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：

\begin{array}{r} u_{d_{0}} = E + i_{d} R + L \frac{d i_{d}}{d t} \end{array}

$E$ 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
$R = R_{r e c} + R_{a} + R_{L}$

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{array}{r} K_{s} = \frac{Δ U_{d}}{Δ U_{c}} \end{array}

控制电压 $Δ U_{c}$
输出电压 $Δ U_{d}$

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{array}{r} T_{s m a x} = \frac{1}{m f} \end{array}

$f$ 交流电的频率
$m$ 一周内整流电压的脉冲波数
一般取 $\frac{T_{s m a x}}{2}$ 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{array}{r} U_{d_{0}} = K_{s} U_{c} \cdot 1 (t - T_{s}) \end{array}

传递函数为:

\begin{array}{r} W_{s} (s) = \frac{U_{d_{0}} (s)}{U_{c} (s)} = K_{s} e^{- T_{s} s} \end{array}

近似传递函数

\begin{aligned} K_{s} e^{- T_{s} s} & = \frac{K_{s}}{1 + T_{s} s + \frac{1}{2!} T_{s}^{2} s^{2} + \frac{1}{3!} T_{s}^{3} s^{3} + \dots} \\ \approx \frac{K_{s}}{1 + T_{s} s} \end{aligned}

忽略高次项，近似为一阶惯性环节