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1、2.1.2 2.1.2 直流直流PWMPWM变换器变换器电动机系统电动机系统 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM调速系统。2021/8/21本节提要本节提要n nPWM变换器的工作状态和电压、电流波形n n直流PWM调速系统的机械特性n nPWM控制器与变换器的动态数学模型n n直流PWM调速系统的电能回馈与泵升电压2021/8/221.PWM1.PWM变换器的工作状态和电压、电流波形变换器的工作状态和电压、电流波形 PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，把恒定的直
2、流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理。2021/8/23（1）简单的不可逆）简单的不可逆PWM变换器变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图如图1-16所示，功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路又称直流降压斩波器。 2021/8/24 主电路结构主电路结构2021/8/25图中： Us直流电源电压 C 滤波电容器 M 直流电动机 VD 续流二极管VT 功率开关器件 VT 的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列Ug驱动。2021
3、/8/26工作状态与波形工作状态与波形 在一个开关周期内，在一个开关周期内，n n当当0 0 t t t tonon时，时，U Ug g为为正，正，VTVT导通，电源导通，电源电压通过电压通过VTVT加到电加到电动机电枢两端；动机电枢两端；n n当当t tonon t t T T 时，时， U Ug g为负，为负，VTVT关断，电关断，电枢失去电源，经枢失去电源，经VDVD续流。续流。U U, , i iU Ud dE Ei id dU Us st tt tononT T0 0图图2-16b) 2-16b) 电压和电流波形电压和电流波形O O2021/8/27输出电压方程输出电压方程电机两端得
4、到的平均电压为 (2-15)式中 = ton / T 为 PWM 波形的占空比改变 （ 0 1 ）即可调节电机的转速，若令 = Ud / Us为PWM电压系数，则在不可逆PWM 变换器中 = ( 2-16)2021/8/28（2 2）有制动的不可逆）有制动的不可逆PWMPWM变换器电路变换器电路n n 在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如图2-16a所示的双管交替开关电路。当VT1 1 导通时，流过正向电流 + id ，VT2 2 导通时，流过 id 。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限， 因为平均电压
5、U Ud 并没有改变极性。2021/8/29 主电路结构主电路结构2021/8/210 工作状态与波形工作状态与波形n n一般电动状态一般电动状态 在一般电动状态中，始终为正值（其正方在一般电动状态中，始终为正值（其正方向示于图向示于图2-11a2-11a中）。设中）。设t tonon为为VTVT1 1的导通时间，则的导通时间，则一个工作周期有两个工作阶段：一个工作周期有两个工作阶段：n n在在0 0 t t t tonon期间，期间， U Ug1g1为正，为正，VTVT1 1导通，导通， U Ug2g2为负，为负，VTVT2 2关断。此时，电源电压关断。此时，电源电压U Us s加到电枢两端
6、，加到电枢两端，电流电流 i id d 沿图中的回路沿图中的回路1 1流通。流通。n n在在 t tonon t t T T 期间，期间， U Ug1g1和和U Ug2g2都改变极性，都改变极性，VTVT1 1关断，但关断，但VTVT2 2却不能立即导通，因为却不能立即导通，因为i id d沿回路沿回路2 2经二极管经二极管VDVD2 2续流，在续流，在VDVD2 2两端产生的压降给两端产生的压降给VTVT2 2施施加反压，使它失去导通的可能。加反压，使它失去导通的可能。2021/8/211制动状态制动状态n n在制动状态中， id为负值，VT2 2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需
7、要降速的时候。这时，先减小控制电压，使 Ug1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势E还来不及变化，因而造成 E Ud 的局面，很快使电流id反向，VD2 2截止， VT2 2开始导通。2021/8/212 制动状态的一个周期分为两个工作阶段：制动状态的一个周期分为两个工作阶段：n n在在 0 0 t t t tonon 期间，期间，VTVT2 2 关断，关断，i id d 沿回路沿回路 4 4 经经 VDVD1 1 续续流，向电源回馈制动，与此同时，流，向电源回馈制动，与此同时， VDVD1 1 两端压降钳住两端压降钳住 VTVT1 1 使
8、它不能导通。使它不能导通。n n在在 t tonon t t T T期间，期间， U Ug2 g2 变正，于是变正，于是VTVT2 2导通，反向电流导通，反向电流 i id d 沿回路沿回路 3 3 流通，产生能耗制动作用。流通，产生能耗制动作用。 因此，在制动状态中，因此，在制动状态中， VTVT2 2和和VDVD1 1轮流导通，而轮流导通，而VTVT1 1始终是关断的，此时的电压和电流波形示于图始终是关断的，此时的电压和电流波形示于图2-11c2-11c。 2021/8/213 输出波形输出波形2021/8/214轻载电动状态n n 有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在
9、关断后经续流时，还没有到达周期 T ，电流已经衰减到零，此时，因而两端电压也降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局部时间的制动作用。2021/8/215 轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：n n第第1 1阶段，阶段，VDVD1 1续流，电流续流，电流 i id d 沿回路沿回路4 4流通流通n n第第2 2阶段，阶段，VTVT1 1导通，电流导通，电流 i id d 沿回路沿回路1 1流通流通n n第第3 3阶段，阶段，VDVD2 2续流，电流续流，电流 i id d 沿回路沿回路2 2流通流通n n第第4 4阶段，阶段，VTVT2 2导通，电流导通，电流 i id d 沿回路沿回路3
10、 3流通流通2021/8/216 在1、4阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态； 在2、3阶段，电动机流过正方向电流，电机工作在电动状态。 因此，在轻载时，电流可在正负方向之间脉动，平均电流等于负载电流，其输出波形见图2-11d。2021/8/217输出波形输出波形2021/8/2182 2 直流脉宽调速系统的机械特性直流脉宽调速系统的机械特性 由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的，况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的，所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电流）的关系。流）的关系。 采用不同形式的PWM变换器，系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，现在就分析这种情况。2021/8/219n n982021/8/220部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
