脈寬調(diào)制變換器

1、 本章提要 脈寬調(diào)制變換器 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 V-M直流調(diào)速系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓U d，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與G-M系統(tǒng)相比V-M系統(tǒng)有很多優(yōu)越性，但它也有缺點(diǎn)： 電流是脈動的，產(chǎn)生諧波分量，尤其在低速時，因此需要加平波電抗器。設(shè)備投入大，體積增加，同時電感大又限制了系統(tǒng)的快速性。 當(dāng)系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變殃及附近的用電設(shè)備，也限制了調(diào)速范圍。 對過電壓、過電流敏感，要注意保護(hù)。 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： 主電路簡單，不用電抗器，用電機(jī)本身的電感，從而獲

2、得脈動很小的直流電流； 開關(guān)頻率高，電樞電流容易連續(xù)，無電流斷續(xù)問題； 系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬； 頻帶寬，響應(yīng)快； 功率因數(shù)高。電流和電壓永遠(yuǎn)相同，無無功功率問題。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)和 V-M 調(diào)速系統(tǒng)主要區(qū)別在主電路和PWM控制電路。閉環(huán)控制系統(tǒng)以及靜、動態(tài)分析和設(shè)計(jì)基本一樣。 PWM 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制變換器。 4-1 脈寬調(diào)制變換器 一、不可逆PWM變換器 電機(jī)兩端得到的平均電壓為 式中 = ton / T 為 PWM 波形的占空比， 改變 （ 0 < 1 ）即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 PWM 脈寬調(diào)速系統(tǒng)如上述介紹有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)： 過壓能力低，需保護(hù)；

3、 VT單向?qū)щ娦?，不可逆，無制動。 需要制動時，必須具有反向電流-id的通路，因此應(yīng)再設(shè)置一個電力晶體管。 二、可逆PWM變換器 可逆PWM變換器主電路有H型、T型多種形式，最常用的是橋式（亦稱H型）電路，如下圖所示。 這時，電動機(jī) M 兩端電壓的極性隨開關(guān)器件基極驅(qū)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。 2. 工作狀態(tài)與波形 正向運(yùn)行： ·在 0 t ton 期間， Ug1 =Ug4為正， VT1 、 VT4導(dǎo)通， Ug2 =Ug3為負(fù)，VT2 、 VT3截止，電流 id 沿回路1流通，電動機(jī) M兩

4、端電壓UAB = +Us ； ·在ton t T期間， Ug1 =Ug4為負(fù)， VT1 、 VT4截止；由于電感儲存很大能量，放電，維持電流方向不變，這時通過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(jī) M兩端電壓UAB = Us 。 反向運(yùn)行：先分析 tonT 階段 ·在ton t T 期間， Ug2 = Ug3 為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通， Ug1 =Ug4為負(fù)，使VT1 、 VT4截止，電流 id 沿回路3流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = Us ； ·在 T t T+ton ( 下一周期的0 t ton

5、) 期間， Ug2 = Ug3為負(fù)，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4截止，電流 id 沿回路4流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = +Us 。 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 為占空比 ·當(dāng) > 0時， t on > T/2 ，Ud = +，電機(jī)正轉(zhuǎn)； ·當(dāng) < 0時， t on < T/2 ，Ud = -，電機(jī)反轉(zhuǎn)； ·當(dāng) = 0時，ton = T/2，電機(jī)停止。 注意： 當(dāng)電機(jī)停止時電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的

6、平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電機(jī)停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。 雙極式可逆PWM制動時情況比較復(fù)雜，根據(jù)VT3、VT2的通斷情況，電機(jī)可能處在能耗制動、再生發(fā)電或反接制動，產(chǎn)生制動時一定具備上述其中一個制動過程。 性能評價 ·雙極式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)： a）電流一定連續(xù)； b）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行； c） 電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； d）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右； e）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 ·雙極式可逆PWM