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)將有一個(gè)裝滿 MG 組的大房間，工廠中的每個(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)制造商來說是一筆不錯(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 95%)、更小的尺寸、更少的維護(hù)和更快的響應(yīng)來改變?cè)O(shè)定速度。

整流電源的缺點(diǎn)是波形不是純直流，轉(zhuǎn)換器的過載能力非常有限，單個(gè)轉(zhuǎn)換器無法再生。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門介紹晶閘管饋電驅(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為“堆棧”。通過改變晶閘管的觸發(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，為了避免過多的渦流損耗和換向問題，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。