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直流调速系统用的可控直流电源晶闸管整流器-电动机系统直流PWM变换器-电动机系统（V-M系统）1触发脉冲相位控制。2电流脉动及其波形的连续与断续。3晶闸管-电动机系统的机械特性。4晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。5晶闸管整流器运行中存在的问题。1PWM变换器的工作状态和波形；2直流PWM调速系统的机械特性；3PWM控制与变换器的数学模型；4电能回馈与泵升电压的限制。（PWM系统)回顾2.1.2直流PWM变换器-电动机系统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的高频开关控制方式,形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。与V-M系统相比，PWM调速系统在很多方面有较大的优越性。直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。主要研究问题1PWM变换器的工作状态和波形；2直流PWM调速系统的机械特性；3PWM控制与变换器的数学模型；4电能回馈与泵升电压的限制。2.1.2直流PWM变换器-电动机系统1．PWM变换器的工作状态和电压、电流波形脉宽调制(PWM)变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

PWM变换器电路有多种形式，总体上可分为不可逆与可逆两大类。脉宽调制（PWM-PulseWidthModulation）(1).不可逆PWM变换器①简单的不可逆PWM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下图所示，功率开关器件VT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(buck变换器)。a）原理图b）电压波形图tOuUsUdTton控制电路M斩波电路三种控制方式输出平均电压：式中T—电力电子开关器件的开关周期；ton—开通时间；—占空比，=ton/T=tonf；其中f为开关频率。输出平均电压：根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式：T不变，变ton—脉冲宽度调制（PWM）；ton不变，变T—脉冲频率调制（PFM）；ton和T都可调，改变占空比—混合型。斩波电路三种控制方式Us•主电路结构工作状态与波形U,iUdEidUsttonT0图2-10b电压和电流波形①简单的不可逆PWM变换器图2-10简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统VD+UgCVTidM+__E（a）电路原理图M21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=U,iUdEidUsttonT0图2-10b电压和电流波形输出平均电压：①简单的不可逆PWM变换器不可逆PWM变换器-直流电动机系统不允许电流反向续流二极管VD的作用只是为id提供一个续流的通道。

如果要实现电动机的制动，必须为其提供反向电流通道。单管电路①简单的不可逆PWM变换器M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1ECUs+MVT2Ug2VT1Ug1VT1主管VT2辅助管大小相等极性相反工作状态与波形Ⅰ一般电动状态VT1和VD2交替导通，VT2和VD1始终关断。M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E12CUs+MVT2Ug2VT1Ug1②有制动的不可逆PWM变换器电路Ⅱ制动状态M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E43CUs+MVT2Ug2VT1Ug1的正脉冲比负脉冲窄，,始终为负。制动状态的电压、电流波形VT2和VD1交替导通，VT1和VD2始终关断。12（2）有制动的不可逆PWM变换器电路当VT1导通时，流过正向电流+id，VT2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Ud并没有改变极性。M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1图2-11有制动电流通路的不可逆PWM变换器双管电路2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平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电流）的关系。

对于带制动电流通路的不可逆电路，电压平衡方程式分两个阶段式中R、L—电枢电路的电阻和电感。（1）带制动的不可逆电路电压方程（0≤t分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为而调速范围为3.调速范围、静差率和额定速降之间的关系对于同一个调速系统，ΔnN值是定值。要求s值越小时，系统能够允许的调速范围D也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。例题2-1某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率s≤20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？解在要求s≤30%时，允许的调速范围为若要求s≤20%，则允许的调速范围只有若调速范围达到10，则静差率只能是2.2.2直流调速系统的机械特性开环调速系统，即无反馈控制的直流调速系统。调节控制电压Uc就可以改变电动机的转速。晶闸管整流器和PWM变换器都是可控的直流电源，用UPE来统一表示可控直流电源图2－15开环调速系统的原理图UcUd0u~ACDCUd0UcUPE的组成图中，UPE是由电力电子器件组成的变换器，其输入接三组（或单相）交流电源，输出为可控的直流电压，控制电压为Uc。

目前，组成UPE的电力电子器件有如下几种选择方案：对于中、小容量系统，多采用由IGBT或P-MOSFET组成的PWM变换器；对于较大容量的系统，可采用其他电力电子开关器件，如GTO、IGCT等；对于特大容量的系统，则常用晶闸管触发与整流装置。开环调速系统中各环节的稳态关系如下：电力电子变换器直流电动机开环调速系统的机械特性为2.2.2直流调速系统的机械特性图2-16开环调速系统稳态结构图图2-17开环直流调速系统的机械特性2.2.2直流调速系统的机械特性某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18,电动机电动势系数Ce=0.2V·min/r。如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，①采用开环调速能否满足？②若要满足这个要求，系统的额定速降ΔnN最多能有多少？例题2-2解题思路:先求出速度降落求在最高转速时的静差率s再根据解当电流连续时，V-M系统的额定速降为开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为这已大大超过了5%的要求，更不必谈调到最低速。如果要求D=20，s≤5%开环调速已不能满足要求，原因所在：负载电流在回路电阻上的压降太大，电流的稍微变化将引起很大的电压变化，从而转速改变。

如何控制转速量的变化呢？解决思路：引入反馈控制思想（提出闭环的必要性）反馈的手段2.2.2直流调速系统的机械特性根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环调速系统应该能够大大减少转速降落。闭环系统的设计思路闭环系统结构框图闭环系统的设计思路开环系统结构框图FLASH作业P56思考题2-8P57习题2-42-5

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