WM直流脉宽调速系统

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1、第8章PWM直流脉宽调速系统8.1直流脉宽调制电路的工作原理8.2脉宽调速系统的控制电路8.3PWM直流调速装置的系统分析8.4由PWM集成芯片组成的直流脉宽调速系统实例8．1．1．不可逆、无制动力PWM变换器不可逆PWM变换器就是直流斩波器，其原理如图8—2所示。它采用了全控式的电力晶体管，开关频率可达数十千赫。直流电压US由不可控整流电源提供，采用大电容滤波，二极管VD在晶体管VT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流回路。大功率晶体管VT的基极由脉宽可调的脉冲电压ub驱动，当ub为正时，VT饱和导通，电源电压Us通过VT的集电极回路加到电动机电枢两端；当ub为负时，V

2、T截止，电动机电枢两端无外加电压，电枢的磁场能量经二极管VD释放（续流）。电动机电枢两端得到的电压UAB为脉冲波，8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回其平均电压为式中,＝ton/T为一个周期T中，大功率晶体管导通时间的比率，称为负载电压系数或占空比,的变化范围在0~1之间。一般情况下周期T固定不变，当调节ton，使ton在0~T范围内变化时，则电动机电枢端电压Ud在0~Us之间变化，而且始终为正，因此，电动机只能单方向旋转，为不可逆调速系统。这种调节方法也称为定频调宽法。图8—3所示为稳态时电动机电枢的脉冲端电压ud、电枢电压平均值Ud、电动机反电势E和电枢电流id的

3、波形。8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回上一页由于晶体管开关频率较高，利用二极管VD的续流作用，电枢电流Id是连续的，而且脉动幅值不是很大，对转速和反电势的影响都很小，为突出主要问题，可忽略不计，即认为转速和反电势为恒值。8．1．2．不可逆、有制动力PWM变换器图8－2所示的简单不可逆电路中，电流id不能反向，因此不能产生制动作用，只能作单象限运行。需要制动时，必须具有反向电流一id的通路。因此应该设置控制反向通路的第二个功率晶体管，如图8－4(a)所示。这种电路组成的PWM传动系统可在一、二两个象限运行。8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回上一页此时，功率晶

4、体管VT1、和VT2的驱动电压大小相等、方向相反，即UG1＝－UG2。当电机在电动状态下运行时，平均电压应为正值，一个周期内分两段变化。在0≤t≤TON期间(TON为VT1导通时间)，UG1为正，VT1饱和导通；UG2为负，VT2截止。此时，电源电压US加到电枢两端，电流id沿图中的回路1流通。在TON≤t≤T期间，UG1、UG2都变极性，VT1截止，但由于电流id沿回路2经二极管VD2续流。在VD2两端产生的压降(其极性如图8－4(a)所示)给VT2施加反压，VT2并不导通。因此，实际上是VT1、VD2交替导通，VT2而始终不通，8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回

5、上一页其电压和电流波形如图8－4(b)所示，波形和图8－3的情况一样。如果在电动运行中要降低转速，则应该先减小控制电压，使UG1的正脉冲变窄，负脉变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但由于惯性的作用，转速和反电动势还来不及立即变化，造成反电动势E>Ud的局面。这时VT2就在电机制动中发挥作用。现在分析处于制动状态的工作情况。在TON≤t≤T期间，UG2变正，VT2导通，产生的反向电流－id沿回路3通过VT2流通，产生能耗制动，直到t＝T为止。在T≤t≤T＋TON（也就是0≤t≤TON）期间，VT2截止，－id沿回路4通过VD1续流，对电源回馈制动，8.1直流脉宽调制电路的工作

6、原理下一页返回上一页同时在VD1上的压降使VT1不能导通。在制动过程中VT2和VD1轮流导通，而VT1始终截止，电压和电流波形如图8－4(c)所示。反向电流的制动作用使电机转速下降，直到新的稳态。最后应该指出，当直流电源采用半导体整流装置时，在回馈制动阶段电能不可能通过它回送电网，只能向滤波电容C充电，从而造成瞬间的电压升高，称“泵升电压”。如果回馈能量大，泵升电压太高，将危及功率开关器件和整流二极管，必须采取措施加以限制。8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回上一页8．1．3．可逆PWM变换器为了克服不可逆变换器的缺点，提高调速范围，使电动机在四个象限中运行，可采用可

7、逆PWM变换器。可逆PWM变换器在控制方式上可分双极式、单极式和受限单极式三种。1.双极式PWM变换器双极式PWM变换器主电路的结构形式有H型和T型两种，我们主要讨论常用H型变换器。如图8—5所示，双极式H型PWM变换器由四个晶体管和四个二极管组成，其连接形状如同字母H，因此称为“H型”PWM变换器。它实际上是两组不可逆PWM变换器电路的组合。8.1直流脉宽调制电路的工作原理下一页返回上一页“H型”可逆输出的PWM脉宽调制电路，根据输出电压波形的极性可分为双极式和单极式两种方式，它们的电路连接形式是一样的，如图8—