直流脉宽调速系统的机械特性

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V-M直流调速系统通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变整流电压U d,从而实现平滑调速。与G-M系统相比V-M系统有很多优越性,但它也有缺点:
① 电流是脉动的,产生谐波分量,尤其在低速时,因此需要加平波电抗器。设备投入大,体积增加,同时电感大又限制了系统的快速性。
② 当系统在较低速运行时,晶闸管的导通角很小,使系统的功率因素很低,并产生较大的谐波电流,引起电网电压波形畸变殃及附近的用电设备,也限制了调速范围。
③ 对过电压、过电流敏感,要注意保护。
◎直流PWM调速系统优点:
① 主电路简单,不用电抗器,用电机本身的电感,从而获得脉动很小的直流电流;
② 开关频率高,电枢电流容易连续,无电流断续问题;
③ 系统的低速运行平稳,调速范围较宽;
④ 频带宽,响应快;
⑤ 功率因数高。电流和电压永远相同,无无功功率问题。
PWM 调速系统和 V-M 调速系统主要区别在主电路和PWM控制电路。闭环控制系统以及静、动态分析和设计基本一样。
PWM 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制变换器。
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。
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。
一、带制动的不可逆电路电压方程
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

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
式中 R、L —电枢电路的电阻和电感。
二、双极式可逆电路电压方程
对于双极式控制的可逆电路,只在第二个方程中电源电压由 0 改为 –Us ,其他均不变。于是,电压方程为
直流脉宽调速系统的机械特性
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式中 R、L —电枢电路的电阻和电感。
三、机械特性方程
按电压方程求一个周期内的平均值,即可导出机械特性方程式。无论是上述哪一种情况,电枢两端在一个周期内的平均电压都是 Ud =直流脉宽调速系统的机械特性Us(直流脉宽调速系统的机械特性= Ud / Us为PWM电压系数),只是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占空比的关系不同,在不可逆 PWM 变换器: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
在双极式控制的可逆变换器:直流脉宽调速系统的机械特性= 2直流脉宽调速系统的机械特性– 1 。
平均电流和转矩分别用 Id 和 Te 表示,平均转速 n = E/Ce,而电枢电感压降的平均值 Ldid / dt 在稳态时应为零。
于是,无论是上述哪一组电压方程,其平均值方程都可写成
直流脉宽调速系统的机械特性
机械特性方程
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或用转矩表示,
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式中 Cm = KmФN —电机在额定磁通下的转矩系数;n0 =直流脉宽调速系统的机械特性Us / Ce —理想空载转速,与电压系数成正比。
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◎说 明
·图中所示的机械曲线是电流连续时脉宽调速系统的稳态性能。
·图中仅绘出了第一、二象限的机械特性,它适用于带制动作用的不可逆电路,双极式控制可逆电路的机械特性与此相仿,只是更扩展到第三、四象限了。
·对于电机在同一方向旋转时电流不能反向的电路,轻载时会出现电流断续现象,把平均电压抬高,在理想空载时,I d = 0 ,理想空载转速会翘到 n0s=Us / Ce 。
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