轉(zhuǎn)換器輸出阻抗：重疊

到目前為止，我們默認(rèn)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與電機(jī)消耗的電流無關(guān)，僅取決于延遲角 a。換句話說，我們將轉(zhuǎn)換器視為理想的電壓源。

在實(shí)踐中，交流電源具有有限的阻抗，因此我們必須預(yù)期電壓降取決于電機(jī)消耗的電流。也許令人驚訝的是，電源阻抗(主要是由于變壓器中的電感漏抗)在轉(zhuǎn)換器的輸出級表現(xiàn)為電源電阻，因此電源電壓降(或調(diào)節(jié))與電機(jī)電樞電流成正比.

此處不宜贅述，但應(yīng)注意電源感抗的作用是延遲晶閘管之間電流的傳遞(或換向);一種稱為重疊的現(xiàn)象。重疊的結(jié)果是，不是輸出電壓在每個(gè)脈沖開始時(shí)突然跳躍，而是兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的短周期。在此期間，輸出電壓是輸入和輸出電壓的平均值。

用戶必須意識到重疊是可以預(yù)料的，否則他們第一次將示波器連接到電機(jī)端子時(shí)可能會(huì)受到警告。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器連接到“剛性”(即低阻抗)工業(yè)電源時(shí)，重疊只會(huì)持續(xù)幾微秒，因此顯示的“缺口”在示波器上幾乎看不到。

為了清楚起見，書籍總是夸大重疊的寬度：對于 50 或 60 Hz 電源，如果重疊持續(xù)時(shí)間超過 1 毫秒，這意味著電源系統(tǒng)阻抗過高有問題的轉(zhuǎn)換器的大小，或者相反，轉(zhuǎn)換器對于電源來說太大了。

回到電源阻抗的實(shí)際后果，我們只需要考慮與轉(zhuǎn)換器輸出電壓串聯(lián)的額外“源電阻”。該源電阻與電機(jī)電樞電阻串聯(lián)，因此每個(gè) a 值的電機(jī)轉(zhuǎn)矩“速度曲線的下降比電源阻抗為零時(shí)的下降要陡一些。

四象限操作和逆變

到目前為止，我們將轉(zhuǎn)換器視為整流器，從交流電源向正向運(yùn)行并充當(dāng)電機(jī)的直流電機(jī)供電

但是假設(shè)我們想將機(jī)器作為電機(jī)以相反的方向運(yùn)行，具有負(fù)的速度和扭矩，即在象限 3;我們該怎么做呢?以及如何將機(jī)器作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以便將電源返回到交流電源，然后轉(zhuǎn)換器“逆變”電源而不是整流，并且系統(tǒng)在象限 2 或象限 4 中運(yùn)行。如果我們需要，我們需要這樣做實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。有可能嗎，如果可以，怎么辦?

好消息是，正如我們在第 3 章中看到的，直流電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)雙向能量轉(zhuǎn)換器。 如果我們施加大于E的正電壓V，則電流流入電樞，機(jī)器作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。如果我們減小V 使其小于E，電流、扭矩和功率自動(dòng)反向，機(jī)器充當(dāng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能(再生制動(dòng)時(shí)自身的動(dòng)能)轉(zhuǎn)化為電能。如果我們想以相反的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行電動(dòng)機(jī)或發(fā)電，我們所要做的就是反轉(zhuǎn)電樞電源的極性。直流電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)四象限設(shè)備，但需要一個(gè)能夠提供正電壓或負(fù)電壓并同時(shí)處理正電流或負(fù)電流的電源。

這是我們遇到障礙的地方：單個(gè)晶閘管轉(zhuǎn)換器只能處理一個(gè)方向的電流，因?yàn)榫чl管是單向器件。然而，這并不意味著轉(zhuǎn)換器無法將功率返回給電源。直流電流只能是正的，但是(如果它是一個(gè)完全受控的轉(zhuǎn)換器)直流輸出電壓可以是正的也可以是負(fù)的。因此，功率流可以是正的(整流)或負(fù)的(逆變)。

對于輸出電壓為正的正常電動(dòng)機(jī)(并假設(shè)是完全受控的轉(zhuǎn)換器)，延遲角 (a) 將高達(dá) 90°。(通常的做法是，在輸入交流電壓正常時(shí)，對應(yīng)于額定直流電壓的觸發(fā)角在 20° 左右：如果交流電壓因任何原因下降，則可以進(jìn)一步減小觸發(fā)角以補(bǔ)償并允許全直流電壓要保持。)

但是，當(dāng) a 大于 90° 時(shí)，輸出電壓為負(fù)，如公式 (2.5) 所示。因此，單個(gè)完全受控的轉(zhuǎn)換器具有兩象限操作的潛力，但必須承認(rèn)，除非我們準(zhǔn)備在電樞或勵(lì)磁電路中使用換向開關(guān)，否則這種能力并不容易被利用。這將在接下來討論。