶闸管V -2 , V -3上的电流；(c) (h) 变压器副边电流； (i) 晶闸管V -1 , V -4上的电压负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算： 输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。 两组晶闸管轮流导电，一个周期中各导电180， 且与无关， 变压器二次绕组中电流i2的波形是对称的正、负方波。负载电流的平均值Id和有效值I相等，其波形系数为1。在这种情况下： 当=0时，Ud=0.9U2； 当=90时，Ud=0，其移相范围为90。 晶闸管承受的最大正、反向电压都是。 流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为 很明显，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高和变压器利用率高等特点。 然而值得注意的是，在大电感负载情况下，当控制角接近/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小，且理想的大电感负载是不存在的， 故实际电流波形不可能是一条直线， 而且在=/2之前电流就会出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。 2 2 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路图 6-12 单相半控桥式整流电路带大电感负载时的电压、 电流波形(a) 电路； (b) 波形 当u2的正半周、控制角为时，触发晶闸管V1，则V1和VD2因承受正向电压而导通。当u2下降到零并开始变负时， 由于电感的作用，它将产生一感应电势使V1继续导通。但此时VD1已承受正向电压正偏导通，而VD2反偏截止，负载电流id经VD1 、 V1流通。此时整流桥输出电压为V1和VD1的正向压降， 接近于零，所以整流输出电压ud没有负半周，这种现象我们把它叫做自然续流。 在这一点上， 半控桥和全控桥是不同的。 u2的负半周具有与正半周相似的情况，控制角为时触发V2，V2、VD1导通，u2过零变正时经VD2、V2自然续流。 综上所述，单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形与全控桥式整流电路带电阻性负载时相同，的移相范围为0180，ud 、Id的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同； 流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180的方波且与无关，交流侧电流为正、 负对称的交变方波。上述各波形如图6-12(b)所示。 单相半控桥式整流电路带大电感性负载时，虽本身有自然续流的能力，似乎不需要另接续流二极管。但在实际运行中， 当突然把控制角增大到180以上或突然切断触发电路时， 会发生正在导通的晶闸管一直导通，两个二极管轮流导通的现象。此时触发信号对输出电压失去了控制作用，我们把这种现象称为失控。 失控现象在使用中是不允许的，为消除失控，带电感性负载的半控桥式整流电路还需另接续流二极管VD， 如图6-13(a)所示。 图 6-13 单相半控桥式整流电路带大电感负载接续流二极管时的波形(a) 电路； (b) 波形根据以上分析， 可求出输出电压平均值为(6-16)其输出电压有效值为 在控制角为时，每个晶闸管一周内的导通角为V=-，续流管的流通角为VD=2，则流过晶闸管的电流平均值和有效值分别为流经续流二极管的电流平均值和有效值分别为6.4.1 对触发电路的要求对触发电路的要求 晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号、不同的晶闸管应用电路对触发信号都会有不同的具体要求。归纳起来， 晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。不管是哪种触发电路， 对它产生的触发脉冲都有如下要求： （1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。由于晶闸管触发导通后，门极触发信号即失去控制作用，为了减小门极的损耗，一般不采用直流或交流信号触发晶闸管，而广泛采用脉冲触发信号。 6.4 6.4 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 （2） 触发脉冲应有足够的功率。触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量。触发功率的大小是决定晶闸管元件能否可靠触发的一个关键指标。由于晶闸管元件门极参数的分散性很大，随温度的变化也大，为使所有合格的元件均能可靠触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录来设计触发电路的输出电压和电流值。 (3） 触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡， 以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。普通晶闸管的导通时间约为6s，故触发脉冲的宽度至少应有6s以上。对于电感性负载，由于电感会抵制电流上升，因而触发脉冲的宽度应更大一些，通常为0.51 ms。此外，某些具体的电路对触发脉冲的宽度会有一定的要求，如后续将要讨论的三相全控桥等电路的触发脉冲宽度要求大于60或采用双窄脉冲。 为了快速可靠地触发大功率晶闸管，常在触发脉冲的前沿叠加上一个强触发脉冲，其波形如图6-14所示。强触发电流的幅值igm可达最大触发电流的5倍，前沿t1约几微秒。 图6-14 强触发电流波形 （4） 触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。为保证控制的规律性，要求晶闸管在每个阳极电压周期都必须在相同的控制角触发导通，这就要求触发脉冲的频率与阳极电压的频率一致，且触发脉冲的前沿与阳极电压应保持固定的相位关系，这叫做触发脉冲与阳极电压同步。不同的电路或者相同的电路在不同负载、不同用途时，要求的变化范围（移相范围）亦即触发脉冲前沿与阳极电压的相位变化范围不同， 所用触发电路的脉冲移相范围必须能满足实际的需要。 单结晶体管也称为双基极二极管，它有一个发射极和两个基极, 外形和普通三极管相似。 单结晶体管的结构是在一块高电阻率的N型半导体基片上引出两个欧姆接触的电极：第一基极B1和第二基极B2；在两个基极间靠近B2处，用合金法或扩散法渗入P型杂质，引出发射极E。单结晶体管共有上述三个电极， 其结构示意图和电气符号如图6-15所示。B2 、B1间加入正向电压后， 发射极E、 基极B1间呈高阻特性。 但是当E的电位达到B2 、B1间电压的某一比值（例如59%）时，E、 B1间立刻变成低电阻，这是单结晶体管最基本的特点。 6.4.2 6.4.2 单结晶体管的结构和特性单结晶体管的结构和特性图 6-15 单结晶体管的结构示意图和电气符号 图6-16所示为单结晶体管特性实验电路及其等效电路。将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻RB1、RB2组成的等效电路，那么当基极上加电压UBB时，RB1上分得的电压为 式中， 为分压比，是单结晶体管的主要参数，一般为0.50.9。 图 6-16 单结晶体管特性试验电路及其等效电路(a) 特性实验电路； (b) 等效电路 下面分析单结晶体管的工作情况。 调节RP，使UE从零逐渐增加。当UE UBB时，单结晶体管PN结处于反向偏置状态，只有很小的反向漏电流。当发射极电位UE比UBB高出一个二极管的管压降UVD时，单结晶体管开始导通，这个电压称为峰点电压Up，故Up =UBB+ UVD, 此时的发射极电流称为峰点电流Ip, Ip是单结晶体管导通所需的最小电流。 图 6-17 单结晶体管发射极伏安特性曲线 当IE增大至一定程度时，载流子的浓度使注入空穴遇到阻力， 即电压下降到最低点，这一现象称为饱和。欲使IE继续增大，必须增大电压UE。由负阻区转化到饱和区的转折点V称为谷点。与谷点对应的电压和电流分别称为谷点电压Uv和谷点电流Iv。谷点电压是维持单结晶体管导通的最小电压，一旦UE小于Uv ，则单结晶体管将由导通转化为截止。 综上所述， 单结晶体管具有以下特点： （1） 当发射极电压等于峰点电压Up时，单结晶体管导通。 导通之后，当发射极电压小于谷点电压Uv时，单结晶体管就恢复截止。 （2） 单结晶体管的峰点电压Up与外加固定电压及其分压比有关。 （3） 不同单结晶体管的谷点电压Uv和谷点电流Iv都不一样。 谷点电压大约在25 V之间。在触发电路中，常选用稍大一些，Uv低一些和Iv大一些的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。图 6-18 单结晶体管自激振荡电路及其波形(a) 电路； (b) 波形1.4.3 1.4.3 单结晶体管的自激振荡电路单结晶体管的自激振荡电路 设电源未接通时，电容C上的电压为零。电源接通后，C经电阻RE充电，电容两端的电压uC逐渐升高，当uC达到单结晶体管的峰点电压Up时，单结晶体管导通，电容经单结晶体管的发射极、电阻RB1向电阻R1放电, 在R1上输出一个脉冲电压。 当电容放电至uC=Uv并趋向更低时，单结晶体管截止， R1上的脉冲电压结束。之后电容从Uv值又开始充电，充电到Up时，单结晶体管又导通，此过程一直重复下去，在R1上就得到一系列的脉冲电压。由于C的放电时间常数1=（ R1 +RB1）C, 远小于充电时间常数2=REC，故脉冲电压为锯齿波。uC和u R1的波形如图6-18所示。改变RE的大小，可改变C的充电速度，从而改变电路的自振荡频率。 应该注意，当RE的值太大或太小时，不能使电路振荡。当RE太大时，较小的发射极电流IE能在RE上产生大的压降，使电容两端的电压uC升不到峰点电压Up，单结晶体管就不能工作到负阻区。当 RE太小时， 单结晶体管导通后的IE将一直大于Iv，单结晶体管不能关断。 欲使电路振荡，RE的值应满足下列条件 如忽略电容的放电时间， 上述电路的自振荡频率近似为 电阻R2的作用是温度补偿。无电阻R2时，若温度升高，则二极管的正向电压降UD降低，单结晶体管的峰点电压Up也就随之下降，导致振荡频率f不稳定。有电阻R2时，若温度升高， 则电阻RBB增加，导致基极电流IBB下降，则R2上电压下降， 进而使UBB增加。这样，虽然二极管的正向压降UD随温度升高而下降， 但管子的峰点电压Up=UBB+UD仍基本维持不变，保证振荡频率f基本稳定。通常R2取200600 。 电容C的大小由脉冲宽度和RE的大小决定，通常取0.11 F。 图 6-19 单结晶体管触发电路及其波形(a) 电路； (b) 波形1.4.4 1.4.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路图 6-19 单结晶体管触发电路及其波形(a) 电路； (b) 波形 1 1 同步电源同步电源 同步电压由变压器TB获得， 而同步变压器与主电路接至同一电源， 故同步电压与主电压同相位，同频率。同步电压经桥式整流再经稳压管VDW削波为梯形波uVDW，它的最大值UW，uVDW既是同步信号，又是触发电路的电源。当uVDW过零时，单结晶体管的电压UBB= uVDW =0，UA=0，故电容C经单结晶体管的发射极E、第一基极B1、电阻R1迅速放电。也就是说， 每半周开始，电容C都基本上从零开始充电，进而保证每周期触发电路送出一个距离过零时刻一致的脉冲。距离过零时刻一致即控制角在每个周期相同，这样就实现了同步。 2 2移相控制移相控制 当调节电阻RP增大时，单结晶体管充电到峰点电压Up的时间(即充电时间)增大，第一个脉冲出现的时刻后移，即控制角增大，实现了移相。 3 3 脉冲输出脉冲输出 触发脉冲由R1直接取出，这种方法简单、经济， 但触发电路与主电路有直接的电联系，不安全。 可以采用脉冲变压器输出来改进这一触发电路。 1. 晶闸管导通的条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流怎样确定? 负载电压是什么？ 2. 如何用万用表判别晶闸管元件的好坏？ 3. 某一电阻性负载，需要直流电压120 V，电流30 A。今采用单相全控桥式整流电路，直接由220 V电网供电。试计算晶闸管的导通角、电流有效值。 4. 有一单相桥式全控整流电路，负载电阻RL10 ，直接由220 V电网供电，控制角60。 试计算整流电压的平均值、 整流电流的平均值和电流的有效值。习题及思考题习题及思考题 5. 试述晶闸管变流装置主电路对门极触发电路的一般要求是什么？ 6. 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、 阴极之间被烧断，试画出整流二极管、 晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 7. 可控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么？带大电感负载时， 负载电阻Rd上的Ud与Id的乘积是否等于负载有功功率，为什么？ 8. 整流变压器副边中间抽头的双半波可控整流电路如图1-20所示。 （1） 说明整流变压器有无直流磁化问题。 （2） 分别画出电阻性负载和大电感负载在=60时的输出电压Ud、电流Id的波形，比较与单相全控桥式整流电路是否相同。 若已知U2=220 V，分别计算其输出直流电压值Ud。 （3） 画出电阻性负载=60时晶闸管两端电压uV的波形， 说明该电路晶闸管承受的最大反向电压为多少。图 6-20 题8图7.1 7.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路 7.2 7.2 三相全控桥式相控整流电路三相全控桥式相控整流电路 7.3 7.3 变压器漏电抗对整流电路的影响变压器漏电抗对整流电路的影响 7.4 7.4 集成触发电路集成触发电路 习题及思考题习题及思考题 第7章 三相相控整流电路7.1.1 7.1.1 电阻性负载电阻性负载 三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-1(a)所示。 图中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起， 称为共阴极接法， 这在触发电路有公共线时连接比较方便， 因此得到了广泛应用。 7.1 7.1 三相半波相控整流电路三相半波相控整流电路图 7-1 三相半波可控整流电路电阻性负载=0时的波形(a) 电路； (b) 电源相电压； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压、 电流； (e) 晶闸管V -1上的电流； (f) 晶闸管V -1上的电压 图7-1(b)是电源相电压波形，三相电压正半周交点是不用控制时整流的自然换流点，也就是各相晶闸管能被触发导通的最早时刻（1点离a相相电压ua的原点/6），该点作为控制角的计算起点。当=0时（t1所处时刻），触发V1管，则V1管导通，负载上得到a相相电压。同理，隔120电角（t2时刻）触发V2管，则V2导通，V1则受反压而关断，负载得到b相相电压。t3时刻触发V3导通，而V2关断，负载上得到c相相电压。如此循环下去。输出电压ud是一个脉动的直流电压，它是三相交流相电压正半周包络线，相当于半控整流的情况。在一个周期内，ud有三次脉动，脉动的最高频率是150 Hz。从中可看出， 三相触发脉冲依次间隔120电角， 在一个周期内三相电源轮流向负载供电， 每相晶闸管各导通120， 负载电压是连续的。 图7-1(e)是流过a相晶闸管V1的电流波形，其它两相晶闸管的电流波形形状与此相同，相位依次相差120。变压器绕组中流过的是直流脉动电流，在一个周期中， 每相绕组只工作1/3周期，因此存在变压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。 图7-1(f)是V1上电压的波形。 V1导通时为零；V2导通时， V1承受的是线电压uab；V3导通时，V1承受的是线电压uac。其它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差120。 图 7-2 三相半波可控整流电路电阻性负载=30时的波形(a) 电源电压； (b) 触发脉冲；(c) 输出电压、 电流； (d) 晶闸管上的电流 图7-2所示是=30时的波形。设V3已导通，负载上获得c相相电压uc，当电源经过自然换流点t0时，由于V1的触发脉冲ug1还没来到，因而不能导通，而uc仍大于零，所以V3不能关断而继续导通；直到t1处，此时ug1触发V1导通，V3承受反压关断，负载电流从c相换到a相。以后即如此循环下去。 从图7-2中可看出， 这是负载电流连续的临界状态， 一个周期中， 每只管子仍导通120。 图7-3所示是=60时的波形， 设V3已工作，电路输出c相相电压uc。当uc过零变负时，V3因承受反压而关断。此时V1虽已承受正向电压， 但因其触发脉冲ug1尚未来到，故不能导通。此后，直到ug1 到来前的一段时间内，各相都不导通，输出电压电流都为零。当ug1到来，V1导通， 输出电压为a相相电压ua, 依次循环。 若控制角继续增大，则整流电路输出电压ud将继续减小。当=150时，ud就减小到零。 图 7-3 三相半波可控整流电路电阻性负载=60时的波形(a)电源电压； (b) 触发脉冲；(b)(c) 输出电压、 电流； (d) 晶闸管上的电压 由上分析可知： （1） 控制角=0时，输出电压最大；增大， 输出电压减小； 当=150时， 输出电压为零， 所以最大移相范围为150。当30时，电流（压）连续， 每相晶闸管的导通角为120，当30时， 电流（电压）断续， 导通角小于120， 导通角为=150-。 （2） 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取电路输出电压的平均值， 即一个周期内电路输出的平均值。 当30时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为 030式中U2为变压器次级相电压有效值。 当30150时，电路输出电压ud、输出电流id波形断续，如图2-3所示，导通角=150-。可求得输出电压的平均值为30150（3） 负载电流的平均值Id为I流过每个晶闸管的平均电流IdV为流过每个晶闸管电流的有效值为0300150 （4） 从图7-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为 电源线电压峰值 ， 最大正向电压为电源相电压峰值， 即。 2.1.2 大电感负载大电感负载图 2-4 三相半波可控整流电路大电感负载=60时的波形(a) 电路；(b) 输出电压；(c) 触发脉冲； (d) 输出电流； (e) 晶闸管上的电压 由上分析可得： （1）图7-4可看出晶闸管承受的最大正、反向电压均为线电压峰值 ，这一点与电阻性负载时晶闸管承受 的正向电压是不同的。 （2） 输出电压的平均值Ud可由ud波形从/6+5/6+内积分求得负载电流的平均值Id为流过晶闸管的电流平均值与有效值为图 7-5 三相半波可控整流电路电感负载带续流二极管时的波形(a) 电路； (b) 输出电压； (c) 输出电流 很明显，ud的波形与纯电阻负载时一样，Ud的计算公式也与电阻性负载时相同。一个周期内，晶闸管的导通角T=150-。续流二极管在一个周期内导通三次，因此其导通角VD=3(-30)。 流过晶闸管的平均电流和电流的有效值分别为流过续流二极管的电流的平均值和有效值分别为2.1.3 反电势负载反电势负载 串联平波电抗器的电动机负载就是一种反电势负载。当电感L足够大时，负载电流id的波形近似于一条直线，电路输出电压ud的波形及计算与大电感负载时一样。但当L不够大或负载电流太小，L中储存的磁场能量不足以维持电流连续时，则ud的波形出现由反电势E形成的阶梯，Ud不再符合前面的计算公式。2.1.4 共阳极整流电路共阳极整流电路 图7-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接法可将散热器连在一起， 但三个触发电源必须相互绝缘。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是换到阴极电位更负的那一相去。 相电压负半周的交点就是共阳极接法的自然换流点。共阳极整流电路的工作情况、 波形及数量关系与共阴极接法相同，仅输出极性相反， 其输出电压、 电流波形和三个晶闸管中的电流波形如图7-6(b)、 (c)、 (d)、 (e)、 (f)所示，均为负值。大电感负载时，Ud的计算公式为 Ud=-1.17U2cos (7-15) 式中负号表示电源零线是负载电压的正极端。 三相半波可控整流电路只用三只晶闸管， 接线简单，与单相电路比较， 其输出电压脉动小、 输出功率大、 三相平衡。 但是整流变压器次级绕组在一个周期内只有1/3时间流过电流变压器的利用率低。 另外， 变压器次级绕组中电流是单方向的， 其直流分量在磁路中产生直流不平衡磁动势，会引起附加损耗； 如不用变压器，则中线电流较大，同时交流侧的直流电流分量会造成电网的附加损耗。 因此， 这种电路多用于中等偏小容量的设备上。图7-6 三相半波共阳极可控整流电路及波形 三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成， 如图7-7所示。因此，整流输出电压的平均值Ud为三相半波整流时的两倍，在大电感负载时为式中U2l为变压器次级线电压有效值。 2.2 三相全控桥式相控整流电路三相全控桥式相控整流电路图 7-7 三相桥式全控整流电路 与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半； 若输入电压相同，则输出电压Ud比三相半波可控整流时高一倍。另外， 由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通， 流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。图 7-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形(a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压；(e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压2.2.1 工作原理工作原理图 7-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形(a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压；(e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压图 7-8 三相全控桥式整流电路大电感负载=0时的波形(a) 输入电压； (b) 晶闸管的导通情况； (c) 触发脉冲； (d) 输出电压；(e) 变压器次级电流及电源线电流； (f) 晶闸管上的电压 为分析方便，把一个周期分为6段，每段相隔60。在第(1)段期间，a相电位ua最高，共阴极组的V1被触发导通，b相电位ub最低，共阳极组的V6被触发导通，电流路径为uaV1R(L)V6ub。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流ia为正，共阳极组的b相电流ib为负，输出电压为线电压ud=uab。 在第(2)段期间，ua仍最高，V1继续导通，而uc变为最负，电源过自然换流点时触发V2导通，c相电压低于b相电压，V6因承受反压而关断，电流即从b相换到c相。这时电流路径为uaV1R(L)V2uc。变压器a、c两相工作，共阴极组的a相电流i为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=uac 在第(3)段期间，ub为最高，共阴极组在经过自然换流点时触发V3导通，由于b相电压高于a相电压， V1管因承受反压而关断， 电流从a相换相到b相。V2因为uc仍为最低而继续导通。这时电流路径为ubV3R(L)V2uc。变压器b、 c两相工作，共阴极组的b相电流ib为正，共阳极组的c相电流ic为负，输出电压为线电压ud=ubc。以下各段依此类推， 可得到在第(4)段时输出电压ud=uba；在第(5)段时输出电压ud=uca； 在第(6)段时输出电压ud =ucb。以后则重复上述过程。由以上分析可知，三相全控桥式整流电路晶闸管的导通换流顺序是：V6V1V2V3V4V5V6。电路输出电压ud的波形如图7-8(d)所示。 由以上分析可看出如下几点： (1) 三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行， 每隔120换流一次。 由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60，所以每隔60有一个元件换流。 同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180， 而相邻两脉冲的相位差是60。 元件导通及触发脉冲情况如图7-8(b)、 (c)所示。 2.2.2 结果分析结果分析 (2) 为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。采用宽脉冲（必须大于60、小于120， 一般取80100）或双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次， 两次脉冲间隔为60）都可达到上述目的。 采用双窄脉冲触发的方式示于图7-8(c)中。 双窄脉冲触发电路虽然复杂， 但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积， 所以较多采用。 (3) 整流输出电压ud由线电压波头uab、uac、ubc、uba、uca和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。可以看出， 三相全控桥式整流电压ud在一个周期内脉动6次，脉动频率为300 Hz， 比三相半波大一倍（相当于6相）。 (4) 图7-8(e)所示为流过变压器次级的电流和电源线电流的波形。由图可看出，由于变压器采用/Y接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波， 更接近正弦波，谐波影响小， 因此在整流电路中， 三相变压器多采用/Y或Y/接法。 (5) 图7-8(f)所示为晶闸管所承受的电压波形。由图可看出， 在第(1)、(2)两段的120范围内， 因为V1导通，故V1承受的电压为零；在第(3) 、 (4)两段的120范围内，因V3导通，所以V1管承受反向线电压uab；在第(5)、 (6)两段的120范围内，因V5导通，所以V1管承受反向线电压uac。同理也可分析其它管子所承受电压的情况。当变化时，管子电压波形也有规律地变化。 可以看出，晶闸管所承受最大正、 反向电压均为线电压峰值， 即 (6) 脉冲的移相范围在大电感负载时为090。 顺便指出， 当电路接电阻性负载时，当60时波形断续， 晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断， 移相范围为0120。 (7) 流过晶闸管的电流与三相半波时相同， 电流的平均值和有效值分别为 当0时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个角开始换流，图7-9、7-10、 7-11为=30、60、 90时电路的波形。 从图中可见，当60时，ud的波形均为正值，其分析方法与=0时相同。当60时， 由于电感L的感应电势的作用，ud的波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud仍为正值。当=90时，正、 负面积相等，输出电压Ud =0。 图 7-9 三相全控桥式整流电路大电感负载=30时的电压波形图7-10 三相全控桥式整流电路大电感负载图 7-11 三相全控桥式整流电路大电感负载=90时的电压波形2.3.1 2.3.1 换相期间的输出电压换相期间的输出电压 以三相半波可控整流大电感负载为例， 分析漏抗对整流电路的影响， 其等效电路如图7-12(a)所示。 在换相（即换流）时， 由于漏抗阻止电流变化，因此电流不能突变， 因而存在一个变化的过程。 2.3 变压器漏电抗对整流电路的影响变压器漏电抗对整流电路的影响 在图7-12(b)中，t1时刻触发V2管，使电流从a相转换到b相，a相电流从Id不能瞬时下降到零，而b相电流也不能从零突然上升到Id，电流换相需要一段时间，直到t2时刻才完成， 如图7-12(c)所示，这个过程叫换相过程。 换相过程所对应的时间以相角计算，叫换相重叠角，用表示。在重叠角期间， a、b两相晶闸管同时导电，相当于两相间短路。两相电位之差ub-ua称为短路电压，在两相漏抗回路中产生一个假想的短路电流ik，如图7-12(a)虚线所示，a相电流ia=Id- ik ，随着ik的增大而逐渐减小；而ib= ik是逐渐增大的。当增大到Id也就是ia减小到零时，V1关断，V2管电流达到稳定电流Id ，完成换相过程。 换相期间，短路电压为两个漏抗电势所平衡， 即负载上电压为 (7-20) (7-21) 上式说明，在换相过程中，ud波形既不是ua也不是ub， 而是换流两相电压的平均值，如图7-12(b)所示。 与不考虑变压器漏抗，即=0时相比，整流输出电压波形减少了一块阴影面积，使输出平均电压Ud减小了。这块减少的面积是由负载电流Id换相引起的，因此这块面积的平均值也就是Id引起的压降， 称为换相压降， 其值为图中三块阴影面积在一个周期内的平均值。对于在一个周期中有m次换相的其它整流电路来说，其值为m块阴影面积在一个周期内的平均值。由式(7-21)知，在换相期间输出电压ud = ub -LT(dik/dt)= ub -LT(dib/dt)，而不计漏抗影响的输出电压为ub ，故由LT引起的电压降低值为ub -ud=LT(dib/dt)，所以一块阴影面积为因此一个周期内的换相压降为 上式中m为一个周期内的换相次数，三相半波电路m=3， 三相桥式电路m=6。XT是漏感为LT的变压器每相折算到次级绕组的漏抗。变压器的漏抗XT可由公式 求得，式中U2为相电压有效值，I2为相电流有效值，uk%为变压器短路比, 取值在512之间。 换相压降可看成在整流电路直流侧增加一只阻值为mXT/2的等效内电阻，负载电流Id在它上面产生的压降，区别仅在于这项内电阻并不消耗有功功率。 图7-12 变压器漏抗对可控整流电路电压、电流波形的影响为了便于计算， 将图7-12中的坐标原点移到a、b相的自然换相点， 并设 从电路工作原理可知，当电感LT中电流从变到Id时，正好对应t从变到，根据这些条件，再对式（7-20）进行数学运算可求得（7-23）2.3.2 换相重叠角换相重叠角上式是一个普遍公式， 对于三相半波电路，代入m=3可得 对于三相桥式电路，因它等效于相电压为 时的六相半波整流电路，电压为 ，m=6， 代入后结果与三相半波电路相同。 对于单相双半波电路， 它相当于两相半波电路, 只要把m=2代入即可得 对于单相全控桥，由于变压器漏抗XT在一周期两次换流中都起作用，其电流从Id到-Id，虽然此时m=2，但换流角方程为 由式(7-23)可见，只要已知Id、XT、U2与控制角，就可计算出重叠角。当一定时， Id XT增大，则增大，这是因为重叠角的产生是由于换相期间变压器漏感储存电能引起的， Id XT愈大，变压器储存的能量也愈大。当Id XT为常数时，愈小则愈大，为0时最大。 变压器的漏抗与交流进线串联电抗的作用一样，能够限制短路电流且使电流变化比较缓和，对晶闸管上的电流变化率和电压变化率也有限制作用。但是由于漏抗的存在，在换相期间， 相当于两相间短路，使电源相电压波形出现缺口， 用示波器观察相电压波形时，在换流点上会出现毛刺， 严重时将造成电网电压波形畸变，影响本身与其它用电设备的正常运行。可控整流电路对直流负载来说是一个有内阻的电压可调的直流电源。考虑换相压降U、整流变压器电阻RT（为变压器次级绕组每相电阻与初级绕组折算到次级的每相电阻之和）及晶闸管压降U后，直流输出电压为 (7-24)式中，Udo为=0时整流电路输出的电压（Udo=1.17U2），即空载电压；RI为整流电路内阻， RI =RTmXT/2；U是一个晶闸管的正向导通压降， 单位为V；三相半波时电流流经一个整流元件n=1，三相桥式时n=2。考虑变压器漏抗时的可控整流电路。 外特性曲线如图7-13所示。 2.3.3 可控整流电路的外特性可控整流电路的外特性图 7-13 考虑变压器漏抗时的可控整流电路外特性 由图可以看出，当控制角一定时， 随着整流电流Id的逐渐增大，即电路所带负载的增加，整流输出电压逐渐减小， 这是由整流电路内阻所引起的。 而当电路负载一定时， 即整流输出电流不变， 则随着控制角的逐渐增大，输出整流电压也是逐渐减小的。 2.4.1 KC042.4.1 KC04集成移相触发器集成移相触发器 KC系列集成触发器品种多，功能全，可靠性高，调试方便，应用非常广泛。 KC04移相触发器主要为单相或三相全控桥式晶闸管整流电路作触发电路，其主要技术参数有： 2.4 2.4 集成触发电路集成触发电路电源电压： DC15 V（允许波动5%）； 电源电流： 正电流小于等于15 mA， 负电流小于等于8 mA； 脉冲宽度： 400 s2 ms； 脉冲幅值； 大于等于13 V； 移相范围： 小于180（同步电压us=30 V时， 为150）；输出最大电流： 100 mA； 环境温度： -1070。 图 7-14 KC04组成的移相式触发电路 1 1 同步电路同步电路 同步电路由晶体管V1V4等元件组成。正弦波同步电压uV经限流电阻加到V1 、V2的基极。在uV正半周， V2截止，V1导通，VD1导通，V4得不到足够的基极电压而截止。在uV的负半， V1截止，V2 、V3导通，VD2导通，V4同样得不到足够的基极电压而截止。必须注意的是，在上述uV的正、负半周内，当| uV |0.7 V时， V1 、V2 、V3均截止，VD1、VD2也截止，于是V4从电源+15 V经R3、R4获得足够的基极电流而饱和导通，在V4的集电极获得与正弦波同步电压uV同步的脉冲uc4，即uc4与uV的变化频率相同，如图7-15所示。 2 2 锯齿波形成电路锯齿波形成电路 三极管V5、电容C1等组成锯齿波发生器。当V4截止时，+15 V电源通过R6、R22、RW、-15 V对C1充电。当V4导通时， C1通过V4、VD3迅速放电，在KC04的第脚（也就是V5的集电极）形成锯齿波电压uc5，锯齿波的斜率取决于R22、RW与C1的大小，锯齿波的相位与uc4相同。 3 3 移相电路移相电路 晶体管V6与外围元件组成移相电路。锯齿波电压uc5、控制电压UK、偏移电压UP分别通过电阻R24、R23、R25在V6的基极叠加成ube6，当ube6 0.7 V时，V6导通，即uc5UPUK控制了V6的导通与截止时刻。由波形图可以看出，锯齿波与t轴的交点就是脉冲产生的时刻，如ub6波形所示。这个交点的左移或右移可由控制电压UK来确定。当UK增加时，交点左移，脉冲左移， 控制角减小；当UK减小时，交点右移， 脉冲也右移， 控制角增大，这样就控制了脉冲的移相。偏移电压UP的作用是当控制电压UK为零时，可用UP来确定脉冲的起始位置。 图 7-15 KC04各点电压波形图图 7-15 KC04各点电压波形图 4 4 脉冲形成电路脉冲形成电路 V7与外围元件组成脉冲形成电路。当V6截止时，15 V电源通过R7、V7的b-e结对C2充电（左正右负）， 同时V7经R26获得基极电流而导通。当V6导通时，C2上的充电电压成为V7的b-e结的反偏电压，V7截止。此后15 V经R26 、V6对C2充电（左负右正），当反向充电电压大于1.4 V时，V7又恢复导通。这样在V7的集电极得到了脉冲uc7，其脉宽由时间常数R26C2的大小决定。 5 5 脉冲输出电路脉冲输出电路 V8V15组成脉冲输出电路。在同步电压uV的一个周期内， V7的集电极输出两个相位差180的脉冲。在uV的正半周，V1导通，A点为低电位，B点为高电位，使V8截止，V12导通。 V12的导通使VDW5截止，由V13、V14、V15组成的放大电路无脉冲输出。 V8的截止使VDW3导通，V7集电极的脉冲经V9、V10、V11组成的电路放大后由脚输出。同理可知，在uV的负半周，V8导通，V12截止，V7的正脉冲经V13、V14、V15组成的电路放大后由15脚输出。 KC04的第13脚为脉冲列调制端， 14脚为脉冲封锁控制端。 在KC04的基础上采用四级晶闸管作脉冲记忆就构成了改进型产品KC09。 KC09与KC04可以互换，但KC04提高了抗干扰能力和触发脉冲的前沿陡度， 脉冲调节范围也增大了。 2.4.2 2.4.2 六路双脉冲发生器六路双脉冲发生器KC41CKC41C 三相全控桥式整流电路要求用双窄脉冲触发，即用两个间隔60的窄脉冲去触发晶闸管。产生双脉冲的方法有两种， 一种是每个触发电路在每个周期内只产生一个脉冲， 脉冲输出电路同时触发两个桥臂的晶闸管，这叫外双脉冲触发； 另一种是每个触发电路在一个周期内连续发出两个相隔60的窄脉冲， 脉冲输出电路只触发一个晶闸管，这称为内双脉冲触发。 内双脉冲触发是目前应用最多的一种触发方式。 图 7-16 KC41C原理图及其外部接线图(a) 原理图； (b) 外部接线图图 7-17 KC04与KC41C组成的全控桥触发电路图 7-18 KC41C各输出点的波形 在晶闸管装置中，送到主电路各晶闸管的触发脉冲与其阳极电压之间保持正确的相位关系，关系到装置能否正常工作。 触发脉冲必须在晶闸管阳极电压为正的区间内出现，晶闸管才能被触发导通。锯齿波同步触发电路产生触发脉冲的时刻由接到触发电路的同步电压uT定位，由控制电压UK、偏移电压UP的大小来产生移相。这就是说，必须根据被触发晶闸管的阳极电压相位正确供给触发电路特定相位的同步电压uT，以使触发电路在晶闸管需要触发脉冲的时刻输出脉冲。这种正确选择同步电压相位以及得到不同相位的同步电压的方法，称为晶闸管装置的同步或定相。 2.4.3 2.4.3 触发脉冲与主电路电压的同步触发脉冲与主电路电压的同步 每个触发电路的同步电压uT与被触发晶闸管的阳极电压应该有什么样的相位关系呢？这取决于主电路形式、触发电路形式、 负载性质、 移相范围要求等几个方面。 例如，主电路为图7-19所示的三相半波可控整流电路，而触发电路采用图7-14所示的锯齿波同步触发电路，选用15脚输出的脉冲，即图7-15中uc15的波形，整流电路的移相范围要求180。因为锯齿波底宽最高能达到240，考虑到两端充放电时间的非线性，故取30210作为控制角=0180的移相区间。 图 7-19 主电压与同步电压的相位关系 以a相晶闸管V1为例，=0时， 触发电路产生的触发脉冲应对准a相电压的自然换流点，即对准相电压ua的30时刻。 而触发脉冲正好就在锯齿波的充电过程中即上升的直线段产生，因此， 锯齿波的起点正好是相电压ua的上升过零点，而uc15的脉冲是在同步电源uTa的负半周产生的，这样控制锯齿波电压的同步电压uTa应与晶闸管阳极电压ua相位上相差180，就可获得与主电路a相电源同步的触发脉冲。同理，uTb与ub、uTc与uc也应在相位上互差180。 三个触发电路的同步电压应选取为-ua、-ub和-uc。 那么如何获得上述的同步电压呢？晶闸管装置通过同步变压器的不同连接方式再配合阻容移相，得到特定相位的同步电压。 三相同步变压器有24种接法，可得到12种不同相位的次级电压， 通常形象地用钟点数来表示各相的相位关系，这在电机拖动中讨论过。由于同步变压器次级电压要分别接至各触发电路，需要有公共接地端， 所以同步变压器次级绕组采用星形连接，即同步变压器只能有Y/Y、 /Y两种形式的接法。 实现同步就是确定同步变压器的接法，具体步骤是： (1) 根据主电路形式、 触发电路形式与移相范围来确定同步电压uT与对应的晶闸管阳极电压之间的相位关系。 (2) 根据整流变压器TR的实际连接或钟点数，以电网某线电压作参考矢量，画出整流变压器次级电压，也就是晶闸管阳极电压的矢量。再根据步骤(1)所确定的同步电压与晶闸管阳极电压的相位关系，画出同步相电压与同步线电压矢量。 (3) 根据同步变压器次级线电压矢量位置， 确定同步变压器的钟点数和连接法。 按照上述步骤实现同步时，为了简化步骤，只要先确定一只晶闸管触发电路的同步电压， 然后对比其它晶闸管阳极电压的相位顺序， 依序安排其余触发电路的同步电压即可。 例例2-12-1 三相全控桥式整流电路，整流变压器TR为/Y-5接法。采用图7-14锯齿波同步触发电路。电路要求工作在整流与逆变状态。同步变压器TB次级电压 uT 经阻容滤波后变为 uT 再送至触发电路， uT 滞后uT 30。试确定同步变压器TB的接线。 解解（1） 要求电路工作在整流与逆变状态，表明移相范围为180。因为锯齿波底宽接近240，故取30210作为=0180的移相区间，锯齿波的30处应对应阳极电压30处, 即控制锯齿波电压的同步电压 uT 应与阳极电压反相。对晶闸管V1，其触发电路的同步电压 uTa 应滞后阳极电压ua 180。因为加接了阻容滤波器， 故同步变压器次级电压uT应滞后阳极电压ua 150。 （2） 因为整流变压器TR为/Y-5接法，故若以电网线电压 作参考矢量，则可做出图2-20所示的TR电压矢量图。 由于是采用/Y-5接法， 因此整流变压器TR副边线电压 滞后原边线电压 ； 副边相电压 滞后副边线电压 。 根据（1）确定a相同步电压uTa应滞后a相晶闸管阳极电压150可得出， 在整流变压器TR的电压矢量图上做出矢量, 滞后 ，而与 反相。因为同步变压器TB的次级只能是星形接法，故TB次级线电压 超前 ，也即 超前 ，将 画在图7-20中。 图 7-20 整流变压器电压矢量图图7-21 同步变压器接线图 1. 三相半波可控整流电路电阻性负载，如在自然换流点之前加入窄触发脉冲， 会出现什么现象？画出ud的电压波形图。 2. 三相半波可控整流电路电阻性负载，如果V2管无触发脉冲，试画出=30和=60两种情况的ud波形，并画出=30时V1两端电压uV1的波形。 习题及思考题习题及思考题 3. 三相半波可控整流电路中， 能否将三只晶闸管的门极连在一起用一组触发电路每隔120送出一个触发脉冲， 电路能否正常工作？ 4. 三相半波可控整流电路大电感负载，画出=90时V1管两端电压的波形。 从波形上看晶闸管承受的最大正反向电压为多少？ 5. 图7-22所示三相半波可控整流电路，L足够大，试问=90时，负载平均电流Id约等于多少？图 7-22 题5图 6. 三相半波可控整流电路大电感负载， 已知整流变压器副边相电压U2=220 V，整流电路的总电阻R=10 ，试分别计算无续流二极管和有续流二极管两种情况下，当=45时输出电压的平均值Ud和负载电流平均值Id以及流过晶闸管和续流二极管的电流平均值与有效值， 并画出电压、 电流波形图。 7. 在三相桥式可控整流电路中， 为什么三相电压的六个交点就是六个桥臂主元件的自然换流点？并说明各交点所对应的换流元件。 8. 理想的三相桥式可控整流电路， 电阻性负载， 当控制角=30时，回答下列问题： （1） 各换流点分别为哪些元件换流？（2） 各元件的触发脉冲相位及波形是怎样的？（3） 各元件的导通角为多少？（4） 同一相的两个元件的触发信号在相位上有何关系？（5） 画出输出电压ud的波形及表达式。 9. 三相全控桥式整流电路如图7-23所示，当=60时， 画出下列故障情况下的ud波形：（1） 熔断器FU1熔断； （2） 熔断器FU2熔断； （3） 熔断器FU2、 FU3同时熔断。 图 7-23 题9图 10. 三相全控桥式整流电路带大电感负载，负载电阻Rd=4 ，要求ud在0220 V之间变化。 试求： （1） 不考虑控制角裕量时， 整流变压器的副边线电压； （2） 计算晶闸管电压和电流值， 如电压、 电流取2倍裕量， 选择晶闸管型号。