晶閘管直流驅(qū)動(dòng)器仍然是一種重要的速度控制工業(yè)驅(qū)動(dòng)器，特別是在與直流電機(jī)電刷(比較感應(yīng)電機(jī))相關(guān)的較高維護(hù)成本是可以容忍的情況下。受控(晶閘管)整流器為電機(jī)電樞提供低阻抗可調(diào)“直流”電壓，從而提供速度控制。

直到 1960 年代，獲得工業(yè)直流電機(jī)速度控制所需的可變電壓直流電源的唯一真正令人滿(mǎn)意的方法是用直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生它。發(fā)電機(jī)由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以固定速度驅(qū)動(dòng)，并改變發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)以改變產(chǎn)生的電壓。

電機(jī)/發(fā)電機(jī) (MG) 組可以遠(yuǎn)離直流電機(jī)，多驅(qū)動(dòng)站點(diǎn)(例如鋼鐵廠(chǎng))將有一個(gè)裝滿(mǎn) MG 組的大房間，工廠(chǎng)中的每個(gè)變速電機(jī)一個(gè)。這些“Ward Leonard”驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)都需要三臺(tái)機(jī)器(所有額定功率相同)，這對(duì)電機(jī)制造商來(lái)說(shuō)是一筆不錯(cuò)的生意。在 1950 年代的一小段時(shí)間內(nèi)，它們被電網(wǎng)控制的汞弧整流器所取代，但很快被晶閘管轉(zhuǎn)換器所取代，晶閘管轉(zhuǎn)換器具有更便宜的初始成本、更高的效率(通常超過(guò) 95%)、更小的尺寸、更少的維護(hù)和更快的響應(yīng)來(lái)改變?cè)O(shè)定速度。

整流電源的缺點(diǎn)是波形不是純直流，轉(zhuǎn)換器的過(guò)載能力非常有限，單個(gè)轉(zhuǎn)換器無(wú)法再生。雖然不再是卓越的，但直流驅(qū)動(dòng)的研究很有價(jià)值，原因如下：

· 直流驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和操作幾乎反映在所有其他驅(qū)動(dòng)器中，因此從直流驅(qū)動(dòng)器研究中吸取的教訓(xùn)與其他類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器非常相似。

· 直流驅(qū)動(dòng)器往往仍然是判斷其他驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)。

· 在恒定通量條件下，行為由一組相對(duì)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性方程控制，因此預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)行為并不困難。當(dāng)我們轉(zhuǎn)向直流驅(qū)動(dòng)器的后續(xù)產(chǎn)品，特別是感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)事情要復(fù)雜得多，為了克服不良的瞬態(tài)行為，所采用的策略是基于模擬直流驅(qū)動(dòng)器。

本章的第一部分和主要部分專(zhuān)門(mén)介紹晶閘管饋電驅(qū)動(dòng)器，之后我們將簡(jiǎn)要介紹主要用于中小型的斬波饋電驅(qū)動(dòng)器，最后將注意力轉(zhuǎn)向小型伺服驅(qū)動(dòng)器。

晶閘管直流驅(qū)動(dòng)器——一般

對(duì)于高達(dá)幾千瓦的電機(jī)，電樞轉(zhuǎn)換器可以由單相或三相電源供電，但對(duì)于較大的電機(jī)，始終使用三相。電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁采用單獨(dú)的晶閘管或二極管整流器供電：功率遠(yuǎn)小于電樞功率，因此供電常為單相，如圖4.1所示。

布置是大多數(shù)直流驅(qū)動(dòng)器的典型布置，并提供閉環(huán)速度控制。這兩個(gè)控制回路的功能將在后面進(jìn)行探討，但不熟悉反饋和閉環(huán)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)閱讀附錄會(huì)有所幫助。

主電源電路由一個(gè)六晶閘管橋式電路組成，它對(duì)輸入的交流電源進(jìn)行整流，為電機(jī)電樞提供直流電源。安裝在散熱器上的晶閘管組件通常被稱(chēng)為“堆棧”。通過(guò)改變晶閘管的觸發(fā)角，可以改變整流電壓的平均值，從而可以控制電機(jī)速度。

可控整流器會(huì)產(chǎn)生粗略的直流形式，并在輸出電壓中產(chǎn)生明顯的紋波。這種紋波分量會(huì)在電機(jī)中產(chǎn)生脈動(dòng)電流和磁通，為了避免過(guò)多的渦流損耗和換向問(wèn)題，磁極和框架應(yīng)采用疊層結(jié)構(gòu)。

與晶閘管驅(qū)動(dòng)器一起使用的電機(jī)采用疊層結(jié)構(gòu)是公認(rèn)的做法，但較舊的電機(jī)通常具有實(shí)心磁極和/或框架，這些在整流器電源下并不總是能令人滿(mǎn)意地工作。作為標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)配備附加的“鼓風(fēng)機(jī)”電機(jī)也是標(biāo)準(zhǔn)。這提供了連續(xù)的通風(fēng)，并允許電機(jī)以全扭矩連續(xù)運(yùn)行，即使降至最低速度也不會(huì)過(guò)熱。

低功率控制電路用于監(jiān)控感興趣的主要變量(通常是電機(jī)電流和速度)，并生成適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖，以便電機(jī)在負(fù)載變化的情況下保持恒定速度?！八俣葏⒖肌蓖ǔＪ菑?0 到 10 V 變化的模擬電壓，從手動(dòng)速度設(shè)置電位計(jì)或工廠(chǎng)其他地方獲得。

電源、控制和保護(hù)電路的組合構(gòu)成了轉(zhuǎn)換器。標(biāo)準(zhǔn)模塊化轉(zhuǎn)換器可作為現(xiàn)成產(chǎn)品提供，尺寸從 0.5 kW 到數(shù)百 kW，而更大的驅(qū)動(dòng)器將根據(jù)個(gè)人需求進(jìn)行定制。單個(gè)轉(zhuǎn)換器可以安裝在帶有隔離器、保險(xiǎn)絲等的外殼中，或者可以將多組轉(zhuǎn)換器安裝在一起以形成多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。