v-m直流调速系统通过调节触发装置gt的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变整流电压u d,从而实现平滑调速。与g-m系统相比v-m系统有很多优越性,但它也有缺点:
① 电流是脉动的,产生谐波分量,尤其在低速时,因此需要加平波电抗器。设备投入大,体积增加,同时电感大又限制了系统的快速性。
② 当系统在较低速运行时,晶闸管的导通角很小,使系统的功率因素很低,并产生较大的谐波电流,引起电网电压波形畸变殃及附近的用电设备,也限制了调速范围。
③ 对过电压、过电流敏感,要注意保护。
◎直流pwm调速系统优点:
① 主电路简单,不用电抗器,用电机本身的电感,从而获得脉动很小的直流电流;
② 开关频率高,电枢电流容易连续,无电流断续问题;
③ 系统的低速运行平稳,调速范围较宽;
④ 频带宽,响应快;
⑤ 功率因数高。电流和电压永远相同,无无功功率问题。
pwm 调速系统和 v-m 调速系统主要区别在主电路和pwm控制电路。闭环控制系统以及静、动态分析和设计基本一样。
pwm 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制变换器。
由于采用脉宽调制,严格地说,即使在稳态情况下,脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的,所谓稳态,是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态,机械特性是平均转速与平均转矩(电流)的关系。
采用不同形式的pwm变换器,系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路,电流的方向是可逆的,无论是重载还是轻载,电流波形都是连续的,因而机械特性关系式比较简单,现在就分析这种情况。
一、带制动的不可逆电路电压方程
对于带制动电流通路的不可逆电路,电压平衡方程式分两个阶段
式中 r、l —电枢电路的电阻和电感。
二、双极式可逆电路电压方程
对于双极式控制的可逆电路,只在第二个方程中电源电压由 0 改为 –us ,其他均不变。于是,电压方程为
式中 r、l —电枢电路的电阻和电感。
三、机械特性方程
按电压方程求一个周期内的平均值,即可导出机械特性方程式。无论是上述哪一种情况,电枢两端在一个周期内的平均电压都是 ud =us(= ud / us为pwm电压系数),只是与占空比的关系不同,在不可逆 pwm 变换器: = ,
在双极式控制的可逆变换器:= 2– 1 。
平均电流和转矩分别用 id 和 te 表示,平均转速 n = e/ce,而电枢电感压降的平均值 ldid / dt 在稳态时应为零。
于是,无论是上述哪一组电压方程,其平均值方程都可写成
机械特性方程
或用转矩表示,
式中 cm = kmфn —电机在额定磁通下的转矩系数;n0 =us / ce —理想空载转速,与电压系数成正比。
◎说 明
·图中所示的机械曲线是电流连续时脉宽调速系统的稳态性能。
·图中仅绘出了第一、二象限的机械特性,它适用于带制动作用的不可逆电路,双极式控制可逆电路的机械特性与此相仿,只是更扩展到第三、四象限了。
·对于电机在同一方向旋转时电流不能反向的电路,轻载时会出现电流断续现象,把平均电压抬高,在理想空载时,i d = 0 ,理想空载转速会翘到 n0s=us / ce 。