直流电动机导学介绍课件

也就是说，平均值为Ud的脉冲电压对电动机转速 的作用和幅值为Ud的直流电压的作用可认为是一
非正弦周期交流信号的分解
不是正弦波
f (w t ) A
按周期规律变化
直流分量
0
+
A 1m
sin(
wt
+f ) 1
基波（和原
函数同频）
+ A sin( 2w t + f )
2m
2
+ …..
二次谐波 （2倍频）
+ ¤C为滤波大电容器。
Us
_
¤VD为续流二极管。
¤M 为直流电动机，可看
成电阻－电感－反电势 负载。
¤VT一般为IGBT器件。
栅极由脉宽可调的脉冲 电压系列Ug驱动。
VT
1
+
•工作状态与波形
Ug
id
C
Us
_
+E_
M
当0 ≤ t < ton时，Ug为
2
正，VT导通，电源
电压通过VT加到电
VD
动机电枢两端；
C
Us +
在 ton ≤ t ≤ T期间， Ug2 变正， 于是VT2导通，反向电流 id 沿
IN
I
n
n
U Ce
Ra CeCT
Te
n0
nN
n1
UN
n2
U1
n3
U2
U3
O
TN
T
第二节 直流电机的PWM调速原理
一、脉宽调制的基本原理 二、不可逆PWM变换器 三、可逆PWM变换器
1．双极式可逆PWM变换器
2．单极式可逆PWM变换器
问题的提出：直流电机的调压调速需要有可
调的直流电源向电枢供电，也即如何实现直流 电机的调压调速。
导通的可能。
一般电动状态时的波形
一般电动状态时，
U, i
VT1和VD2交替导通，
Us
VT2并没有被用上， 工作回路为1，2回路，
Ud E
与简单的不可逆电路 完全一样。电流id始
id
终为正值。平均电压
Ud也始终为正值。
O0 ton T
t
+
b)制动工作状态
U
–
先使控制电压Ug1
的正脉冲变窄，负脉冲
VVTT22
逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，
脉宽调制变换器（PWM-Pulse Width Modulation）。
U, i
Us
Ud
有人要问：能用一个平均值为Ud 的脉冲电压来代替幅值一个恒定
的大小为Ud的直流电压吗？？？
id 0 ton T图 电压和电流波形t
电机都是感性负载，由于电磁惯性，电枢电流id的变化幅 值比电压波形小（如图），但仍旧是脉动的，由于PWM 变换器的开关频率高，电流脉动的幅值不大，又由于电机 的机械惯性，再影响到转速和反电动势，其波动就更小， 一般可以忽略不计。
变宽，从而使平均电枢
电压Ud降低。但是，由 UUgg2 于机电惯性，转速和反 2
电动势E还来不及变化， VVTT11 因而造成 E Ud 的局 面，很快使电流id反向， UUgg1 VD2截止， VT2开始导 1 通，VT2就发挥作用了。
R Ia
+ ME
–
电枢电路原理图
3
VD2
E -
＋
MM
VD1
4
上堂课知识点回顾：
一、直流电机机械特性方程（机械特性曲线）
n U IaRa
Ce Ce
n
n = n0 - ∆n,
n0
转速降落的原因：
nN
UN
电机带负载匀速运行时，Te＝
TL，若负载TL增加，则电机的 输出电磁转距Te也要随之增加，
也即电枢电流Ia增大。那么电
枢绕组的内阻所消耗的压降
IaRa增加，所以转速n下降。 O
解决方法：利用电力电子开关器件，将恒定
的直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过 控制脉冲宽度，产生可变大小和极性的平均电 压的方法——脉宽调制变换
2.1、脉宽调制的基本原理
toff
T
VT 表示电力电子开关器件，VD 表示续流二极管。当VT 导通时，恒定的直流电源电压 Us 加到电机上；当VT 关断 时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经 VD 续流，两端 电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如右图示，好 像是电源电压Us在ton 时间内被接上，又在 T – ton 时间内被 斩断，故称“斩波”。通过控制VT 导通时间的长短，改 变电压脉冲的宽度，得到一个可变的直流电压平均值Ud。
这样，电动机得到的平均电压为： U d
ton T
Us
Us
式中
T — 晶闸管的开关周期； ton — 开通时间；
— 占空比， = ton / T = ton f ；
f 为开关频率。
¤为了节能，并实行无触点控制，现在多用电力电
子开关器件，如快速晶闸管、GTO、IGBT等。
¤采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来
当ton ≤ t < T 时， Ug 为负，VT关断，电
枢失去电源，经VD
续流。
制动时需施加一反向转距，也即电流要能 反向。在简单的不可逆电路中电流不能反向， 因而没有制动能力，只能作单象限运行。
需要制动时，必须为反向电流提供通路， －－双管交替开关电路。
2.2.2、有制动不可逆PWM变换器
VT1 是主控管，起 调节控制作用，
高次谐波
例 周期性方波 的分解
直流分量
t
三次谐波
t
基波
t
t
五次谐波 七次谐波
直流分量+基波 直流分量 基波
直流分量+基波+三次谐波
Βιβλιοθήκη Baidu三次谐波
2.2、PWM变换器工作原 理
PWM变换器：把恒定的直流电源电压Us，调
制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而
可以改变平均输出电压的大小和极性，以调节电
VT2是辅助管，用 于构成制动电路。
VT1 、VT2驱动电 压大小相等，方向
相反Ug1＝－Ug2。
当VT1 导通时， 流过正向电流 + id ， VT2 导通时，流过 – id 。此电路能工 作在第一、二象限。
VT2 Ug2 Ug1 VT1
VD2
E
-
+
M
VD1
C
Us +
a)一般电动工作状态
在0 ≤ t ≤ ton期间， Ug1为正，VT1导通， Ug2为负，VT2关断。 此时，电源电压Us
机转速。
不可逆
PWM变换器
双极式可逆
可逆 单极式可逆
不可逆指的是电枢两端平均电压 Ud 只能有一个极性。 （单向运行）
可逆指电枢两端平均电压 Ud 可有两个极性，可正可负。 （可正反转运行）
2.2.1、简单的不可逆PWM变换器
• 主电路结构
VT
Ug
id
C
+E_
M
VD
¤Us为直流电源电压，一
般由二极管不可控整流 电路提供。
加到电枢两端，电 源电流 id 沿图中的 回路1流通。
VVTT22
UUgg2
2
VVTT11
UUgg1
1
VD2 -
1
E 2＋ MM
VD1
C
Us +
在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug1和Ug2都改变极性，VT1关断，
但VT2却不能立即导通，因为id沿回路2经二极管VD2续
流，在VD2两端产生的压降给VT2施加反压，使它失去