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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(PWM)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。 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波形； 2 直流PWM调速系统的机械特性； 3 PWM控制与变换器的数学模型； 4 电能回馈与泵升电压的限制。 一．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。 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)。 斩波电路三种控制方式 斩波电路三种控制方式 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。 工作状态与波形 在一个开关周期内， 当0 ≤ t ton时，Ug为正，VT导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端； 当ton ≤ t T 时， Ug为负，VT关断，电枢失去电源，经VD续流。直流电动机电枢电压近似等于零。 直流电动机电枢两端的平均电压为 （2-15） 改变占空比 ，即可实现直流电动机的调压调速。 令 为PWM电压系数，则在不可逆PWM变换器中 （2-16） 1、 简单的不可逆 PWM-直流电动机系统的特点 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 。 一般电动状态 在电动状态条件： id始终为正，UdE(t0nT/2)。 在0≤tton期间，VT1导通，VT2关断。电流id沿图中的回路1流通。 在ton≤tT期间，VT1关断，id沿回路2经二极管VD2续流。 VT1和VD2交替导通， VT2和VD1始终关断。 制动状态 在ton≤tT期间，Vg2为正，VT2导通，在感应电动势E的作用下，反向电流沿回路3能耗制动。 在T≤tT+ton（即下一周期的0≤tton）期间，Vg2为负， VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈能量。 VT2和VD1交替导通， VT1和VD2始终关断。 轻载电动状态 轻载电动状态 在VT1关断后，id经VD2续流。 还没有到达周期T，电流已经衰减到零， 在t=t2时刻，VT2导通，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 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，一个周期分成四个阶段。 2、 有制动电流通路的 不可逆PWM-直流电动机系统 图2-11(a)所示电路之所以为不可逆是因为平均电压Ud始终大于零，电流虽然能够反向，而电压和转速仍不能反向。 如果要求转速反向，需要再增加VT和VD，构成可逆的PWM变换器-直流电动机系统，在第4章中将进一步讨论。 小 结 二.直流PWM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。 二.直流PWM调速系统的机械特性 采用不同形式的PWM变换器，系统的机械特性也不一样，其关键之处在于电流波形是否连续。对于带制动电流通路的不可逆电路，电流方向可逆，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。 二.直流PWM调速系统的机械特性 对于带制动电流通路的不可逆电路，其电压平衡方程式分两个阶段： (2-17)