電力拖動(dòng)控制2

電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院第1篇

直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第2篇交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)引言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，為了保持由淺入深的教學(xué)順序，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。第1篇直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程n—轉(zhuǎn)速；U—電樞電壓；

I—電樞電流；

R—電樞回路總電阻；Φ—?jiǎng)?lì)磁磁通；

Ke—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。調(diào)節(jié)電樞供電電壓減弱勵(lì)磁磁通改變電樞回路電阻電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁=N；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過程：改變電壓UN

U

Un，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁=N

；保持電壓U=UN；調(diào)節(jié)過程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線（3）調(diào)磁調(diào)速工作條件：保持電壓U=UN

；保持電阻R=Ra；調(diào)節(jié)過程：減小勵(lì)磁N

n，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線三種調(diào)速方法的性能與比較對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組靜止式可控整流器脈寬調(diào)制變換器可控直流電源第1章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

根據(jù)前面分析，調(diào)壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，而調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門向電動(dòng)機(jī)供電的可控直流電源。本節(jié)介紹幾種主要的可控直流電源。常用的可控直流電源有以下三種旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)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(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)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(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）

交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)

G-M系統(tǒng)工作原理

由原動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī)）拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，國(guó)際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。n第I象限第IV象限OTeTL-TLn0n1n2第II象限第III象限G-M系統(tǒng)機(jī)械特性旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組靜止式可控整流器晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）

晶閘管可控整流器

V-M系統(tǒng)工作原理

晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），圖中VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc

來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。

V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)與G-M系統(tǒng)相比較：晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)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放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機(jī)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(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

V-M系統(tǒng)的問題由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。晶閘管對(duì)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(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。1.1.3直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器

在干線鐵道電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、城市有軌和無軌電車和地鐵電機(jī)車等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電網(wǎng)供電，過去用切換電樞回路電阻來控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器

為了節(jié)能，并實(shí)行無觸點(diǎn)控制，現(xiàn)在多用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘管、GTO、IGBT等。采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開關(guān)的電路，脈寬調(diào)制變換器（PWM-PulseWidthModulation）。a）原理圖b）電壓波形圖tOuUsUdTton控制電路M1.直流斬波器的基本結(jié)構(gòu)圖1-5直流斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形

2斬波器的基本控制原理在原理圖中，VT表示電力電子開關(guān)器件，VD表示續(xù)流二極管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓Us加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，直流電源與電機(jī)脫開，電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，電樞端電壓波形如圖1-5b，好像是電源電壓Us在ton時(shí)間內(nèi)被接上，又在T–ton時(shí)間內(nèi)被斬?cái)啵史Q“斬波”。這樣，電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為3.輸出電壓計(jì)算(1-2)式中T—晶閘管的開關(guān)周期；ton

—開通時(shí)間；

—占空比，=ton/T=tonf；其中f為開關(guān)頻率。

4.斬波電路三種控制方式根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同而劃分，有三種控制方式：T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）；ton不變，變T—脈沖頻率調(diào)制（PFM）；ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。PWM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少開關(guān)頻率高，電流易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱小低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗小，頻率適當(dāng)時(shí)開關(guān)損耗小，裝置效率高小結(jié)三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)60~70年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)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(diào)速方式。返回目錄1.2晶閘管-電動(dòng)機(jī)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(gè)主要問題：（1）觸發(fā)脈沖相位控制；（2）電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù)；（3）抑制電流脈動(dòng)的措施；（4）晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性；（5）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。

在如圖可控整流電路中，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器VT輸出瞬時(shí)電壓ud

的波形，以及輸出平均電壓Ud

的數(shù)值。OOOOO1.2.1觸發(fā)脈沖相位控制Ud0IdE等效電路分析

如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負(fù)載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時(shí)值ud0和平均值Ud0來表示，相當(dāng)于用圖示的等效電路代替實(shí)際的整流電路。圖1-7V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖

式中

—電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；—整流電流瞬時(shí)值；—主電路總電感；—主電路等效電阻；且有R=Rrec+Ra+RL；EidLR瞬時(shí)電壓平衡方程(1-3)對(duì)ud0進(jìn)行積分，即得理想空載整流電壓平均值Ud0。

用觸發(fā)脈沖的相位角

控制整流電壓的平均值Ud0是晶閘管整流器的特點(diǎn)。

Ud0與觸發(fā)脈沖相位角

的關(guān)系因整流電路的形式而異，對(duì)于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時(shí)，Ud0=f()可用下式表示

式中—從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角；—

=

0時(shí)的整流電壓波形峰值；—交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對(duì)于不同的整流電路，它們的數(shù)值如表1-1所示。Umm整流電壓的平均值計(jì)算(1-5)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(cè)額定相電壓的有效值。整流與逆變狀態(tài)當(dāng)0<</2時(shí)，Ud0>0，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)；當(dāng)/2<<max

時(shí)，Ud0<0，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。相控整流器的電壓控制曲線如下圖

圖1-8相控整流器的電壓控制曲線

O逆變顛覆限制

通過設(shè)置控制電壓限幅值，來限制最大觸發(fā)角。1.2.2電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù)

由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)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)的又一個(gè)特點(diǎn)。當(dāng)V-M系統(tǒng)主電路有足夠大的電感量，而且電動(dòng)機(jī)的負(fù)載也足夠大時(shí)，整流電流便具有連續(xù)的脈動(dòng)波形。當(dāng)電感量較小或負(fù)載較輕時(shí)，在某一相導(dǎo)通后電流升高的階段里，電感中的儲(chǔ)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(jīng)衰減到零，于是，便造成電流波形斷續(xù)的情況。V-M系統(tǒng)主電路的輸出圖1-9V-M系統(tǒng)的電流波形a）電流連續(xù)b）電流斷續(xù)OuaubucaudOiaibicictEUdtOuaubucaudOiaibicicEUdudttudidid1.2.3抑制電流脈動(dòng)的措施在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措施，主要是：設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；采用多重化技術(shù)。（1）平波電抗器的設(shè)置與計(jì)算單相橋式全控整流電路三相半波整流電路三相橋式整流電路（1-6）（1-8）（1-7）1.2.4晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性

當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為

式中Ce=KeN—電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。式（1-9）等號(hào)右邊Ud0表達(dá)式的適用范圍如第1.2.1節(jié)中所述。（1-9）（1）電流連續(xù)情況改變控制角，得一族平行直線，這和G-M系統(tǒng)的特性很相似，如圖1-10所示。圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時(shí)電流波形可能斷續(xù)，公式（1-9）已經(jīng)不適用了。圖1-10電流連續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性

△n=Id

R/CenIdILO上述分析說明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個(gè)線性的可控電壓源。電流連續(xù)情況(續(xù))當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于非線性因素，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。以三相半波整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性須用下列方程組表示

(1-10)

(1-11)式中；—一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通角。（2）電流斷續(xù)情況（3）電流斷續(xù)機(jī)械特性計(jì)算當(dāng)阻抗角值已知時(shí)，對(duì)于不同的控制角，可用數(shù)值解法求出一族電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。對(duì)于每一條特性，求解過程都計(jì)算到=2/3為止，因?yàn)榻窃俅髸r(shí)，電流便連續(xù)了。對(duì)應(yīng)于=2/3的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。圖1-11完整的V-M系統(tǒng)機(jī)械特性（4）V-M系統(tǒng)

機(jī)械特性（5）V-M系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn)圖1-11繪出了完整的V-M系統(tǒng)機(jī)械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。由圖可見：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，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(zhuǎn)速翹得很高。1.2.5晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和

傳遞函數(shù)在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)來看待。應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時(shí)，須事先求出這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。實(shí)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(nèi)近似看成線性環(huán)節(jié)。如有可能，最好先用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)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(shí)的特性。設(shè)計(jì)時(shí)，希望整個(gè)調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線性范圍之中，并有一定的調(diào)節(jié)余量。晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的計(jì)算

晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是 圖1-13晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出特性和的測(cè)定

(1-12)如果不可能實(shí)測(cè)特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。例如：設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為

Uc=0~10V相對(duì)應(yīng)的整流電壓的變化范圍是

Ud=0~220V可取Ks

=220/10=22晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)估算晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時(shí)間引起的。眾所周知，晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前就不再起作用，直到下一相觸發(fā)脈沖來到時(shí)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。u2udUctta10Uc1Uc2a1tt000a2a2Ud01Ud02TsOOOO（1）晶閘管觸發(fā)與整流失控時(shí)間分析圖1-14晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間顯然，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定

(1-13)（2）最大失控時(shí)間計(jì)算式中

—交流電流頻率；—一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。fm

（3）Ts

值的選取

相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來說，Ts是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值Ts

=Tsmax/2，并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)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(shí)間。表1-2各種整流電路的失控時(shí)間（f=50Hz）用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關(guān)系為按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為

（1-14）（4）傳遞函數(shù)的求取由于式（1-14）中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開，則式（1-14）變成

（1-15）

（5）近似傳遞函數(shù)考慮到Ts

很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。

（1-16）（6）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)Uc(s)Ud0(s)Uc(s)Ud0(s)(a)準(zhǔn)確的（b）近似的圖1-15晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖ssss返回目錄1.3直流脈寬調(diào)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(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）的高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。PWM變換器的作用：用PWM調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。不可逆PWM變換器簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

VDUs+UgCVTidM+__E21U,iUdEidUsttonT0電壓和電流波形電機(jī)兩端得到的平均電壓PWM的占空比=ton

/TPWM電壓系數(shù)=Ud/Us0≤

<1=有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+VT2Ug2VT1Ug1-id一般電動(dòng)狀態(tài):電流始終為正值在0≤

t≤

ton期間，Ug1為正，VT1導(dǎo)通，Ug2為負(fù)，VT2關(guān)斷。

2.在ton

≤

t≤

T期間，Ug1和Ug2都改變極性，VT1關(guān)斷，但VT2卻不能立即導(dǎo)通，因?yàn)閕d沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加反壓，使它失去導(dǎo)通的可能。U,iUdEidUsttonT00一般電動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形一般電動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形與簡(jiǎn)單的不可逆電路波形完全一樣制動(dòng)狀態(tài)的不可逆PWM變換器有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+VT2Ug2VT1Ug1-id在制動(dòng)狀態(tài)中，id為負(fù)值，VT2就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動(dòng)運(yùn)行過程中需要降速的時(shí)候。這時(shí)，先減小控制電壓，使Ug1的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)E還來不及變化，因而造成EUd

的局面，很快使電流id反向，VD2截止，VT2開始導(dǎo)通。制動(dòng)狀態(tài)的工作階段：在0≤

t≤ton

期間，VT2關(guān)斷，－id

沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回饋制動(dòng)，與此同時(shí)，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導(dǎo)通。在ton

≤

t≤

T期間，Ug2

變正，于是VT2導(dǎo)通，反向電流id

沿回路3流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。U,iUdEidUsttonT04444333VT2VT2VT2VD1VD1VD1VD1tUg制動(dòng)狀態(tài)的電壓﹑電流波形輕載電動(dòng)狀態(tài)輕載電動(dòng)狀態(tài)，一個(gè)周期分成四個(gè)階段：：第1階段，VD1續(xù)流，電流–id

沿回路4流通；第2階段，VT1導(dǎo)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(dǎo)通，電流–id沿回路3流通；M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+VT2Ug2VT1Ug1-id在1、4階段，電動(dòng)機(jī)流過負(fù)方向電流，電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)；在2、3階段，電動(dòng)機(jī)流過正方向電流，電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。輕載電動(dòng)狀態(tài)的電流波形4123Tton0U,iUdEidUsttonT04123橋式可逆PWM變換器+UsUg4M+-VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT2VT4VT3132AB4MVT1VT2VT3Ug3VT4橋式可逆PWM變換器雙極式控制方式正向運(yùn)行第1階段，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(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB=+Us

；第2階段，在ton

≤

t≤

T期間，Ug1

、Ug4為負(fù)，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(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB=–Us

；反向運(yùn)行：第1階段，在0≤

t≤

ton

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(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB=+Us

；第2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保持截止，電流–id

沿回路3流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB=–Us

；輸出波形U,iUdEid+UsttonT0-Us正向電動(dòng)運(yùn)行波形U,iUdEid+UsttonT0-Us反向電動(dòng)運(yùn)行波形輸出平均電壓雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓電壓系數(shù)的計(jì)算公式與不可逆變換器中的公式就不一樣調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0~1，–1<<+1。

當(dāng)>0.5時(shí)，為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)<0.5時(shí)，為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)=0.5時(shí)，

=0，電機(jī)停止。注意

當(dāng)電機(jī)停止時(shí)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(gè)交變電流的平均值為零，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(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器優(yōu)點(diǎn)低速時(shí)，驅(qū)動(dòng)脈沖較寬，利于保證器件的可靠導(dǎo)通低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)可使電機(jī)在四象限運(yùn)行電流一定連續(xù)雙極式控制方式的缺點(diǎn)

在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。帶制動(dòng)的不可逆電路電壓方程式中R、L

—電樞電路的電阻和電感。

M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+VT2Ug2VT1Ug1-id雙極式可逆電路電壓方程+UsUg4+-VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT2VT4VT3132AB4MVT1VT2VT3Ug3VT4機(jī)械特性方程電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓平均電流用Id平均轉(zhuǎn)矩用Te平均轉(zhuǎn)速n=E/Ce電樞電感壓降的平均值Ldid

/dt

在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零電壓平均值方程機(jī)械特性方程n0=Us

/