直流电动机概述 第1篇 /7 图1直流电机物理模型 直流传动控制系统 图上直流电动帆 +白 直流电动机的稳态特性 n=-1R KO 意上式可以看热有三种方法调节电动机的 图3直流电动机等效电路 (1)调节电枢供电电压U, 直流电动机稳态时电压平衡方程式 (2)减弱励磁磁通①： (3)改变电枢回路电阻R。 U=KDyn+I R=Cn+I R (1)调压调速nV=R.-R (2)变电阻调速。-心 。工作条件： 。工作条件 保特局磁重=重、 保持励磁雪=重、 保持电阻R=风， 保持电压0-： 调节过程： 调节过程： 改变电压→心 增加电阻尾→什 小→m,m R个n,n不变 。调速特性 调速特性： 转速下降，机械特性曲 转速下降，机械特性曲线 线平行下移
(3)调磁调速m=U-RVR K中人中K9%-4M 三种调速方法的性能与比较 。工作条件， 改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑 保持电压U= 保持电阻R=R,: 调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案， 在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升 。调节过程， 诚小勋磁中、→西 速。 Φ→mt,m↑ 因此，自动控制的直流调速系统往往以压口 调速特性 为主。 转速上升，机械特性曲线 变软。 调调道静性纯 直流调速系统以调压调速为主！ 内容提要 第2章 一晶闸管整流器直流电动机系统的工作原理 开环控制的直流调速系统 及调速特性 PWM变换器-直流电动机系统的工作原理 及调速特性 稳态调速性能指标和开环系统存在的问题 §21晶闸管整流器直流电动机系统的工作 原理及调速特性(VM系统) 2.11.电路组成 E 图2VM系主电略的等效电略图 电压瞬时值表达式为： 电动机反电动势V1 uno=E+ik+Ldi dt 整流电流瞬时值(A方 图2品闸管可控流舞供电的直流速系统(率 wn-E=元，R+L 主电路总电感 R 主电路总电阻@
2.1.2V-M系统的控制过程 2.1.3.晶闸管整流输出电压 调节控制电压， ☑ 在理想情况下，U,和U。之间呈线性关系： 改变触发装置GT输出脉冲的相 ,⊙0s Uao=KU (2-1) 改变可控整流器VT输出瞬时电 电的歌位改变物出的平均 式中，U—整流输出平均电压， ,控制电压， 0,-1R K一一品闸管整流器放大系数， 改变电机的转速口 KΦ 晶闸管整流输出的电压平均值： 。对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时， 可用下式表示： 整流电路单相全波 三相半波三相全波 Uno=f(a) U。 2U. 6U. Un=U sin m cosa (2-3) m 6 式中，《—从自然换相点算起的触发脉冲控制角 U40 0.9U,cos 一《=0时的整流电压波形峰值： m—交流电源一周内的整流电压脉波数。 mU sin 2,1,4电枢回路的电流波形 电流脉动的原因：由于电压波形的脉动造成了电流波 形的脉动 T。=KDwl 晶闸管导通的条件： 在整流变压器二次侧额 定相电压和的瞬时值大 ☑的 于反电动势E时，晶闸管 才可能被触发导通 会产生电枢电流
为了使电枢电流连续：要有续流电感L! 如拼纸到纹下，靠墙作用可以准持也焦株 然而即使有续流 电感L, 当电动机所带负载电 康较小时， 电感中的 储能较少， 等到。下降到零时， 造成电流波形断续 在，上升阶段，电感储能： 在下降阶段，电感中的能量将释放出来维持电流连续。 V-M系统主电路的输出 抑制电流脉动和断续的措施 MAA ①增加整流电路相数，或采用多重化技术： ②设置电感量足够大的平波电抗器。 。)电流连造 6)电液能圆 V1系毓的电流波形 2,15V-M系统的机械特性 n= -U0-1R)n =,-△n 。当电流波形连续时，M系统的机械特性方程式为 n= (Uao-1R) (2-7 m-稳态速降 Ce 式中，Ce一电动机在额定慰通下的电动势系数 C。=Kpw 图2-5电流连续时V系统的机械特性
216晶闸管触发和整流装置的传递函数 0=K,-T) 稳态关系 Uao=KU 品闸管整流器的输入输出关系 uo()=Ku.(t-T） 安护时问是个初机但， 滑后作用是由品闸管整流装置的失控时间引起的。 大时间是个相部自然相之的时间，它与 交见电0◆和晶间冒号风物的典型有天， 最大失控时间计算 表2-2晶闸管整流器的失控时间(50H2) m (2-12 最大失控时间平均失控时间 整流电路形式 7smax(mS)T(ms)】 式中，∫—交流电源频率z), 单相半波 一周内整流电压的脉波数。 单相桥式（全波 平均失控时间 三相半波 66 三料相桥式 3.33 1.67 ■晶闸管装置的传递函数为 传递函数的近似处理 ()-u)=K. ·按泰勒级数展开，可得 ao(0=K,4(t-T) W(s)-K- 1+Ts- ++ m,6)= ■依据工程近似处理的原则，可忽略高次项 =K.e7 U.(s) (2-14) 把整流装置近似看作一阶惯性环节： K W,s)产+ (2-15
U(s) K.U.(s) 1+Ts Uao(s) K.e-Tas 电 表置的数学模型 a)准确的 Ue(s) Lao(s) 这种系统电动机能否反转？ b)近似的 图？-9晶闸管触发与整流装置动态结构图 2.17V-M系统的可逆运行 必须使用两 实现可逆调速 。电动机正转时，由正组品闸管装置V下供电： 。反转时，由反组品闸管装置VR供电。 安向 电路结构 GT一正组抛发装量GTR一反组敏发装里AR-反号题 )运行花 图10两组晶管可控整流装置反并联可线略 2.1.8V-M系统运行中存在的问题 内容小结 ○由晶闸管相控整流装置供电组成的YM系统 (1)晶闸管是单向导电的，给系统的可逆运行遭 的工作原理及特性。 (2)晶闸管对过电压、过电流和过高的du/d与 控制过程如下： di/dt都十分敏感。 ●U。一触发脉冲的相位 (3)半控整流电路谐波与无功功率引起电网电压 波形畸变，殃及附近的用电设备，晶闸管的导 可逆运行国难 通角变小时会使得系统的功率因数也随之减少 ,称之为“电力公害”。 变装梦电路说功功率引起电阿电压放毛
S2.2直流 全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲 形成 ○变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法， 球变 直流电动机调速系统，面称直 宽调速系统，或直流 把恒定的直流电源电压调制成须率一定、宽度可变 PWI调速系统。 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，总体上可分为不司 逆与可逆两大类。 直流脉调速系统组成把图 2.2.1不可逆直流脉宽调速系统 工作状态与波形 1简单直流脉宽调速系统 在一个开关周期内 ·主电路结构 当0s1<n时，U 为正，VT导通， 电源电压通过VT 加到电动机电枢两 端，即 u=U 当≤1KT时 VD 经VD续流，此时 图2.1葡单的不可逆PW变直流电动机系线 =0 师电压和电流形 在一个开关周期内，电枢两端的平均电压为 能否实现电动机的 U,==U=p, (2-17) 制动运行 即：改变占空比p0sP 即可实现 直流电动机的调压调速。 只能正向电 令号为PWM电压系数，则在不可逆 。不可逆直流脉宽调速系统不允许电流反向， PWM变换器中 Y=P ●续流二极管VD的作用只是为，提供一个续流的通道， (2-20) 如果要实现电动机的制动，必须为其提供 反问电流通道
2有制动电流通路的不可逆直流脉宽调速系统 (1)一般电动状态 。一个开关周期内 VT, 间， T导通，T关断。 VT 电流沿图中的回路 流通 期间 关 路 经二极管VD,续流 。T和VD交普导通 T和D.始终关断 (2)制动状态： 。因此，在制动状态 VD 中，VT2和VD1轮 流导通，而VT1始 终是关断的。 末VD U的正冲比 负脉冲窄 i始终为负 图2-12制动状老的电压、电流波形 U.I (3)轻载电动状态 轻载电动状态： 个周期分成四个阶段： 毫瑞楼 毫是 第阶段，VD,续流，电动机能否反向运行了 电流-i沿回路流通 轻载
小结 2.2.2可逆直流脉宽调速系统 n 不可建是因为平均电压心始终大于零，电流虽 D:本 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 可逆的直流脉宽调速系统。 图13桥式可PW变换舞电 工作过程分析 工作过程分析： o四回8 2 正向电动状态：在一个开关周期内 ■，U的平均值为正，电 机正转，反之则反转。 (2)当m≤7时，驱动电压反 ■平均输出电压为， 号，，沿回路2经二极管续流， 动机停止。 UAB--Us 。双极式控制方式的不是之 。双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点 处是： 。(1)电流一定连续： 在工作过程中，4个开 。(2)可使电动机在四象限运行 关器件可能都处于开关状 态，开关损耗大，而且在 。(3)电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死 切换时可能发生上、下桥 区； 臂直通的事故，为了防止 。(4)低速平稳性好，系统的调速范围大 直通，在上、下桥臂的驱 动脉冲之间，应设量理铜 延时环节
22.3直流脉宽调速系统的机械特性 2)机械特性 机械特性方程式为 )电压平均值方程 n=义-尽1，=% U、=RI+E=RI+Cn (2-25) C.C. (2-260 用转矩表示为T=K,中， 平均电压 R U。=U RT.=no T C.C. (2-27 平均电流 转速 式中，C。=K心、一电动机在额定散通下的转矩系数 n=C. 一理想空较转速，与电压系数成正比 C n-N -CC.T.--CC.T 22.4PWM控制器与变换器的动态数学模型 0.75n0s 图-16Pw1控制卷与变款号框围 0.5nos =0. 传递函数为W() U(s) U.(s) 2-28) 0. =0.5 式中：K一PWM装置的放大系数 -PVM装置的延迟时间， 近似的传递函数； W.(s)≈ 2-29 图一15直流W溪速系统（电痛连续)的机械特径 2.2.5直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压 、对滤波电容充电的结果造成直流侧电压 。PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控 升高，称作“泵升电压”。 的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获 。系统在制动时释放的动能将表现为电容 得恒定的直流电压。 储能的增加， 。当电动机工作在回馈制动状态时，电能不可能通过 。要适当地选择电容的电容量，或采取其 整流装置送回交流电网，只能向滤波电容充电， 。形成直流PVM变换器-电动机系统特有的电能回锁 它措施，以保护电力电子开关器件不被 泵升电压击穿。 间题