運動控制合集控制系統(tǒng)

1、www.PLcWwww.PLcW第二講www.PLcW1.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源1.2 晶閘管-電動機系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）的主要問題1.3 直流脈寬調速系統(tǒng)的主要問題www.PLcWwww.PLcW第1篇直流拖動控制系統(tǒng)1.1直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速方法直流調速電源直流調速控制www.PLcWwww.PLcWwww.PLcW1.1.1 直流調速方法根據直流電機轉速方程n = U - IRKeFwww.PLcW（1-1）n U IR 轉速（r/min）； 電樞電壓（V）； 電樞電流（A）； 電樞回路總電阻（ W ）； 勵磁磁通（Wb）；FKe 由電機結構決定的電動勢常數。ww

2、w.PLcWwww.PLcW由式（1-1）可以看出，有三種方法調節(jié)電動機的轉速：（1） 調節(jié)電樞供w電ww.PL電cWor壓（2） 減弱勵磁磁通 F；U；（3）改變電樞回路電阻 R。www.PLcWwww.PLcW（1）調壓調速工作條件：保持勵磁 F = FN ； 保持電阻 R = Ra調節(jié)過程：www.P改變電壓 UN U U n ， n0 調速特性：轉速下降，機械特性曲線平行下移。nn0nNUNn1U 1LcWn2n3U 2U 3OILI調壓調速特性曲線www.PLcWwww.PLcW（2）調阻調速工作條件：保持勵磁 F = F；N保持電壓 U =UN ；調節(jié)過程：www.P增加電阻 Ra

3、 RR n ，n0不變；調速特性：轉速下降，機械特性曲線變軟。nn0nNn1R aLcWn2R 1n3R 2R 3OILI調阻調速特性曲線www.PLcWwww.PLcW（3）調磁調速n工作條件：保持電壓 U =U；N保持電阻 R = R a ；調節(jié)過程：減小勵磁 FN FF n ， n0 調速特性：轉速上升，機械特性曲線變軟。www.Pn3 n2n0n1nNFNLcWF 1F 2F 3OTLTe調磁調速特性曲線www.PLcWwww.PLcW 三種調速方法的性能與比較對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調速；減弱磁通雖然能夠w平ww.P

4、滑LcW調orld.c速n，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速（即電機額定轉速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調 速為主。www.PLcWwww.PLcW1.1.2 常用的可控直流電源旋轉變流機組用交流電動機和直流發(fā)電 機組成機組，以獲得可調的直流電壓。靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調的w直ww.P流LcW電orld.c壓n。直流斬波器或脈寬調制變換器用恒定直 流電源或不控整流電源供電，利用電力電子 開關器件斬波或進行脈寬調制，以產生可變的平均電壓。www.PLcWwww.PLcW(1)旋轉變流機組www.PLcW圖1-1旋轉變流機組供

5、電的直流調速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）www.PLcWwww.PLcW G-M系統(tǒng)工作原理由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現變流，由 G 給需要調速的直流電動機 M 供電，調節(jié)G 的勵磁即可改變其w輸ww.出PLcW電orld壓.cn電流 ifU，從而調節(jié)電動機的轉速 n 。這樣的調速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。www.PLcWwww.PLcW G-M系統(tǒng)特性第II象限n第I象限n0n1 n2-TLwww.PLcWOTLTe第III象限第IV象限圖1-2 G-M系統(tǒng)機械特性www.PLcWwww.PLcW(2)靜止式可控整流器www.PLc

6、W圖1-3 晶閘管可控整流器供電的直流調速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）www.PLcWwww.PLcW V-M系統(tǒng)工作原理晶閘管-電動機調速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），圖中VT是ww晶w.PLc閘World管.cn可控整流器，通過調節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實現平滑調速。www.PLcWwww.PLcW V-M系統(tǒng)的特點與G-M系統(tǒng)相比較：晶閘管整流裝置不僅在經濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率w放ww.大PLcW倍orl數在10以上，其門極電4流可以直接

7、用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。www.PLcWwww.PLcW V-M系統(tǒng)的問題 由于晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。 晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，若超過允許值會在很短www.PLcW的時間內損壞器件。 由諧波與無功功率引起電網電壓波形畸變， 殃及附近的用電設備，造成“電力公害”。www.PLcWwww.PLcW(3)直流斬波器或脈寬調制變換器在干線鐵道電力機車、工礦電力機車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機車等

8、電力牽引設備上，常采用直流串勵或www.PLcW復勵電動機，由恒壓直流電網供電，過去用切換電樞回路電阻來控制電機的起動、制動和調速，在電阻中耗電很大。www.PLcWwww.PLcW1). 直流斬波器的基本結構uUtonswww.PLcWUdMOTta）原理圖b）電壓波形圖圖1-5 直流斬波器-電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形控制電路www.PLcWwww.PLcW2). 斬波器的基本控制原理在原理圖中，VT 表示電力電子開關器件， VD 表示續(xù)流二極管。當VT 導通時，直流電源電壓 Us 加到電動機上；當VT 關斷時，直流樞經 VD 續(xù)流，兩電源與電機脫開，w電ww.P動LcW機orld.c電n

9、端電壓接近于零。如此反復，電樞端電壓波形如圖1-5b ，好像是電源電壓Us在ton 時間內被接上，又在 T ton 時間內被斬斷，故稱“斬波”。www.PLcWwww.PLcW3). 輸出電壓計算這樣，電動機得到的平均電壓為= ton U= rUU(1-2)dssTwww.PLcWT 晶閘管的開關周期；式中ton 開通時間；r 占空比， r = ton / T = ton f f 為開關頻率。；其中www.PLcWwww.PLcW為了節(jié)能，并實行無觸點控制，現在多用電力電子開關器件，如快速晶閘管、GTO、IGBT等。www.PLcW采用簡單的單管控制時，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈

10、沖寬度調制開關的電路，脈寬調制變換器（PWM-Pulse Width Modulation）。www.PLcWwww.PLcW4). 斬波電路三種控制方式根據對輸出電壓平均值進行調制的方式不同而劃分，有三種控制方式：T 不變，變 ton w脈ww.P沖LcWo寬度調制（PWM）； ton不變，變 T 脈沖頻率調制（PFM）；ton和 T 都可調，改變占空比混合型。www.PLcWwww.PLcW PWM系統(tǒng)的優(yōu)點（1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2） 開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少， 電機損耗及發(fā)熱w都ww.P較LcWo??；（3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬， 可達1:10

11、000左右；（4） 若與快速響應的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強；www.PLcWwww.PLcWPWM系統(tǒng)的優(yōu)點（續(xù)）（5） 功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高；（6） 直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流器高。www.PLcWwww.PLcWwww.PLcW小結三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀 6070 年代得到廣泛應用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。直流 PWMwww調.PLcW速orld.c系n統(tǒng)作為一種新技術，發(fā)展迅速，應用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調速方式。w

12、ww.PLcWwww.PLcW1.2晶閘管-電動機系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）的主要問題本節(jié)討論V-M系統(tǒng)的幾個主要問題：（1）觸發(fā)脈沖相位控制；（2） 電流脈動及其波w形ww.的PLcW連orld.續(xù)cn（3） 抑制電流脈動的措施；（4） 晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性；（5） 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數和傳遞函數與斷續(xù)；www.PLcWwww.PLcW1.2.1觸發(fā)脈沖相位控制在可控整流電路中，調節(jié)觸發(fā)裝置輸出脈沖的相位， 即可很方便地改變可控整流器 VT 輸www.P出瞬時電壓 u的d波形以及輸出平均電壓 U的數值。dTVTiduVTLa)u1u2udRu2LcWbo) rld.cwtp2pwt

13、1ugc)O0wtud+d)O0 awtide)O0qwtuVTf)O0wtOn0www.PLcWwww.PLcW 等效電路分析如果把整流裝置內阻移到裝置外邊，看成是其負載電路電阻的一部分，w那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時值 ud0 和平均值 Ud0 來表示，相當于用圖示的等效電路代替實際的整流電路。ww.PLcWIdUd0E圖1-7 V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖www.PLcWwww.PLcW 瞬時電壓平衡方程di= E + i R + Ludd0ddt(1-3)E 電動機w反ww.P電LcW動orld.c勢n式中；id 整流電流瞬時值；L 主電路總電感；R 主電路等效電阻； 且有 R

14、 = Rrec + Ra + RL；對Ud0進行積分，即得理想空載整流電壓平均值Ud0 。www.PLcWwww.PLcW用觸發(fā)脈沖的相位角a 控制整流電壓的平均值Ud0 是晶閘管整流器的特點。Ud0與觸發(fā)脈沖相位角 a 的關系因整流電路的形式www.PLcW而異，對于一般的全控整流電路，當電流波形連續(xù)時= mUsincosa mmUd0式中 a 從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；Um a = 0 時的整流電壓波形峰值；m 交流電源一周內的整流電壓脈波數對于不同的整流電路，它們的數值如表1-1所示。www.PLcWwww.PLcW表1-1不同整流電路的整流電壓值* U2 是整流變壓器二次側額定

15、相電壓的有效值。整流電路單相全波三相半波三相全波六相半波Um2U 2 *www.PLcW2U 26U 22U 2m2366Ud00.9U 2 cosa1.17U 2 cosa2.34U 2 cosa1.35U 2 cosawww.PLcWwww.PLcW 整流與逆變狀態(tài)當 0 a 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側輸送到直流側；當 p/2 a awww.PLcWU 0 ，裝置處于有源逆時，maxd0變狀態(tài)，電功率反向傳送。為避免逆變顛覆，應設置最大的移相角限制。相控整流器的電壓控制曲線如下圖www.PLcWwww.PLcW 逆變顛覆限制www.PLcWO圖1-8 相控整流器的電壓控制

16、曲線通過設置控制電壓限幅值， 來限制最大觸發(fā)角。www.PLcWwww.PLcW1.2.2電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)由于電流波形的脈動，可能出現電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，這是V-M系統(tǒng)不同于G-M系統(tǒng)的又一特點。 當V-M系統(tǒng)主電路有足夠大的電感量，且電動機的負載也足夠大時，整www流.PLc電Worl流 便具有連續(xù)的脈動波形。當電感量較小或負載較輕時，在某一相導通后電 流升高的階段，電感中的儲能較少；等到電流下降而 下一相尚未被觸發(fā)以前，電流已經衰減到零，于是，便造成電流波形斷續(xù)的情況。www.PLcWwww.PLcW V-M系統(tǒng)主電路的輸出uuaubucududuaubucudUd Eww

17、wwt.PLcWOwtaiidiciaibicOwtOwta）電流連續(xù)b）電流斷續(xù)圖1-9 V-M系統(tǒng)的電流波形dUd EOaiaibicdicwww.PLcWwww.PLcW1.2.3抑制電流脈動的措施在V-M系統(tǒng)中，脈動電流會產生脈動的轉矩，對生產機械不利，同時也增加電機的發(fā)熱。為了ww避w.PL免cWor或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動的措施，主要是： 設置平波電抗器； 增加整流電路相數； 采用多重化技術。www.PLcWwww.PLcW（1）平波電抗器的設置與計算U 2L = 2.87單相橋式全控整流電路（1-6）Id minwww.PLcWU2L = 1.46三相半波整流電路（1-

18、7）IdminL = 0.693 U2三相橋式整流電路（1-8）Idminwww.PLcWwww.PLcW（2）多重化整流電路如圖電路為由2個三相橋并聯而成的12脈波整流電路，使用了平衡電抗器來平衡2組整流器的電流。1Lwww.PLcWorlVTTccL12b1b2aaMM12并聯多重聯結的12脈波整流電路dP.cn 2www.PLcWwww.PLcW1.2.4晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為11wwwm.PLcW cosa - I R)n =- I R) =(U(U m sinm（1-9）d 0ddCCeeCe = KeFN 電機在額定磁通下的電動勢系數

19、式中www.PLcWwww.PLcW（1）電流連續(xù)情況改變控制角a， 得一族平行直線，這和G-M系統(tǒng)的特性很w相似，如圖1-10所示。圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時電流波形可能斷續(xù)，公式（1-9）已經不適用了。nn = Id R / Ceww.PLcWaOILId圖1-10 電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性www.PLcWwww.PLcW上述分析說明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可ww以w.PLc看World成.cn控電壓源。是一個線性的可www.PLcWwww.PLcW（2）電流斷續(xù)情況當電流斷續(xù)時，由于非線性因素，機械特性方程要復雜得多。以三相半波整流電路構成的V-M 系統(tǒng)為例，電

20、流斷續(xù)時機械特性須用下列方程組表示www.PLcW66j sin(+ a+ q - j ) - sin(+ a- j ) e - q ctg j2Ucos2n =(1-10)e - q ctg j(1 -C)e32U66C e+ a ) - cos(+ a + q ) -qn I=(1-11)2cos(d2 R2U2w LR；q 一個電流脈波的導通角。式中j = arctgwww.PLcWwww.PLcW（3）電流斷續(xù)機械特性計算當阻抗角j 值已知時，對于不同的控制角 a，可用數值解法求出一族電流斷續(xù)時的機械特ww性w.PL。cW對于每一條特性，求解過程都計算到 q = 2p/3為止，因為q

21、角再大時，電流便連續(xù)了。對應于 q = 2p/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。www.PLcWwww.PLcW（4）V-M系統(tǒng)機械特性www.PLcW圖1-11 完整的V-M系統(tǒng)機械特性www.PLcWwww.PLcW（5）V-M系統(tǒng)機械特性的特點圖1-11繪出了完整的V-M系統(tǒng)機械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。由圖可見：www.PLcW 當電流連續(xù)時，特性還比較硬； 斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉速翹得很高。www.PLcWwww.PLcW1.2.5晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數和傳遞函數在進行調速系統(tǒng)的分析和設計時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當作系統(tǒng)中的一個環(huán)

22、節(jié)來看www待.PLcW。應用線性控制理論進行直流調速系統(tǒng)分析或設計時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數和傳遞函數。www.PLcWwww.PLcW實際的觸發(fā)電路和整流電路都是非線性的，只能在一定的工作范圍內近似看成線性環(huán)節(jié)。www.PLcW如有可能，最好先用實驗方法測出該環(huán)節(jié)的輸入-輸出特性，即曲線，圖1-13 是采用鋸齒波觸發(fā)器移相時的特性。設計時，希望整個調速范圍的工作點都落在特性的近似線性范圍之中，并有一定的調節(jié)余量。www.PLcWwww.PLcW 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數的計算晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數可由工作范圍內的特性率決定，計算方法是www.PLcWDUdK =(1-1

23、2)sDUc圖1-13 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出特性和的測定www.PLcWwww.PLcW晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數的計算如果不能實測特性，只好根據裝置的參數估算。 例如：設觸發(fā)電路控制電壓的調節(jié)范圍為www.PLcWUc = 010V相對應的整流電壓的變化范圍是Ud = 0220VKs = 220/10 = 22可取www.PLcWwww.PLcW 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應是由晶閘ww管w.PL的cWorl失控時間引起的。眾所周知，晶閘管一旦導通后，控制電壓的變化在該器件關斷以前就不再起作用，直到下一相

24、觸發(fā)脈沖來到時才能使輸出整流電壓發(fā)生變化，這就造成整流電壓滯后于控制電壓的狀況。www.PLcWwww.PLcW（1）晶閘管觸發(fā)與整流失控時間分析u2 O0 tudUd01Uwww.PLcWd02 0OUTst Ucc1Uc2 O0a1a1a2a2t O0 t圖1-14 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時間www.PLcWwww.PLcW（2）最大失控時間計算顯然，失控制時間是隨機的，它的大小隨發(fā)生變化的時刻而改變，最大可能的失控時間 就是兩個相鄰自然換相點之間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關，由下式確定www.PLcW1(1-13)=Tsmaxmff 交流電流頻率；式中m 一周內整流電壓的

25、脈沖波數。www.PLcWwww.PLcW（3）Ts 值的選取相對于整個系統(tǒng)的響應時間來說，Ts 是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計平均值 Ts = Tsmax /2，并認為是常數。也有人主張按最嚴重的情況考慮，取Ts =Tsmax。表1-2列出了不同整流電路的失控時間。www.PLcW表1-2 各種整流電路的失控時間（f =50Hz）整流電路形式最大失控時間 Tsmax（ms）平均失控時間 Ts（ms）單相半波單相橋式（全波） 三相半波三相橋式、六相半波20106.673.331053.331.67www.PLcWwww.PLcW（4）傳遞函數的求取用單位階躍函數表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流

26、裝置的輸入-輸出關系為= K U1(t -T )Uwww.PLcWd0scs按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數為W(s) = Ud0 (s) = Ke-Ts s（1-14）ssU (s)cwww.PLcWwww.PLcW由于式（1-14）中包含指數函數，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設計都比較麻煩。為了簡化，先將該指數函數按臺勞級數展開，則式（1-14）變成www.PLcWKsKse-Ts sW (s) = K=ss1+ T s + 1 T+ 1 TeTs s2 s23s3+sss2!3!（1-15）www.PLcWwww.PLcW（5）近似傳遞函數考慮到 Ts 很小，可忽略高次項

27、，則傳遞函數便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。www.PLcWKsW (s) （1-16）s1+ T sswww.PLcWwww.PLcW（6）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構W圖1-15 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構圖（b） 近似的(a) 準確的Ud0(s)oU(s)cUww(ws.)PLcd0Uc(s)Kss Tss s +1K e-Tssssswww.PLcWwww.PLcW1.3直流脈寬調速系統(tǒng)的主要問題自從全控型電力電子器件問世以后，就出現了采用脈沖寬度調制（PWM）的高頻開關控制方式 形成的脈寬調制變換器-直流電動機調速系統(tǒng)，簡PWM調速系統(tǒng)。稱直流脈寬調速系統(tǒng)w，ww.P即LcW直orld.流c

28、n本節(jié)提要（1） PWM變換器的工作狀態(tài)和波形；（2） 直流PWM調速系統(tǒng)的機械特性；（3） PWM控制與變換器的數學模型；（4） 電能回饋與泵升電壓的限制。www.PLcWwww.PLcW1.3.1PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形PWM變換器的作用是：用PWM調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度w可ww.P變LcWo的脈沖電壓系列， 從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速。PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類，下面分別闡述其工作原理。www.PLcWwww.PLcW1. 不可逆PWM變換器（1）簡單的不可逆PWM變換器簡單的不可逆PWM變換器-

29、直流電如圖1-16所示，動機系統(tǒng)主電路ww原w.PL理cWor圖功率開關器件可以是任意一種全控型開關器件，這樣的電路又稱直流降壓斬波器。www.PLcWwww.PLcW 主電路結構VT+idCUs_Ug+www.PLEcWorld_.cnMM2VD（a）電路原理圖圖1-16 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)1www.PLcWwww.PLcW圖中：Us 為直流電源電壓，C 為濾波電容器， VT為功率開關器件， VD為續(xù)流二極管， M 為直流電動機，VT 的柵極由脈寬可調的脈沖電壓系列Ug驅動。www.PLcWwww.PLcWwww.PLcW 工作狀態(tài)與波形在一個開關周期內，U, i當0

30、t ton時，Ug為正，VT導通，電源UsUd電壓通過VT加到電www.PLcEid動機電樞兩端；當ton t T 時， Ug為負，VT關斷，電樞失去電源，經VD續(xù)流。0OtTton圖1-16b 電壓和電流波形Wwww.PLcWwww.PLcW 輸出電壓方程電機兩端得到的平均電壓為= ton(1-17)U= rUUdssTwww.PLcW式中 r = ton / T 為 PWM 波形的占空比，改變 r （ 0 r Ud 的局動勢E還來不及變化，因而造成面，很快使電流id反向，VD2截止， VT2開始導通。www.PLcWwww.PLcW制動狀態(tài)的一個周期分為兩個工作階段： 在 0 t ton期

31、間，VT2 關斷，id 沿回路 4 經VD1 續(xù)流，向電源回饋制動，與此同時， VD1兩端壓降鉗住 VT 使它不能導通。www.PLcW1 在 ton t T期間， Ug2 變正，于是VT2導通，反向電流 id 沿回路 3 流通，產生能耗制動作用。因此，在制動狀態(tài)中， VT2和VD1輪流導通，而VT1始終是關斷的，此時的電壓和電流波形示于圖1-17c。www.PLcWwww.PLcWn 輸出波形Ug VD1VD1VD1VD1tU, iUsEUdO0tidc）制動狀態(tài)的電壓電流波形www.PLcW4ton3T43434VT2VT2VT2www.PLcWwww.PLcW工作狀態(tài)與波形

32、（續(xù)）輕載電動狀態(tài)有一種特殊情況，即輕載電動狀態(tài)，這時平均電流較ww小w.PL，cWorl以致在關斷后經續(xù)流時，還沒有到達周期 T ，電流已經衰減到零，此時，因而兩端電壓也降為零，便提前導通了，使電流方向變動， 產生局部時間的制動作用。www.PLcWwww.PLcW輕載電動狀態(tài)，一個周期分成四個階段： 第1階段，VD1續(xù)www流.PLc，Worl電 流 id 沿回路4流通. 第2階段，VT1導通，電流 id 沿回路1流通. 第3階段，VD2續(xù)流，電流 id 沿回路2流通. 第4階段，VT2導通，電流 id 沿回路3流通.www.PLcWwww.PLcW在1、4階段，電動機流過負方向電流，電機

33、工作在制動狀態(tài)；在2、3階段w，ww.P電LcWo動機流過正方向電流，電機工作在電動狀態(tài)。因此，在輕載時，電流可在正負方向之間脈動，平均電流等于負載電流， 其輸出波形見圖1-17d。www.PLcWwww.PLcWn 輸出波形U, i UsWU0tonTdE1243 O0idd）輕載電動狀態(tài)的電流波形www.PLcT12ton43twww.PLcWwww.PLcW小結表1-3二象限不可逆PWM變換器的不同工作狀態(tài)期間工作狀態(tài)0 tonton T0 t 4t4 tonton t2t2 T一般電動狀態(tài)導通器件電流回路電流方向www.PVLcTW1+VD2 2+制動狀態(tài)導通器件電流回路電流方向VD1

34、 4VT2 3輕載電動狀態(tài)導通器件電流回路電流方向VD1 4VT1 1+VD2 2+VT2 3www.PLcWwww.PLcW2. 橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖1-20所示。www.PLcW這時，電動機M兩端電壓的極性隨開關器件柵極驅動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。www.PLcWwww.PLcWn H形主電路結構+UsVT142VT33VD1VD3Ug1www.PLcWUg3A+MMBVT2VT4VD2VD4Ug231Ug4圖

35、1-18 橋式可逆PWM變換器www.PLcWwww.PLcWn 雙極式控制方式（1）正向運行： 第1階段，在 0 t ton 期間， Ug1 、 Ug4為正，VT1、 VT4導通， Ug2 、 Ug3為負，VT2 、 VT3www.PLcW截止，電流 id 沿回路1流通，電動機M兩端電= +Us ；壓UAB 第2階段，在ton t T期間， Ug1 、 Ug4為負，VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3續(xù)流， 并鉗位使VT2 、 VT3保持截止，電流 id 沿回路2流通，電動機M兩端電壓UAB = Us ；www.PLcWwww.PLcWn 雙極式控制方式（續(xù)）（2）反向運行： 第1階

36、段，在 0 t ton 期間， Ug2 、 Ug3為負，VT2、 VT3截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗www.PLcW位使 VT1 、 VT4截止，電流 id 沿回路4流通，電動機M兩端電壓UAB =+Us ； 第2階段，在ton t T 期間， Ug2 、 Ug3 為正，VT2 、 VT3導通， Ug1 、 Ug4為負，使VT1 、VT4保持截止，電流 id 沿回路3流通，電動機M兩端電壓UAB = Us ；www.PLcWwww.PLcW輸出波形 U, iU, i+Us+UswU.PLcWorldEidttid EUd-Usb) 正向電動運行波形c) 反向電動運行波形O0tonTO0wwton-UsTwww.PLcWwww.PLcWn 輸出平均電壓雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為- T - ton= ton= ( 2ton（1-19）-1)UUUUdsssTTTwww.PLcW如果占空比和電壓系數的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中g = 2r 1（1-20）注意：這里 g 的計算公式與不可逆變換器中的公式就不一樣了。www.PLcWwww.PLcWn