直流电机驱动基础，晶闸管驱动概述第 1 部分

晶闸管直流驱动器仍然是一种重要的速度控制工业驱动器，特别是在与直流电机电刷(比较感应电机)相关的较高维护成本是可以容忍的情况下。受控(晶闸管)整流器为电机电枢提供低阻抗可调“直流”电压，从而提供速度控制。

直到 1960 年代，获得工业直流电机速度控制所需的可变电压直流电源的唯一真正令人满意的方法是用直流发电机产生它。发电机由感应电动机以固定速度驱动，并改变发电机的磁场以改变产生的电压。

电机/发电机 (MG) 组可以远离直流电机，多驱动站点(例如钢铁厂)将有一个装满 MG 组的大房间，工厂中的每个变速电机一个。这些“Ward Leonard”驱动器中的每一个都需要三台机器(所有额定功率相同)，这对电机制造商来说是一笔不错的生意。在 1950 年代的一小段时间内，它们被电网控制的汞弧整流器所取代，但很快被晶闸管转换器所取代，晶闸管转换器具有更便宜的初始成本、更高的效率(通常超过 95%)、更小的尺寸、更少的维护和更快的响应来改变设定速度。

整流电源的缺点是波形不是纯直流，转换器的过载能力非常有限，单个转换器无法再生。虽然不再是卓越的，但直流驱动的研究很有价值，原因如下：

· 直流驱动器的结构和操作几乎反映在所有其他驱动器中，因此从直流驱动器研究中吸取的教训与其他类型的驱动器非常相似。

· 直流驱动器往往仍然是判断其他驱动器的标准。

· 在恒定通量条件下，行为由一组相对简单的线性方程控制，因此预测稳态和瞬态行为并不困难。当我们转向直流驱动器的后续产品，特别是感应电机驱动器时，我们会发现事情要复杂得多，为了克服不良的瞬态行为，所采用的策略是基于模拟直流驱动器。

本章的第一部分和主要部分专门介绍晶闸管馈电驱动器，之后我们将简要介绍主要用于中小型的斩波馈电驱动器，最后将注意力转向小型伺服驱动器。

晶闸管直流驱动器——一般

对于高达几千瓦的电机，电枢转换器可以由单相或三相电源供电，但对于较大的电机，始终使用三相。电动机的励磁采用单独的晶闸管或二极管整流器供电：功率远小于电枢功率，因此供电常为单相，如图4.1所示。

布置是大多数直流驱动器的典型布置，并提供闭环速度控制。这两个控制回路的功能将在后面进行探讨，但不熟悉反馈和闭环系统基础知识的读者可能会发现此时阅读附录会有所帮助。

主电源电路由一个六晶闸管桥式电路组成，它对输入的交流电源进行整流，为电机电枢提供直流电源。安装在散热器上的晶闸管组件通常被称为“堆栈”。通过改变晶闸管的触发角，可以改变整流电压的平均值，从而可以控制电机速度。

可控整流器会产生粗略的直流形式，并在输出电压中产生明显的纹波。这种纹波分量会在电机中产生脉动电流和磁通，为了避免过多的涡流损耗和换向问题，磁极和框架应采用叠层结构。

与晶闸管驱动器一起使用的电机采用叠层结构是公认的做法，但较旧的电机通常具有实心磁极和/或框架，这些在整流器电源下并不总是能令人满意地工作。作为标准，驱动电机配备附加的“鼓风机”电机也是标准。这提供了连续的通风，并允许电机以全扭矩连续运行，即使降至最低速度也不会过热。

低功率控制电路用于监控感兴趣的主要变量(通常是电机电流和速度)，并生成适当的触发脉冲，以便电机在负载变化的情况下保持恒定速度。“速度参考”通常是从 0 到 10 V 变化的模拟电压，从手动速度设置电位计或工厂其他地方获得。

电源、控制和保护电路的组合构成了转换器。标准模块化转换器可作为现成产品提供，尺寸从 0.5 kW 到数百 kW，而更大的驱动器将根据个人需求进行定制。单个转换器可以安装在带有隔离器、保险丝等的外壳中，或者可以将多组转换器安装在一起以形成多电机驱动器。