第1章可控直流電源-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)習(xí)

1、2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)-復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)n基本概念基本概念n例題習(xí)題例題習(xí)題n時(shí)間安排時(shí)間安排2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 n直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：可表示為：) 11 (0nnIKRKUKRIUndeeedn轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速（r/minr/min）電樞電壓電樞電壓(V)(V)電樞電流電樞電流(A)(A)電樞回路總電阻電樞回路總電阻()()勵(lì)磁磁通（勵(lì)磁磁通（WbWb）由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電 動(dòng)勢(shì)常數(shù)。動(dòng)勢(shì)常數(shù)。式中：式中： UdIReK2

2、022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)3調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的方法n改變電樞回路電阻調(diào)速法改變電樞回路電阻調(diào)速法n減弱磁通調(diào)速法減弱磁通調(diào)速法n調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)4三種調(diào)速方法之比較三種調(diào)速方法之比較n改變電樞回路電阻調(diào)速只能對(duì)電動(dòng)機(jī)改變電樞回路電阻調(diào)速只能對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作轉(zhuǎn)速作有級(jí)有級(jí)的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，調(diào)速系統(tǒng)效率低。調(diào)速系統(tǒng)效率低。n減弱磁通調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，但減弱磁通調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，但只能在只能在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上基速（額定轉(zhuǎn)速）以上的范圍的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

3、2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)5n調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速所得到的人為機(jī)械調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速所得到的人為機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性平行，特性與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性平行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速（額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速（額定轉(zhuǎn)速）以下實(shí)現(xiàn)速）以下實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速平滑調(diào)速。n直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速要達(dá)到基速以上時(shí)才輔以只有當(dāng)轉(zhuǎn)速要達(dá)到基速以上時(shí)才輔以弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)6第第1 1章章 可控直流電源可控直流電源- -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：n相控整流器相控整流器- -電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)

4、調(diào)速系統(tǒng) n直流直流PWMPWM變換器變換器- -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)n調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo) 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)71.1 1.1 相控整流器相控整流器- -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) （簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱V-MV-M系統(tǒng)）系統(tǒng)）n直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)至少包含了兩直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)至少包含了兩個(gè)部分：個(gè)部分：n調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的直流電源調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的直流電源n被調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)被調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)n可控直流電源主要有兩大類，第一類是可控直流電源主要有兩大類，第一類是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控的直流電源?？?/p>

5、控的直流電源。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)81.1.1 1.1.1 相控整流器相控整流器圖圖1 14 4 相控整流器相控整流器- -電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 VTVT晶閘管可控整流器晶閘管可控整流器 GT-GT-觸發(fā)裝置觸發(fā)裝置2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)9晶閘管可控整流器晶閘管可控整流器的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)n功率放大倍數(shù)高功率放大倍數(shù)高 晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104104以上，其門(mén)極電流可以直接用電子控制。以上，其門(mén)極電流可以直接用電子控制。n響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快 晶閘管的控制作用是毫秒級(jí)的，系統(tǒng)的動(dòng)晶閘管的控制作用是

6、毫秒級(jí)的，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到了很大的改善。態(tài)性能得到了很大的改善。n調(diào)速方便調(diào)速方便n經(jīng)濟(jì)可靠經(jīng)濟(jì)可靠?jī)?yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)10晶閘管可控整流器晶閘管可控整流器的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)n可逆運(yùn)行有困難可逆運(yùn)行有困難 由于晶閘管是單向?qū)щ姷?，給電機(jī)的可逆運(yùn)行帶來(lái)由于晶閘管是單向?qū)щ姷?，給電機(jī)的可逆運(yùn)行帶來(lái)困難。困難。n要有保護(hù)措施要有保護(hù)措施 晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的du/dtdu/dt與與di/dtdi/dt都都十分敏感，超過(guò)允許值時(shí)會(huì)損壞晶閘管。十分敏感，超過(guò)允許值時(shí)會(huì)損壞晶閘管。n由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附由諧波與無(wú)

7、功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近用電設(shè)備，造成電力公害。近用電設(shè)備，造成電力公害。 需要在電網(wǎng)中增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置和諧波濾波裝置。需要在電網(wǎng)中增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置和諧波濾波裝置。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)111.1.2 1.1.2 相控整流器相控整流器- -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題1 1觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制 在如圖可控整流電路中，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時(shí)電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。問(wèn)題：可控硅導(dǎo)通、關(guān) 斷的條件是什么？a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12t

8、ttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +OOOOO2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)12 式中 電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)； 整流電流瞬時(shí)值； 主電路總電感； 主電路等效電阻；且有 R = Rrec + Ra + RLEidLR瞬時(shí)電壓平衡方程tiLRiEuddddd02022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)13 式中: 從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角； = 0 時(shí)的整流電壓波形峰值； 交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對(duì)于不同的整流電路，它們的數(shù)值如表1-1所示。Umm整流電壓的平均值計(jì)算cossinmd0mUmU2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)14表表1-1 1-1 不

9、同整流電路的整流電壓值不同整流電路的整流電壓值2U0mU0dU-整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值- = 0 時(shí)的整流電壓波形峰值時(shí)的整流電壓波形峰值交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)整流電壓的平均值。整流電壓的平均值。m2UmU2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)15 整流與逆變狀態(tài)n當(dāng) 0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； n當(dāng) /2 max 時(shí)， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。n為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。相控整流器的電壓控制曲線如下圖 2022-6-26第1章 直流

10、調(diào)速系統(tǒng)16相控整流器的電壓控制曲線 O 逆變顛覆限制 通過(guò)設(shè)置控制電壓限幅值，來(lái)限制最大觸發(fā)角。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)172 2電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù)電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù)n輸出電流是脈動(dòng)電流輸出電流是脈動(dòng)電流n 交流電源一周內(nèi)存在的脈波數(shù)交流電源一周內(nèi)存在的脈波數(shù)m m與整流電與整流電 路的形式相關(guān)路的形式相關(guān)n 由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)電流連由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)電流連 續(xù)和斷續(xù)兩種情況續(xù)和斷續(xù)兩種情況n電樞電流平均值電樞電流平均值I Id d由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)18在在I Id d上升階段，電感上升階段

11、，電感 儲(chǔ)能；儲(chǔ)能；在在I Id d下降階段，電下降階段，電 感中的能量將釋放感中的能量將釋放 出來(lái)維持電流連出來(lái)維持電流連 續(xù)。續(xù)。電流連續(xù)的條件電流連續(xù)的條件: : V-MV-M系統(tǒng)主電路電系統(tǒng)主電路電 感足夠大感足夠大 或負(fù)載足夠大或負(fù)載足夠大圖15 V-M系統(tǒng)的電流波形 (a) 電流連續(xù)2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)19圖15 V-M系統(tǒng)的電流波形 （b）電流斷續(xù)當(dāng)負(fù)載電流較小或當(dāng)負(fù)載電流較小或電感較小時(shí)，電感電感較小時(shí)，電感中的儲(chǔ)能較少，等中的儲(chǔ)能較少，等到到I Id d下降到零時(shí)，下降到零時(shí)，造成電流波形斷續(xù)。造成電流波形斷續(xù)。電流斷續(xù)產(chǎn)生的問(wèn)題電流斷續(xù)產(chǎn)生的問(wèn)題：n脈動(dòng)電

12、流產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利n脈動(dòng)電流（諧波電流）流入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)不利，脈動(dòng)電流（諧波電流）流入電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)不利， 同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)20抑制電流脈動(dòng)的措施1）設(shè)置平波電抗器2）增加整流電路的相數(shù)3）采用多重化技術(shù)在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措施。主要措施有：2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)21n平波電抗器的設(shè)置平波電抗器的設(shè)置 按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)為條件來(lái)選擇按低速輕載時(shí)保證電流連續(xù)

13、為條件來(lái)選擇n平波電抗器的計(jì)算平波電抗器的計(jì)算n單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路n三相半波整流電路三相半波整流電路n三相橋式整流電路三相橋式整流電路平波電抗器的設(shè)置與計(jì)算mind287. 2IUL mind246. 1IUL mind2693. 0IUL2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)22多重化整流電路多重化整流電路MLTVT12c1b1a1c2b2a2LP并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路n將多個(gè)基本單元電路或多個(gè)整流機(jī)組按照一定的將多個(gè)基本單元電路或多個(gè)整流機(jī)組按照一定的 方式多重連接而復(fù)合使用，以構(gòu)成多脈波的輸方式多重連接而復(fù)合使用，以構(gòu)成多脈波的輸 出，即所謂的多重化結(jié)構(gòu)。出

14、，即所謂的多重化結(jié)構(gòu)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)231.1.3 1.1.3 相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的 機(jī)械特性及數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性及數(shù)學(xué)模型n當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V VM M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為eC)RIU(C1nd0de1 1相控整流器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性相控整流器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性 （18） 式中式中電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)R電樞回路總電阻recLaRRRRaRLRrecR電樞回路電阻電抗器電阻 整流裝置內(nèi)阻。 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)24V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式還可以寫(xiě)為)cossin(1)(1dmed0

15、deRImUmCRIUCn由上式可見(jiàn) 改變控制角，得一族平行直線，如圖所示。 圖中電流較小的部分畫(huà)成虛線，表明這時(shí)電流波形可能斷續(xù)，公式（1-9）已經(jīng)不適用了。電流連續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性 （1-9）2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)25n上述分析說(shuō)明： 只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個(gè)線性的可控電壓源。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)26 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于非線性因素，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。以三相半波整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性須用下列方程組表示 (1-10) (1-11)式中 - 阻抗角； - 一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通角。2)6cos()6cos(

16、2232e2dnUCRUI)e1 (e )6sin()6sin(cos2ctgectg2CUnRLarctgn電流斷續(xù)情況2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)27n電流斷續(xù)機(jī)械特性計(jì)算n當(dāng)阻抗角 值已知時(shí)，對(duì)于不同的控制角，可用數(shù)值解法求出一族電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。n對(duì)于每一條特性，求解過(guò)程都計(jì)算到 = 2/3為止，因?yàn)?角再大時(shí)，電流便連續(xù)了。對(duì)應(yīng)于 = 2/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)28nV-M系統(tǒng)機(jī)械特性圖1-6 完整的V-M系統(tǒng)機(jī)械特性n在電流連續(xù)區(qū)，在電流連續(xù)區(qū)， 顯示出較硬的機(jī)械顯示出較硬的機(jī)械特性；特性；n在電流斷續(xù)區(qū)，在電流

17、斷續(xù)區(qū)，機(jī)械特性很軟，機(jī)械特性很軟，呈呈顯著的非線性，顯著的非線性，理理想空載轉(zhuǎn)速翹得很想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。高。 n只要主電路電感足夠只要主電路電感足夠大，就可以近似的只考大，就可以近似的只考慮連續(xù)段慮連續(xù)段2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)292 2晶閘管觸發(fā)電路和整流裝置的數(shù)學(xué)模型晶閘管觸發(fā)電路和整流裝置的數(shù)學(xué)模型n晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特性是非線性的。晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特性是非線性的。n在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，只能在一定的工作范圍內(nèi)近在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，只能在一定的工作范圍內(nèi)近似地看成線性環(huán)節(jié)，似地看成線性環(huán)節(jié)，n得到了它的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)后，用線性控制得到了它的放大系數(shù)和傳遞

18、函數(shù)后，用線性控制理論分析整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。理論分析整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)30n放大系數(shù)的計(jì)算放大系數(shù)的計(jì)算圖1-7 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出特性和Ks的測(cè)定cdsUUK（1-12） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)31n晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入量是晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入量是Uc，輸出量是輸出量是Ud，晶閘管觸發(fā)電路和整流裝，晶閘管觸發(fā)電路和整流裝置的放大系數(shù)置的放大系數(shù)K Ks s 。n如果沒(méi)有得到實(shí)測(cè)特性，也可根據(jù)裝置的如果沒(méi)有得到實(shí)測(cè)特性，也可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。參數(shù)估算。n例如：例如： 設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范

19、圍為 Uc = 010V 相對(duì)應(yīng)的整流電壓的變化范圍是相對(duì)應(yīng)的整流電壓的變化范圍是 Ud = 0220V 可取可取 Ks = 220/10 = 222022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)32圖圖1 18 8 晶閘管觸發(fā)與整流晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間裝置的失控時(shí)間n失控時(shí)間和純滯后環(huán)節(jié)失控時(shí)間和純滯后環(huán)節(jié) n滯后作用是由晶閘管整滯后作用是由晶閘管整流裝置的失控時(shí)間引起流裝置的失控時(shí)間引起的。的。n失控時(shí)間是個(gè)隨機(jī)值。失控時(shí)間是個(gè)隨機(jī)值。n最大失控時(shí)間是兩個(gè)相最大失控時(shí)間是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，它與交流電源頻率間，它與交流電源頻率和晶閘管整流器的類型和晶閘管整流器

20、的類型有關(guān)。有關(guān)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)33mf1Tmaxs式中，式中，f交流電源頻率交流電源頻率(Hz)， m一周內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)。一周內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)。(1-13) 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)34nTs 值的選取值的選取n一般采用平均失控時(shí)間一般采用平均失控時(shí)間 。n如果按最嚴(yán)重情況考慮，則取如果按最嚴(yán)重情況考慮，則取 。 maxssT21T maxssTT )50(Hzf 表表1 12 2 晶閘管整流器的失控時(shí)間晶閘管整流器的失控時(shí)間整流電路形式整流電路形式最大失控時(shí)間最大失控時(shí)間 Tsmax(ms)平均失控時(shí)間平均失控時(shí)間 Ts(ms)單相半波單相半波單

21、相橋式（全波）單相橋式（全波）三相半波三相半波三相橋式三相橋式20106.673.331053.331.672022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)35n晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置的傳遞函數(shù)晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置的傳遞函數(shù) n滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號(hào)滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號(hào)1(t)，輸出要隔一定，輸出要隔一定時(shí)間后才出現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間后才出現(xiàn)響應(yīng)1(t-Ts)。n輸入輸出關(guān)系為：輸入輸出關(guān)系為： )( 10scsdTtUKUn 傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為sTscdsseKsUsUsW)()()(0（114） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)36n傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)化n按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得按泰勒

22、級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得 33s22ssssTssTsssT! 31sT!21sT1KeKeK)s(Wssn 依據(jù)工程近似處理的原則，可忽略高次項(xiàng)，把依據(jù)工程近似處理的原則，可忽略高次項(xiàng)，把 整流裝置近似看作一階慣性環(huán)節(jié)整流裝置近似看作一階慣性環(huán)節(jié) sT1K)s(Wsss（1-16） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)37n動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖19 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖準(zhǔn)確的近似的2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)381.2 1.2 直流直流PWMPWM變換器變換器- -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1.2.1 直流直流PWMPWM變換器變換器n直流脈寬變換器，或稱直流直流脈寬變換器，或

23、稱直流PWM ( (Pulse Width Modulation) )變換器，是在全控型電力電子器件問(wèn)變換器，是在全控型電力電子器件問(wèn)世以后出現(xiàn)的能取代相控整流器的直流電源。世以后出現(xiàn)的能取代相控整流器的直流電源。nPWMPWM變換器的變換器的作用作用是：用是：用PWMPWM調(diào)制的方法，把恒定的調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。n根據(jù)根據(jù)PWM變換器主電路的形式可分為變換器主電路的形式可分為可逆和不可可逆和不可

24、逆兩大類。逆兩大類。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)391.1.不可逆不可逆PWMPWM變換器變換器圖1-10 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(a)主電路原理圖Us直流電源電壓 C濾波電容器 VT功率開(kāi)關(guān)器件 VD續(xù)流二極管 M直流電動(dòng)機(jī)2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)40n在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T T內(nèi)，有開(kāi)、關(guān)兩種工作狀態(tài)，所以電壓內(nèi)，有開(kāi)、關(guān)兩種工作狀態(tài)，所以電壓平衡方程式分為平衡方程式分為兩個(gè)階段兩個(gè)階段。 當(dāng)當(dāng)0tton時(shí)，時(shí)，Ug為正，為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓飽和導(dǎo)通，電源電壓Us通通過(guò)過(guò)VT加到直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端。加到直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端。 當(dāng)當(dāng) t

25、on tT時(shí)，時(shí)，Ug為負(fù)，為負(fù)，VT關(guān)斷，電樞電路中的電關(guān)斷，電樞電路中的電流通過(guò)續(xù)流二極管流通過(guò)續(xù)流二極管VD續(xù)流，直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓等于續(xù)流，直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓等于零。零。EdtdiLRiUddsn工作原理工作原理EdtdiLRidd02022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)41n電壓和電流波形電壓和電流波形 圖1-10 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) （b）電壓和電流波形2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)42n輸出電壓方程輸出電壓方程n直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為n式中式中 為為PWMPWM波形的占空比。波形的占空比。n改變占空比改變占空比

26、，即可改變直流電動(dòng)機(jī)電樞，即可改變直流電動(dòng)機(jī)電樞平均電壓。平均電壓。n令令 為為PWMPWM電壓系數(shù)，則在不可逆電壓系數(shù)，則在不可逆PWMPWM變換器中變換器中ssondUUTtU10sdUU（1-17） （1-18） Tton2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)43n缺點(diǎn)缺點(diǎn) 只能單象限運(yùn)行，沒(méi)有制動(dòng)能力，原因是電流不能反向。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)44n有制動(dòng)電流通路的不可逆有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM-PWM-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) didi(a) 電路原理圖 圖1-11 有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電路工作原理電路工作原理：VT1通，流過(guò)正向電流VT

27、2通，流過(guò)負(fù)向電流Ug1= -Ug2工作在1、2象限di2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)45n電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行 圖1-11 有制動(dòng)電流通路的不可逆 PWM直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(b) 一般電動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)46n當(dāng) ontt0時(shí) 1VT飽和導(dǎo)通， 截止，電流沿回路1流通。 2VTn當(dāng) 時(shí)Ttton1VT截止， 續(xù)流，電流沿回路2流通。 2VDdi1gU的正脈沖比負(fù)脈沖寬， 始終為正。 VT1和VD2交替導(dǎo)通，VT2和VD1始終關(guān)斷。 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)47n制動(dòng)過(guò)程制動(dòng)過(guò)程UcUg1正脈沖變窄Ud(c) 制動(dòng)狀態(tài)的電壓、

28、電流波形 由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電勢(shì)來(lái)不及變化，造成EUd,使id反向，使VD2止，VT2通。制動(dòng)狀態(tài)分為兩個(gè)工作階段。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)48n在 階段 Ttton 為正， 導(dǎo)通，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的作用下，反向電流沿回路3能耗制動(dòng) 。 2gU2VTn在 階段ontTtT2gU 為負(fù)， 截止，反向電流沿回路4經(jīng)過(guò) 回饋制動(dòng) 。2VT1VD2VT 和 交替導(dǎo)通， 和 不工作。 1VD1VT2VD2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)49n輕載電動(dòng)狀態(tài)輕載電動(dòng)狀態(tài) 1VT2VD2VT1VD和 、 、 四個(gè)管子輪流導(dǎo)通。 (d) 輕載電動(dòng)狀態(tài)的電流波形 2022-6-26第1章 直流

29、調(diào)速系統(tǒng)50此時(shí)，電流較小，VT1關(guān)斷后，id經(jīng)VD2續(xù)流時(shí)，還沒(méi)到T，電流已到零，如圖所示。分四段：VT1通， id沿1流通，電動(dòng)狀態(tài)VD2續(xù)流， id沿2流通，電動(dòng)狀態(tài)VT2通， id沿3流通，制動(dòng)狀態(tài)VD1續(xù)流， id沿4流通，制動(dòng)狀態(tài)n輕載電動(dòng)狀態(tài)輕載電動(dòng)狀態(tài)輕載時(shí)，電流可在正負(fù)之間脈動(dòng)，輕載時(shí)，電流可在正負(fù)之間脈動(dòng)，平均電流等于負(fù)載電流，其波形如平均電流等于負(fù)載電流，其波形如圖所示。圖所示。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)51有制動(dòng)電流通路的不可逆有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM-PWM-直流直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)小結(jié)小結(jié) n電路之所以為不可逆是因?yàn)槠骄妷弘娐分詾椴豢赡媸且?/p>

30、為平均電壓 Ud始終大于零，始終大于零，n電流能夠反向，而電壓和轉(zhuǎn)速不可反向。電流能夠反向，而電壓和轉(zhuǎn)速不可反向。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)52No Pains, No GainsBeijing2008不努力就無(wú)收獲作業(yè)：作業(yè)：1.82022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)532. 橋式可逆PWM變換器n可逆PWM變換器主電路有多種形式，如H型、T型等，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖1-12所示。n這時(shí)，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開(kāi)關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。n雙極式雙極式-

31、 - Ug1 = Ug4 =-Ug2 = -Ug3 VT1 、 VT4同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)斷開(kāi)， VT2 、 VT3同時(shí)導(dǎo)通、同時(shí)斷開(kāi)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)54T型電路型電路nT型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與型電路由兩個(gè)可控電力電子器件和與兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，兩個(gè)續(xù)流二極管組成，所用元件少，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，線路簡(jiǎn)單，構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)便于引出反饋，n適用于作為電壓低于適用于作為電壓低于50V的電動(dòng)機(jī)的的電動(dòng)機(jī)的可控電壓源；可控電壓源；n但是但是T型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直型電路需要正負(fù)對(duì)稱的雙極性直流電源，電路中的電力電子器件要求流電源，電路中的電力電子器

32、件要求承受兩倍的電源電壓，在相同的直流承受兩倍的電源電壓，在相同的直流電源電壓下，其輸出電壓的幅值為電源電壓下，其輸出電壓的幅值為H H型型電路的一半。電路的一半。 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)55n橋式可逆橋式可逆PWM變換器變換器 -主電路結(jié)構(gòu)主電路結(jié)構(gòu)圖1-12 橋式PWM變換器電路2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)56n雙極式控制方式下的工作原理n正向運(yùn)行狀態(tài)正向運(yùn)行狀態(tài)（ ton T/2）n第第1 1階段，在階段，在 0 t ton 期間，期間，Ug1 、 Ug4為正，為正， VT1 、 VT4導(dǎo)通，導(dǎo)通，Ug2 、 Ug3為負(fù)，為負(fù)，VT2 、 VT3截止，電流截止，

33、電流 id 沿回路沿回路1 1流流通，電動(dòng)機(jī)通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = +Us 。n第第2 2階段，在階段，在ton t T期間，期間， Ug1 、 Ug4為負(fù)，為負(fù)，VT1 、VT4截截止，止，VD2VD2、VD3VD3續(xù)流，續(xù)流， 并鉗位使并鉗位使VT2 、 VT3保持截止，電流保持截止，電流 id 沿回路沿回路2 2流通，電動(dòng)機(jī)流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電兩端電壓壓UAB = Us ；2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)57n反向運(yùn)行狀態(tài)反向運(yùn)行狀態(tài)n第第1 1階段，在階段，在 0 t ton 期間，期間， Ug2 、 Ug3為負(fù)，為負(fù)，VT2 、 VT3截止，截止，VD1 、 V

34、D4 續(xù)流，并鉗位使續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4截截止，電流止，電流 id 沿回路沿回路4 4流通，電動(dòng)機(jī)流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = +Us ；n雙極式控制方式下的工作原理n第第2階段，在階段，在ton t T 期間，期間， Ug2 、 Ug3 為正，為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通，導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4為負(fù)，使為負(fù)，使VT1 、 VT4保持截止，電流保持截止，電流 id 沿回沿回路路3流通，電動(dòng)機(jī)流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓兩端電壓UAB = Us ；2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)58n雙極式控制方式下的工作原理n停轉(zhuǎn)狀態(tài)停轉(zhuǎn)狀態(tài)n正脈沖電壓的寬度等于負(fù)脈沖的寬度正

35、脈沖電壓的寬度等于負(fù)脈沖的寬度n平均輸出電壓平均輸出電壓 n電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)2Tton0ABU2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)59n輸出平均電壓輸出平均電壓n在雙極式控制的可逆在雙極式控制的可逆PWM變換器中變換器中sssonsonsondUUUTtUTtTUTtU121212注意注意：占空比和電壓系數(shù)的關(guān)系，與不可逆PWM 變換器中的公式不一樣。（1-19） （1-20） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)60n調(diào)速范圍調(diào)速范圍n調(diào)速時(shí)，調(diào)速時(shí)， 的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為01，1 0.5時(shí)，時(shí)， 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)當(dāng) 0.5時(shí)，時(shí)， 為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，為負(fù)，電機(jī)反

36、轉(zhuǎn)，當(dāng)當(dāng) = 0.5時(shí)，時(shí)， = 0 ，電機(jī)停止。，電機(jī)停止。n電機(jī)停轉(zhuǎn)，電壓與電流是什么情況電機(jī)停轉(zhuǎn)，電壓與電流是什么情況? ?122022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)61n雙極式控制的橋式可逆雙極式控制的橋式可逆PWMPWM變換器的優(yōu)點(diǎn)變換器的優(yōu)點(diǎn) n電流一定連續(xù)；電流一定連續(xù)；n電動(dòng)機(jī)能在四象限運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)能在四象限運(yùn)行；n電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，消除了靜磨擦死電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，消除了靜磨擦死區(qū)；區(qū)；n低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1 1：2000020000左右左右n低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬有低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬有利

37、于保證器件的可靠導(dǎo)通。利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)62n雙極式控制方式的不足之處雙極式控制方式的不足之處 n4 4個(gè)開(kāi)關(guān)器件在工作中都處于開(kāi)關(guān)狀個(gè)開(kāi)關(guān)器件在工作中都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大，且在切換時(shí)容易態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大，且在切換時(shí)容易容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故。容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故。n措施：措施： 在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，設(shè)在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，設(shè)置邏輯延時(shí)。置邏輯延時(shí)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)631.2.2 1.2.2 直流直流PWM變換器變換器- -電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的能量回饋問(wèn)題系統(tǒng)的能量回饋問(wèn)題圖圖1-13 1-13

38、橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)64n電能回饋問(wèn)題電能回饋問(wèn)題 n由由6 6個(gè)二極管組成的整流器，把電網(wǎng)提供的交個(gè)二極管組成的整流器，把電網(wǎng)提供的交流電整流成直流電。流電整流成直流電。n直流電源采用了大電容濾波。直流電源采用了大電容濾波。n當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將動(dòng)能變當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將動(dòng)能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)。為電能回饋到直流側(cè)。n由于二極管整流器的能量單向傳遞性，電能由于二極管整流器的能量單向傳遞性，電能不可能通過(guò)整流裝置送回交流電網(wǎng)，只能向不可能通過(guò)整流裝置送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容

39、充電。濾波電容充電。n由此形成了電能回饋問(wèn)題。由此形成了電能回饋問(wèn)題。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)65n泵升電壓泵升電壓 n對(duì)濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高，對(duì)濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高，稱作稱作“泵升電壓泵升電壓”。n系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)釋放的動(dòng)能將表現(xiàn)為電容儲(chǔ)能系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)釋放的動(dòng)能將表現(xiàn)為電容儲(chǔ)能的增高，所以要適當(dāng)?shù)剡x擇電容的電容量，的增高，所以要適當(dāng)?shù)剡x擇電容的電容量，或采取其它措施，以保護(hù)電力電子功率開(kāi)關(guān)或采取其它措施，以保護(hù)電力電子功率開(kāi)關(guān)器件不被泵升電壓擊穿。器件不被泵升電壓擊穿。n儲(chǔ)能的增量約等于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)釋放儲(chǔ)能的增量約等于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)釋放的全

40、部動(dòng)能的全部動(dòng)能 。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)66n電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓，電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達(dá)到數(shù)千微法。速系統(tǒng)所需的電容量達(dá)到數(shù)千微法。n在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來(lái)限制泵升電壓，這時(shí)，可以能只靠電容器來(lái)限制泵升電壓，這時(shí)，可以采用下圖中的鎮(zhèn)流電阻采用下圖中的鎮(zhèn)流電阻 Rb 來(lái)消耗掉部分動(dòng)來(lái)消耗掉部分動(dòng)能。分流電路靠開(kāi)關(guān)器件能。分流電路靠開(kāi)關(guān)器件 VTb 在泵升電壓達(dá)在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)

41、接通。到允許數(shù)值時(shí)接通。 n 泵升電壓限制泵升電壓限制2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)67n 泵升電壓限制電路泵升電壓限制電路2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)68n 泵升電壓限制（續(xù)）n對(duì)于更大容量的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，把多余的能量逆變后回饋電網(wǎng)。當(dāng)然，這樣一來(lái)，系統(tǒng)就更復(fù)雜了。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)691.2.3 1.2.3 直流直流PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及機(jī)械特性數(shù)學(xué)模型及機(jī)械特性1 1、PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型控制與變換器的數(shù)學(xué)模型 圖圖1 -14 PWM1 -14 PWM控制器與變換器的框圖控制器與變

42、換器的框圖 Ud -PWM變換器輸出的直流平均電壓 Ug-PWM控制器輸出到主電路開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電壓 UcPWM控制器的控制電壓2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)70n動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 式中式中: : KsPWM控制與變換器的放大系數(shù)控制與變換器的放大系數(shù) TsPWM控制與變換器的延遲時(shí)間控制與變換器的延遲時(shí)間（1-22） sTscdsseK)s(U)s(U)s(W2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)71nPWM裝置裝置數(shù)學(xué)模型的近似數(shù)學(xué)模型的近似n在與晶閘管相控整流電源相同的近似條件在與晶閘管相控整流電源相同的近似條件下，其傳遞函數(shù)可以表示為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)下，其傳遞函數(shù)可以表示為

43、一個(gè)慣性環(huán)節(jié) 1sTK)s(Wsss當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率為當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率為10kHz10kHz時(shí)，滯后時(shí)間時(shí)，滯后時(shí)間明顯小于相控整流電源。明顯小于相控整流電源。msTs1 . 0（1-23） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)722 2、PWM調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性n脈寬調(diào)制變換器的輸出電壓是高度和頻率脈寬調(diào)制變換器的輸出電壓是高度和頻率一定、寬度可變的脈沖序列。一定、寬度可變的脈沖序列。n改變平均輸出的電壓的大小，可以調(diào)節(jié)電改變平均輸出的電壓的大小，可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。機(jī)的轉(zhuǎn)速。n脈動(dòng)的電壓將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。脈動(dòng)的電壓將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。 在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)頻率一般在在脈

44、寬調(diào)速系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)頻率一般在10kHz左右，使得最大電流脈動(dòng)量在額定電流的左右，使得最大電流脈動(dòng)量在額定電流的5%以下，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量不到額定轉(zhuǎn)速的萬(wàn)分以下，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量不到額定轉(zhuǎn)速的萬(wàn)分之一。之一。n機(jī)械特性機(jī)械特性是指平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩是指平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩 （電流）的關(guān)系。（電流）的關(guān)系。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)73n帶制動(dòng)電流通路的不可逆電路的電壓方程帶制動(dòng)電流通路的不可逆電路的電壓方程式中的式中的R、L分別為電樞電路的電阻和電感分別為電樞電路的電阻和電感 EdtdiLRiUddsontt0 EdtdiLRi0ddTtton （1-24） （1-25） 2022-6-26第1章

45、 直流調(diào)速系統(tǒng)74n雙極式控制的可逆電路的電壓方程雙極式控制的可逆電路的電壓方程EdtdiLRiUddsontt0EdtdiLRiUddsTtton （1-24） （1-25a） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)75n電壓平均值方程電壓平均值方程 n按電壓方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方按電壓方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，平均電壓程式，平均電壓 不可逆不可逆PWMPWM變換器變換器 雙極性可逆雙極性可逆PWMPWM變換器變換器n平均電流平均電流n電樞電感壓降的均值電樞電感壓降的均值n轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n平均值方程可以寫(xiě)成：平均值方程可以寫(xiě)成：nCRIERIUedds

46、sdUUdI0dtdiLdeCEn （1-26） ) 10(12Tton2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)76n機(jī)械特性方程機(jī)械特性方程用轉(zhuǎn)矩來(lái)表示為用轉(zhuǎn)矩來(lái)表示為 de0deesICRnICRCUneme0emeesTCCRnTCCRCUn（1-27） 式中式中: :Cm 電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， Cm = Km N ； n0理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比，理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比， n0 = Us / Ce 。（1-28） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)77n直流直流PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 圖1-15 脈寬調(diào)速系統(tǒng)

47、的機(jī)械特性曲線2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)78n 說(shuō) 明n圖中所示的機(jī)械曲線是電流連續(xù)時(shí)脈寬調(diào)圖中所示的機(jī)械曲線是電流連續(xù)時(shí)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。n圖中僅繪出了第一、二象限的機(jī)械特性，圖中僅繪出了第一、二象限的機(jī)械特性，它適用于帶制動(dòng)作用的不可逆電路，雙極它適用于帶制動(dòng)作用的不可逆電路，雙極式控制可逆電路的機(jī)械特性與此相仿，只式控制可逆電路的機(jī)械特性與此相仿，只是擴(kuò)展到第三、四象限了。是擴(kuò)展到第三、四象限了。n對(duì)于電機(jī)在同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)電流不能反向?qū)τ陔姍C(jī)在同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)電流不能反向的電路，輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，把的電路，輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，把平均電壓抬高

48、，在理想空載時(shí)，平均電壓抬高，在理想空載時(shí)，Id = 0 ，理想空載轉(zhuǎn)速會(huì)翹到理想空載轉(zhuǎn)速會(huì)翹到 n0sUs / Ce 。 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)791.3 1.3 調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)1.3.1 1.3.1 調(diào)速范圍和靜差率調(diào)速范圍和靜差率n控制要求：控制要求： 任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以一定的要求。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面下三個(gè)方面( (穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)) )：n調(diào)速調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地在一定

49、的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地 （有級(jí)）或（有級(jí)）或 平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；n穩(wěn)速穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干 擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì) 量；量；n加、減速加、減速頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快， 以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī) 械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)801. 1. 調(diào)速范圍調(diào)速范圍n生產(chǎn)機(jī)械要

50、求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載情況下所需的最生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載情況下所需的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用字母高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用字母D D來(lái)來(lái)表示表示n對(duì)于基速以下的調(diào)速系統(tǒng)而言對(duì)于基速以下的調(diào)速系統(tǒng)而言 。n對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速來(lái)定義最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速來(lái)定義最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速 。 minmaxnnD Nnnmaxmaxnminn（1-29） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)812. 2. 靜差率靜差率n當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到

51、額定值時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率，稱為到額定值時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率，稱為靜差率靜差率s s。n用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示 式中：式中： 理想空載轉(zhuǎn)速，理想空載轉(zhuǎn)速， 負(fù)載從理想空載增大到額定值時(shí)電機(jī)所負(fù)載從理想空載增大到額定值時(shí)電機(jī)所 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落。0Nnns%100nns0N0nNn（1-30） （1-31） 2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)82機(jī)械特性與靜差率機(jī)械特性與靜差率 NeNICRn額定轉(zhuǎn)速降額定轉(zhuǎn)速降 是一個(gè)恒值。是一個(gè)恒值。 調(diào)速系統(tǒng)在不同調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的機(jī)械特電壓下的機(jī)械特性是互相平行的，性是互相平行的，兩者的硬度相同。兩者的硬度相同。 圖1-16 不同

52、轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)83機(jī)械特性與靜差率機(jī)械特性與靜差率n調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的理想空載轉(zhuǎn)速不調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的理想空載轉(zhuǎn)速不一樣。一樣。n理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大。理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大。n同樣硬度的機(jī)械特性，隨著其理想空載轉(zhuǎn)同樣硬度的機(jī)械特性，隨著其理想空載轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率會(huì)隨之增大。速的降低，其靜差率會(huì)隨之增大。 n調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)能達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。到的數(shù)值為準(zhǔn)。2022-6-26第1章 直流調(diào)速系統(tǒng)843 3. . D與與S S的相互約束關(guān)系的相互約束關(guān)系n在直流機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)于某一臺(tái)確定的電在直