直流脉宽调速系统的机械特性

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本文来自www.eadianqi.com


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。自动控制网www.eadianqi.com版权所有三、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 。本文来自www.eadianqi.com 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。

◎说明自动控制网www.eadianqi.com版权所有 ·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 。

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