第4章 變流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性

1、第第4 4章章 變流器供電下直流電機(jī)的變流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性內(nèi)容簡(jiǎn)介內(nèi)容簡(jiǎn)介 相控變流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性及相控變流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性及其四象限運(yùn)行分析；其四象限運(yùn)行分析； 直流斬波器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性及直流斬波器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性及其四象限運(yùn)行分析；其四象限運(yùn)行分析； 4.1 4.1 相控方式下直流電機(jī)的機(jī)械特性相控方式下直流電機(jī)的機(jī)械特性 相控變流器與直流電機(jī)組成的拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為相控變流器與直流電機(jī)組成的拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為T-D系統(tǒng)系統(tǒng)，它廣泛，它廣泛應(yīng)用于大、中小各種容量的直流拖動(dòng)系統(tǒng)中。應(yīng)用于大、中小各種容量的直流拖動(dòng)系統(tǒng)中。 對(duì)對(duì)T-D系統(tǒng)而言，

2、相控變流器具有系統(tǒng)而言，相控變流器具有兩種運(yùn)行狀態(tài)兩種運(yùn)行狀態(tài)：整流和有源逆整流和有源逆變變。若相控變流器工作在。若相控變流器工作在整流狀態(tài)整流狀態(tài)，則直流電機(jī)處在，則直流電機(jī)處在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)態(tài)；反之，若相控變流器工作在；反之，若相控變流器工作在逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)，則直流電機(jī)處在，則直流電機(jī)處在發(fā)電制發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)動(dòng)狀態(tài)。 下面就上述兩種運(yùn)行狀態(tài)下T-D系統(tǒng)的機(jī)械特性分別進(jìn)行討論：A、整流狀態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性、整流狀態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性 考慮到T-D系統(tǒng)中直流電動(dòng)機(jī)存在電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，而這兩種情況下的機(jī)械特性又有明顯的差異，故此分別討論如下：a a、電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械

3、特性、電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性 當(dāng)電流連續(xù)且控制角為 時(shí)，相控整流器輸出直流電壓平均值的一般表達(dá)式為：cos0ddUU(4-1)其中， ， 為時(shí)整流電壓波形的峰值；m為交流電源一個(gè)周期內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)。 對(duì)單相全波整流器， 、 ；對(duì)三相半波整流器， 、 對(duì)三相全控橋整流器， 、 。mmUUmdsin0mU22UUm2m22UUm2262UUUlm3m6m 對(duì)于相控整流器供電的直流電機(jī)，忽略晶閘管的管壓降，則由KVL得整流回路直流電壓的平衡方程式為：aeacaBadIRnCIRRREU)(4-2)式中， 為整流回路的總電阻，包括整流變壓器折合到二次側(cè)的等效電阻 、直流電機(jī)的電樞電阻 以及相控變流器

4、換流壓降所對(duì)應(yīng)的等效電阻 ， 為變壓器折合到二次側(cè)的等效漏抗。caBRRRRBRaR2BcmXR BX 根據(jù)式（4-2）和轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，得T-D系統(tǒng)下直流電機(jī)的機(jī)械特性為：emTeedTCCRCUn20cos(4-3) 根據(jù)上式繪出電流連續(xù)時(shí)不同控制角 下直流電機(jī)的典型機(jī)械特性如圖4.1所示。 圖4.1 電流連續(xù)時(shí)T-D系統(tǒng)下直流電機(jī)的機(jī)械特性結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，相控整流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特相控整流器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性與直流發(fā)電機(jī)組供電時(shí)的機(jī)械特性類似。通過改變控制性與直流發(fā)電機(jī)組供電時(shí)的機(jī)械特性類似。通過改變控制角角 ，便可獲得一組平行的機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速

5、度，便可獲得一組平行的機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。b b、電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性、電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性 由于相控整流器輸出為一脈動(dòng)直流電壓，當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，平波電抗器的電感儲(chǔ)能也較小，致使晶閘管難以維持到下一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻，電流出現(xiàn)斷續(xù)，此時(shí)直流電機(jī)的機(jī)械特性將發(fā)生變化，而不是如圖4.1中的虛線所示?，F(xiàn)分析如下： 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，T-D系統(tǒng)中直流電機(jī)的電樞回路可用圖4.2所示一相等效電路來描述。圖4.2 T-D系統(tǒng)中直流電機(jī)電樞回路的等效電路 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，T-D系統(tǒng)中直流電機(jī)的電樞電壓與電樞電流波形如圖4.3所示。 圖4.3 電流斷續(xù)時(shí)直流電機(jī)的電樞電壓與電樞電流波形 解上述微分方程得

6、： 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，先忽略整流回路的總電阻的影響。于是得回路的電壓平衡方程式為：dtdiLEtUuadasin222CtLEtLUidadacos22（4-4）式中， 為積分常數(shù)，可通過邊界條件求得。C 考慮到電流是斷續(xù)的，在晶閘管導(dǎo)通的瞬間 時(shí)， （見圖4.3），于是有：t0ai)()cos(22dadLELUC（4-5）將式（4-5）代入式（4-4）得：)()cos(cos22tLEtLUidada（4-6） 由于電流是斷續(xù)的，電流僅在一定時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，設(shè)晶閘管的導(dǎo)通角為 ，將終值條件： 時(shí)， （見圖4.3）代入式（4-6），并整理得： t0ai2sin)2sin(222UEa（4-7）由于

7、，于是得電機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：nCEea2sin)2sin(222eCUn（4-8） 上式反映了轉(zhuǎn)速n 與導(dǎo)通角 之間的關(guān)系?？紤]到導(dǎo)通角 與電樞電流 的大小有關(guān)，故式（4-8）間接給出了T-D系統(tǒng)電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。 至于要真正計(jì)算系統(tǒng)的機(jī)械特性，還需通過式（4-6）求出電樞電流的平均值與導(dǎo)通角 之間的關(guān)系。利用圖4.3并根據(jù)式（4-6）、（4-7）得：)2sin22cos)(2cos(22)(22daaLUmtdimI（4-9） 聯(lián)立式（4-8）、（4-9），以消去參變量 ，便可得到不同控制角 下轉(zhuǎn)速n與電樞電流 （或平均電磁轉(zhuǎn)矩 ）之間的關(guān)系，從而求得電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，如圖4.

8、4中的實(shí)線所示。 aIemT圖4.4 電流斷續(xù)時(shí)T-D系統(tǒng)的機(jī)械特性結(jié)論：結(jié)論： 電流斷續(xù)時(shí)電流斷續(xù)時(shí)T-D系統(tǒng)的機(jī)械特性具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：系統(tǒng)的機(jī)械特性具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：u 理想空載轉(zhuǎn)速要比假定電流連續(xù)時(shí)計(jì)算出的理想空載理想空載轉(zhuǎn)速要比假定電流連續(xù)時(shí)計(jì)算出的理想空載 轉(zhuǎn)速升高；轉(zhuǎn)速升高；u 機(jī)械特性變軟。機(jī)械特性變軟。 為了減小電樞電流的斷續(xù)對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的不利影響，對(duì)性能要求較高的拖動(dòng)系統(tǒng)，一般在電樞回路中串入一定電感量的平波電抗器，以減小電流斷續(xù)的區(qū)域。在選擇平波電抗器時(shí)，首先應(yīng)確保最小負(fù)載電流 時(shí)電流連續(xù)。minaI 為確保最小負(fù)載電流下電流連續(xù)，即導(dǎo)通角 達(dá)到 ，則由式（4-9）可得：

9、m2sincossin22minmmmLUIda 由此可求得確保電流連續(xù)所需的電感量為：sincossin2min2mmmIULad（4-10）B、逆變狀態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性、逆變狀態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性a a、電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性、電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性 對(duì)T-D系統(tǒng)而言，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)相控變流器直流側(cè)的電壓與式（4-1）相同，僅需將控制角 用逆變角 代替即可?？刂平?和逆變角 之間滿足： 。 將其代入式（4-1）得：cos0ddUU（4-11） 將式（4-11）代入式（4-2），得直流電機(jī)的機(jī)械特性為：)cos(20emTeedTCCRCUn（4-12） 根據(jù)上式便可繪出逆變狀態(tài)下電流連續(xù)時(shí)

10、直流電機(jī)的機(jī)械特性如圖4.5所示。 圖4.5 電流連續(xù)時(shí)T-D系統(tǒng)下直流電機(jī)的機(jī)械特性b b、電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性、電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性 對(duì)于T-D系統(tǒng)逆變狀態(tài)下電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性，同樣可以用整流狀態(tài)下電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性式（4-8）和（4-9）來描述，僅需將其中的控制角 用逆變角 代替即可。 根據(jù)式（4-8）和（4-9）可繪出直流電機(jī)逆變狀態(tài)下電流斷續(xù)時(shí)典型的機(jī)械特性如圖4.5左邊的部分所示。結(jié)論：結(jié)論： 同整流狀態(tài)十分相似，同整流狀態(tài)十分相似，T-D系統(tǒng)電流斷續(xù)時(shí)，逆變狀系統(tǒng)電流斷續(xù)時(shí)，逆變狀態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性變軟、理想空載轉(zhuǎn)速上升。態(tài)下直流電機(jī)的機(jī)械特性變軟、理想空載轉(zhuǎn)速上升。 C

11、、相控變流器供電下直流電機(jī)的四象限運(yùn)、相控變流器供電下直流電機(jī)的四象限運(yùn)行分析行分析四象限運(yùn)行功能四象限運(yùn)行功能： 對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)并具有快速起、制動(dòng)功能的拖動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)并具有快速起、制動(dòng)功能的拖動(dòng)系統(tǒng)，由于其對(duì)應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性位于四個(gè)象限，因而稱為由于其對(duì)應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性位于四個(gè)象限，因而稱為具有四象限運(yùn)具有四象限運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)（或（或可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)）。 圖4.6a、b分別給出了四象限運(yùn)行時(shí)T-D系統(tǒng)的機(jī)械特性和結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4.6 四象限運(yùn)行的T-D系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 現(xiàn)對(duì)T-D系統(tǒng)四象限運(yùn)行情況分別如下： 第第I I象限運(yùn)行

12、：象限運(yùn)行： 直流電機(jī)作正轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，相控變流器直流電機(jī)作正轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，相控變流器1 1 工作在整流狀態(tài)，工作在整流狀態(tài)，相應(yīng)的控制角相應(yīng)的控制角 。21第第IIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 直流電機(jī)作正轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行，相控變流器直流電機(jī)作正轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行，相控變流器2 2 工作在逆變狀態(tài)，工作在逆變狀態(tài)，相應(yīng)的控制角相應(yīng)的控制角 （或逆變角（或逆變角 ）。）。2222第第IIIIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 直流電機(jī)作反轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，相控變流器直流電機(jī)作反轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，相控變流器2 2 工作在整流狀態(tài)，工作在整流狀態(tài)，相應(yīng)的控制角相應(yīng)的控制角 。22第第IVIV象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 直流

13、電機(jī)作正轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行，相控變流器直流電機(jī)作正轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行，相控變流器2 2 工作在逆變狀態(tài)，工作在逆變狀態(tài)，相應(yīng)的控制角相應(yīng)的控制角 （或逆變角（或逆變角 ）。）。2121 由于相控變流器所采用晶閘管器件的單向?qū)щ娦?，僅靠一組相由于相控變流器所采用晶閘管器件的單向?qū)щ娦?，僅靠一組相控變流器直流電機(jī)不可能完成由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)到發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)控變流器直流電機(jī)不可能完成由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)到發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。只有通過一組變流器工作在整流狀態(tài)，另一組變流器工行的轉(zhuǎn)換。只有通過一組變流器工作在整流狀態(tài)，另一組變流器工作在逆變狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)上述狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這是相控變流器的不足作在逆變狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)上

14、述狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這是相控變流器的不足之一。之一。4.2 斬控方式下直流電機(jī)的機(jī)械特性斬控方式下直流電機(jī)的機(jī)械特性 斬控式斬控式PWM變換器變換器（又稱為（又稱為斬波器斬波器）可以將恒定的直流電源電壓變換為大?。┛梢詫⒑愣ǖ闹绷麟娫措妷鹤儞Q為大小和極性均可調(diào)的直流電壓，從而方便地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速以及四象限運(yùn)和極性均可調(diào)的直流電壓，從而方便地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速以及四象限運(yùn)行。行。 由于采用全控型器件（如由于采用全控型器件（如IGBT、MOSFET、GTR），其開關(guān)頻率高，系統(tǒng)的），其開關(guān)頻率高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（可達(dá)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬（可達(dá)1:20000），綜合指標(biāo)明顯

15、優(yōu)于相控式變流器。），綜合指標(biāo)明顯優(yōu)于相控式變流器。A、直流直流PWM變換器的基本原理、電路結(jié)構(gòu)變換器的基本原理、電路結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)與工作狀態(tài)a a、斬波器的基本工作原理、斬波器的基本工作原理 圖4.7a、b分別給出了直流斬波器的原理圖以及控制與輸出電壓的波形圖。 圖4.7 直流PWM變換器的原理圖與其電壓波形 設(shè)斬波器的導(dǎo)通時(shí)間為 ，關(guān)斷時(shí)間為 ，則開關(guān)頻率為：ontofftTttfoffons11(4-13)定義其占空比占空比為：Tton(4-14) 則輸出電壓的平均值為：ddonaUUTtU(4-15) 由式（4-15）可見，改變占空比便可以改變電樞兩端電壓的平均值改變占空比便可以改變電

16、樞兩端電壓的平均值。 占空比可以通過下列兩種方式改變：占空比可以通過下列兩種方式改變：n 定頻調(diào)寬法：即保持開關(guān)頻率不變，而僅改變導(dǎo)通時(shí)間；定頻調(diào)寬法：即保持開關(guān)頻率不變，而僅改變導(dǎo)通時(shí)間；n 定寬調(diào)頻法：即保持導(dǎo)通時(shí)間不變，僅改變開關(guān)頻率。定寬調(diào)頻法：即保持導(dǎo)通時(shí)間不變，僅改變開關(guān)頻率。 斬波器多采用定頻調(diào)寬法即PWM進(jìn)行控制，故這種控制方式的斬波器又稱為直流直流PWM變換器變換器。 b b、四象限可逆式直流、四象限可逆式直流PWM變換器變換器 具有四象限運(yùn)行功能的直流PWM變換器如圖4.8所示。 圖4.8 具有四象限運(yùn)行的H橋直流PWM變換器 下面對(duì)直流PWM變換器在四象限的運(yùn)行情況分別討

17、論如下：第第I I象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第I I象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，電樞象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于正向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，電樞電流和轉(zhuǎn)速（或反電勢(shì)）的方向均為正。電流和轉(zhuǎn)速（或反電勢(shì)）的方向均為正。 圖4.9a給出了第I象限運(yùn)行時(shí)主回路的電路圖。此時(shí)，主開關(guān) 和 同時(shí)導(dǎo)通。 圖4.9 第I象限運(yùn)行的直流PWM變換器 假定 關(guān)斷，則電樞回路中的電流將減小。在電樞電感的自感電勢(shì)作用下，電樞電流將通過二極管 和 續(xù)流，此時(shí)電樞回路處于短路狀態(tài)，相應(yīng)的主電路如圖4.9b所示。圖4.10a、b給出了第 象限運(yùn)行時(shí)電樞兩端的電壓和電樞電流的波形。1T1T2T4D2TI圖4.10

18、 第I象限運(yùn)行時(shí)直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 同樣，電樞電壓的改變也可以采用另一方案實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)介紹如下： 假若電樞電流連續(xù)，在上述方案中，如果關(guān)斷的不僅僅是主開關(guān) ，而是 和 同時(shí)關(guān)斷，則在電樞電感的作用下，電樞電流將沿二極管 和 組成的回路導(dǎo)通。此時(shí)，電樞兩端的電壓為 ，直流電機(jī)將工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。 1T1T2T3D4DdU第第IIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IIII象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于正向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于正向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速（或反電勢(shì)）方向保持正向不變，而電樞電流反向，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)（或反電勢(shì)）方向保持正向不變，而電樞電流反向，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能

19、將通過變流器回饋至直流電源。能將通過變流器回饋至直流電源。 假定系統(tǒng)剛開始運(yùn)行在第I象限，一旦發(fā)出制動(dòng)命令，則 和 關(guān)斷， 和 首先導(dǎo)通，則電樞電流將流向直流電源并迅速降為零。為了使電流反向，控制 導(dǎo)通。在反電勢(shì)的作用下，電流將通過 和 構(gòu)成回路，并將電樞回路短路。在此階段，直流電機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電流達(dá)到上限值時(shí)，控制 關(guān)斷。在電樞電感的作用下，電樞電流將通過 流回直流電源，如圖4.11所示。此時(shí)，直流電機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)階段。 1T2T3D4D4T4T2D4T21DD圖4.11 第II象限運(yùn)行的直流PWM變換器 圖4.12給出了第II象限運(yùn)行時(shí)的電樞電壓和電流的波形。圖4.12 第II象限

20、運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 由圖4.12可見，電樞兩端的平均電壓為正，而平均電樞電流為負(fù)，表明電功率由直流電機(jī)流向電源。第第IIIIII象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IIIIII象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于反向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于反向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速（或反電勢(shì)）與電樞電流均反向。（或反電勢(shì)）與電樞電流均反向。 圖4.13a給出了第III象限運(yùn)行時(shí)主回路的電路圖。圖中，主開關(guān) 和 同時(shí)導(dǎo)通，電流增加。若 關(guān)斷，則電樞回路短路，如圖4.13b所示。 3T4T4T圖4.13 第III象限運(yùn)行的直流PWM變換器圖4.14a、b分別給出了電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)的電樞電壓和電流

21、波形。 圖4.14 第III象限運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形第III象限時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況與第I象限類似。第第IVIV象限運(yùn)行：象限運(yùn)行： 第第IVIV象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于反向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速象限對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)處于反向發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，轉(zhuǎn)速（或反電勢(shì)）保持反向不變，電樞電流變?yōu)檎?，電?dòng)機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)（或反電勢(shì)）保持反向不變，電樞電流變?yōu)檎?，電?dòng)機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能便會(huì)通過變流器回饋至直流電源。能便會(huì)通過變流器回饋至直流電源。 假定系統(tǒng)剛開始運(yùn)行在第III象限，一旦發(fā)出制動(dòng)命令，則 和 斷開， 和 導(dǎo)通，則電樞電流將流向直流電源，并迅速降為零。為了使電流改變方向，控制 導(dǎo)通。在反電

22、勢(shì)的作用下，電流將通過 和 構(gòu)成回路，并將電樞回路短路。在此階段，直流電機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)，電流將增加。3T4T1D2D2T2T4D 當(dāng)電流達(dá)到上限值時(shí)，控制 關(guān)斷。在電樞電感的作用下，電樞電流將通過 流回直流電源，如圖4.15所示。此時(shí)，直流電機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)階段。2T43DD 圖4.16給出了第IV象限運(yùn)行時(shí)的電樞電壓和電流的波形。 圖4.15 第IV象限運(yùn)行的直流PWM變換器圖4.16 第IV象限運(yùn)行直流PWM變換器的輸出電壓和電流波形 由圖4.16可見，電樞兩端的平均電壓為負(fù)，而平均電樞電流為正，表明電功率由直流電機(jī)流向電源。c c、其它形式的直流、其它形式的直流PWM變換器電路變換器電

23、路 圖4.17a、b、c給出了幾種常用的直流PWM變換器，它們分別是圖4.8所示變流器的變種。其中，圖4.17a為單象限直流PWM變換器；圖4.17b、c均為兩象限直流PWM變換器。 圖4.17 單象限和兩象限直流PWM變換器 B、PWM變換器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性變換器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性分析分析 為了分析直流PWM變換器供電直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能，通常采用如下兩種方法：一是忽略諧波的平均值分析法平均值分析法；二是考慮諧波的瞬時(shí)穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法瞬時(shí)穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法。 假定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，定子采用他勵(lì)勵(lì)磁方式，且激磁磁通保持額定值不變。在這一條件下，分別采用上述兩種方法對(duì)直流電機(jī)的機(jī)械特性討論如

24、下：a a、平均值分析法、平均值分析法平均值分析法：平均值分析法： 平均值分析法是一種將直流電機(jī)的機(jī)械特性用平均轉(zhuǎn)速和平均電平均值分析法是一種將直流電機(jī)的機(jī)械特性用平均轉(zhuǎn)速和平均電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系來描述的方法，它描述的實(shí)際上是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系來描述的方法，它描述的實(shí)際上是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下的機(jī)械特性。的機(jī)械特性。 當(dāng)電樞電流連續(xù)時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電樞電流的平均值為 ，電樞電流的平均值為 ，平均電磁轉(zhuǎn)矩為 ，則直流PWM變換器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性為： daUUaIaTemICTemTeeaedTCCRnCIRCUn20（4-16）式中，理想空載轉(zhuǎn)速 ，它與占空比 成正比。)(0edC

25、Un 根據(jù)上式繪出直流PWM變換器供電下直流電機(jī)在第I、II象限內(nèi)的機(jī)械特性如圖4.18所示。圖4.18 直流PWM變換器供電下直流電機(jī)的機(jī)械特性 b b、穩(wěn)態(tài)下瞬時(shí)電樞電流的計(jì)算方法、穩(wěn)態(tài)下瞬時(shí)電樞電流的計(jì)算方法 圖4.19a、b 分別給出了電流連續(xù)和斷續(xù)時(shí)外加電樞電壓和電流的典型波形。 圖4.19 斬控方式下直流電機(jī)電樞電壓和電流的波形 下面對(duì)上述兩種情況下的瞬時(shí)穩(wěn)態(tài)電樞電流或電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法分別介紹如下：（1 1）電流連續(xù)時(shí)：）電流連續(xù)時(shí)： 參考圖4. 8和圖4.19a，直流PWM變換器導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)電樞回路的瞬時(shí)電壓平衡方程式可分別表示為：saaaadTtdtdiLiREU0ssaaaaTtTdtdiLiRE0方程（4-17）的解為：（4-17）（4-18）aaTtaTtadaeIeREUti0