山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第2章 转速开环控制的直流调速系统 2.2 PWM变换器——电动机系统的工作原理及调速特性2

目录 山东理子大军 第2章转速开环控制的直流调速系统 2.1晶闸管整流器-直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.2PWM变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 2.3稳态调速性能指标和开环系统存在的问题 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 目录 第2章 转速开环控制的直流调速系统 2.1 晶闸管整流器-直流电动机系统的工作原理及调速特性 2.2 PWM变换器-电动机系统的工作原理及调速特性 2.3 稳态调速性能指标和开环系统存在的问题

内容提要 中东程子大 2.2PWM变换器 电动机系统的工作原理及调速特性 2.2.1不可逆PWM变换器一电动机系统 2.2.2可逆PWM变换器一电动机系统 2.2.3直流PWM调速系统的机械特性 2.2.4PWM控制器与变换器的动态数学模型 2.2.5直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 内容提要 2.2 PWM变换器——电动机系统的工作原理及调速特性 2.2.1不可逆PWM变换器——电动机系统 2.2.2可逆PWM变换器——电动机系统 2.2.3直流PWM调速系统的机械特性 2.2.4 PWM控制器与变换器的动态数学模型 2.2.5直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压

前序 山东程子大军 直流PWM调速系统：自从全控型电力电子器件问世以后，就出现 了采用脉冲宽度调制(PWM)的高频开关控制方式形成的脉宽调 制变换器-直流电动机调速系统(PWM-M)，简称直流脉宽调速 系统，即直流PWM调速系统。 口在中、小容量的高动态性能系统中，直流PWM调速系统已经完全 取代了V-M系统。 为什么？ 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 前序  直流PWM调速系统：自从全控型电力电子器件问世以后，就出现 了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调 制变换器-直流电动机调速系统（PWM-M），简称直流脉宽调速 系统，即直流PWM调速系统。  在中、小容量的高动态性能系统中，直流PWM调速系统已经完全 取代了V-M系统。 为什么？

PWM系统的优点 山东我上大军 (1)主电路线路简单，需用的功率器件少。 (2)开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 (3)低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。 (4)若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰 能力强。 (⑤)功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时， 开关损耗也不大，因而装置效率较高。 (6)直流电源采用不控整流时，电网功率因数处比相控整流器高。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 PWM系统的优点 （1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右。 （4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰 能力强。 （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时， 开关损耗也不大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高

PWM变换器的分类 山东理子大军 口PWM变换器的作用：用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电 压调制成频率一定、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，以调节电机转速。 PWM变换器的分类：PWM变换器电路有多种形式，主要分为不 可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 PWM变换器的分类  PWM变换器的作用：用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电 压调制成频率一定、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，以调节电机转速。  PWM变换器的分类：PWM变换器电路有多种形式，主要分为不 可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理

少东程子大家 2.2.1不可逆PWM变换器 —电动机系统 本小节主要学习 口1.简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 口2.有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 2.2.1 不可逆PWM变换器——电动机系统 本小节主要学习  1. 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统  2. 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统

1.简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 少求程上大军 U。 PWM控刺 器 U VD U↑ 图2-10简单的不可逆PWM变换器-直 流电动机系统 onT 2T 3T 4T (b) 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 1. 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 图2-10 简单的不可逆PWM变换器-直 流电动机系统

工作原理 少东我上大深 U PWM控制 器 2T37 T 在一个开关周期内， VD (a) U 口当0≤t<tn时，U为正，VT导通， 电源电压通过VT加到电动机电枢 U↑i 两端； U 当ton≤t<T时，U为负，VT关断， 电枢失去电源，经VD续流。 TonT 2T 3T 4T (b) 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 工作原理 在一个开关周期内，  当0 ≤ t < ton时，Ug为正，VT导通， 电源电压通过VT加到电动机电枢 两端；  当ton ≤ t < T 时， Ug为负，VT关断， 电枢失去电源，经VD续流

输出电压方程 山东理子大军 直流电动机电枢两端的平均电压为 U=U,=pU,2-16) T 改变占空比p(0≤p≤)，即可实现直流电动机的调压调速。 p= Ue T U. UU,=K,0。 UTM 为PWM电压系数，则在不可逆PWM变换器中 令y=U Y= 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 输出电压方程 直流电动机电枢两端的平均电压为 （2-16） 改变占空比 ，即可实现直流电动机的调压调速。 令 为PWM电压系数，则在不可逆PWM变换器中 s s on d U U T t U = = ρ ρ(0 ≤ ρ ≤ 1) on c TM t U T U ρ= = c d s sc TM U U U KU U = = s d U U γ = γ = ρ

注意 山东我上大军 右图绘出了稳态时电枢两端的电压波形u) U 和平均电压Ua。 ▣由于电磁惯性，电枢电流=)的变化幅值比 ”2T3T47 U 电压波形小，但仍旧是脉动的，其平均值等 于负载电流。 口图中还绘出了电动机的反电动势E,由于PWM U 变换器的开关频率高，电流的脉动幅值不大， 再影响到转速和反电动势，其波动就更小， onT 2T 3T 4 一般可以忽略不计。 (b) 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 电气与电子工程学院自动化系 注意  右图绘出了稳态时电枢两端的电压波形ud =f(t) 和平均电压Ud。  由于电磁惯性，电枢电流i=f(t)的变化幅值比 电压波形小，但仍旧是脉动的，其平均值等 于负载电流。  图中还绘出了电动机的反电动势E,由于PWM 变换器的开关频率高，电流的脉动幅值不大, 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