河北联合大学电气工程学院讲稿+0VTUsC+oUaU.id+MOA24a）主电路原理图VD图1-16简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统图中：C一滤波电容器Us一直流电源电压M一直流电动机VD一续流二极管VT一功率开关器件VT的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列Ug驱动。工作状态与波形U,it在一个开关周期内，■当o≤t<ton时，Ug为正，VTU导通，电源电压通过VT加到电动机电Ua枢两端；E当ton≤t<T时，Ug为负，idVT关断，电枢失去电源，经VD续流。tO ton T图1-16b电压和电流波形输出电压方程电机两端得到的平均电压为U.="mU,=pU,(1-17)1
河北联合大学电气工程学院讲稿 图中： Us—直流电源电压 C —滤波电容器 M —直流电动机 VD —续流二极管 VT —功率开关器件 VT 的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列 Ug 驱动。 • 工作状态与波形 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 电机两端得到的平均电压为 (1-17) s s on d U U T t U = =
河北联合大学电气工程学院讲稿式中p=ton/T为PWM波形的占空比，改变p（0≤p<1）即可调节电机的转速，若令=Ud/Us为PWM电压系数，则在不可逆PWM变换器中(1-18)y=p（2）有制动的不可逆PWM变换器电路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，如图1-17a所示的双管交替开关电路。当VT1导通时，流过正向电流+id，VT2导通时，流过-id。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限，因为平均电压Ud并没有改变极性。主电路结构VT23VD,J本Ua2UgMEVTi7Ug!VD,O图1-17a有制动电流通路的不可逆PWM变换器工作状态与波形一般电动状态U,it在一般电动状态中，始终为正值（其U.正方向示于图1-17a中）。设ton为VT1的导通时间，则一个工作周期有两个工作U.阶段：E■在o≤t≤ton期间，Ugl为ia正，VT1导通，Ug2为负，VT2关断。此时，电源电压Us加到电枢两端，电流idt沿图中的回路1流通。ton T0在ton≤t≤T期间，Ugl和图1-176一般电动状态的电压、电流波形
河北联合大学电气工程学院讲稿 式中 = ton / T 为 PWM 波形的占空比， 改变 （ 0 ≤ < 1 ）即可调节电机的转速，若令 = Ud / Us 为 PWM 电压系数，则 在不可逆 PWM 变换器中 = (1-18) （2）有制动的不可逆 PWM 变换器电路 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，如图 1-17a 所示的双管交替开关电路。当 VT1 导通时， 流过正向电流 + id ，VT2 导通时，流过 – id 。应注意，这个电路还是不可逆的，只能 工作在第一、二象限， 因为平均电压 Ud 并没有改变极性。 • 主电路结构 • 工作状态与波形 ◼ 一般电动状态 在一般电动状态中，始终为正值（其 正方向示于图 1-17a 中）。设 ton 为 VT1 的导通时间，则一个工作周期有两个工作 阶段： ◼ 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 加到电枢两端，电流 id 沿图中的回路 1 流通。 ◼ 在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug1 和
河北联合大学电气工程学院讲稿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，使它失去导通的可能。因此，实际上是由VT1和VD2交替导通，虽然电路中多了一个功率开关器件，但并没有被用上。■输出波形：一般电动状态的电压、电流波形与简单的不可逆电路波形（图1-17b）完全一样。制动状态在制动状态中，id为负值，VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势E还来不及变化，因而造成E>Ud的局面，很快使电流d反向，VD2截VD1UIVDIVD1VD1止，VT2开始导通。0t[VT2[VT2VT2制动状态的一个周期分为两个工作阶U,iU.段：■在0≤1≤ton期间,VT2关E断，一id沿回路4经VD1续流，向电Ua源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VTI使它不能导通。■在ton≤t≤T期间，Ug2变Oiton T-I正，于是VT2导通，反向电流id沿回路3-id43431434流通，产生能耗制动作用。图1-17c制动状态的电压、电流波形因此，在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的，此时的电压和电流波形示于图1-17c。■轻载电动状态有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有到达周期T，电流已经衰减到零，此时，因而两端电压也降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局部时间的制动作用。轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：■第1阶段，VD1续流，电流-id沿回路4流通■第2阶段，VT1导通，电流id沿回路1流通■第3阶段，VD2续流，电流id沿回路2流通■第4阶段，VT2导通，电流-id沿回路3流通在1、4阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态；
河北联合大学电气工程学院讲稿 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，使它失去导通的可能。 因此，实际上是由 VT1 和 VD2 交替导通，虽然电路中多了一个功率开关器件，但并没 有被用上。 ◼ 输出波形： 一般电动状态的电压、电流波形与简单的不可逆电路波形（图 1-17b）完全一样。 ◼ 制动状态 在制动状态中， id 为负值，VT2 就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需 要降速的时候。这时，先减小控制电压，使 Ug1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平 均电枢电压Ud 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势E还来不及变化，因而造成 E Ud 的局面，很快使电流 id 反向，VD2 截 止， VT2 开始导通。 制动状态的一个周期分为两个工作阶 段： ◼ 在 0 ≤ t ≤ ton 期间，VT2 关 断，－id 沿回路 4 经 VD1 续流，向电 源回馈制动，与此同时， VD1 两端压降 钳住 VT1 使它不能导通。 ◼ 在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 变 正，于是 VT2 导通，反向电流 id 沿回路 3 流通，产生能耗制动作用。 因此，在制动状态中， VT2 和 VD1 轮 流导通，而 VT1 始终是关断的，此时的电 压和电流波形示于图 1-17c。 ◼ 轻载电动状态 有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没 有到达周期 T ，电流已经衰减到零，此时，因而两端电压也降为零，便提前导通了，使电 流方向变动，产生局部时间的制动作用。 轻载电动状态，一个周期分成四个阶段： ◼ 第 1 阶段，VD1 续流，电流 – id 沿回路 4 流通 ◼ 第 2 阶段，VT1 导通，电流 id 沿回路 1 流通 ◼ 第 3 阶段，VD2 续流，电流 id 沿回路 2 流通 ◼ 第 4 阶段，VT2 导通，电流 – id 沿回路 3 流通 在 1、4 阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态；
河北联合大学电气工程学院讲稿在2、3阶段，电动机流过正方向电流，电机工作在电动状态。因此，在轻载时，电流可在正负方向之间脉动，平均电流等于负载电流，其输出波形见图1-17d。输出波形U.VDIVD1VD1VD10VT2VT2VT2RU,iU.EU.Oton T-a::-id43:4341314图1-17c制动状态的电压、电流波形小结表1-3二象限不可逆PWM变换器在不同工作状态下的导通器件和电流回路与方向期间0~tonlon~T工作状态t2 ~ Tt4~tonton~ t20~ta一般电动导通器件VT;VD2状态电流回路12电流方向++制动状态导通器件VDiVT23电流回路4电流方向轻载电动导通器件VDiVTIVD2VT2状态电流回路4123电流方向++-2.桥式可逆PWM变换器可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图1-18所示。这时，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM
河北联合大学电气工程学院讲稿 在 2、3 阶段，电动机流过正方向电流，电机工作在电动状态。 因此，在轻载时，电流可在正负方向之间脉动，平均电流等于负载电流，其输出波形见 图 1-17d。 输出波形 小结 表 1-3 二象限不可逆 PWM 变换器在不同工作状态下的导通器件和电流回路与方向 2. 桥式可逆 PWM 变换器 可逆 PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称 H 形）电路，如图 1-18 所 示。 这时，电动机 M 两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方 式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆 PWM 期间 0 ~ ton ton ~ T 工作状态 0 ~ t 4 t4 ~ ton ton ~ t2 t2 ~ T 一般电动 状态 导通器件 电流回路 电流方向 VT1 1 + VD2 2 + 制动状态 导通器件 电流回路 电流方向 VD1 4 － VT2 3 － 轻载电动 状态 导通器件 电流回路 电流方向 VD1 4 － VT1 1 + VD2 2 + VT2 3 －
河北联合大学电气工程学院讲稿变换器。H形主电路结构I +U.VT;21VT344VD本d本/VDiUgiUe+ABMOVT2VT4VD2VD4木OTUo13UeO.图1-18桥式可逆PWM变换器双极式控制方式（1）正向运行■第1阶段，在0≤t≤ton期间，Ugl、Ug4为正，VT1、VT4导通，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，电流id沿回路1流通，电动机M两端电压UAB=+Us；■第2阶段，在ton≤1≤T期间，Ugl、Ug4为负，VTI、VT4截止，VD2、VD3续流，并钳位使VT2、VT3保持截止，电流id沿回路2流通，电动机M两端电压UAB=-Us :（2）反向运行■第1阶段，在0≤t≤ton期间，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，VD1VD4续流，并钳位使VT1、VT4截止，电流-id沿回路4流通，电动机M两端电压UAB= +Us ;■第2阶段，在ton≤t≤T期间，Ug2、Ug3为正，VT2、VT3导通，Ugl、Ug4为负，使VT1、VT4保持截止，电流-id沿回路3流通，电动机M两端电压UAB=_Us ;-输出波形
河北联合大学电气工程学院讲稿 变换器。 H 形主电路结构 双极式控制方式 （1）正向运行 ◼ 第 1 阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4 为正， VT1 、 VT4 导通， Ug2 、 Ug3 为负，VT2 、 VT3 截止，电流 id 沿回路 1 流通，电动机 M 两端电压 UAB = +Us ； ◼ 第 2 阶段，在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug1 、 Ug4 为负， VT1 、 VT4 截止， VD2 、 VD3 续流， 并钳位使 VT2 、 VT3 保持截止，电流 id 沿回路 2 流通，电动机 M 两端电压 UAB = –Us ； （2）反向运行 ◼ 第 1 阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3 为负，VT2 、 VT3 截止， VD1 、 VD4 续流，并钳位使 VT1 、 VT4 截止，电流 –id 沿回路 4 流通，电动机 M 两端电压 UAB = +Us ； ◼ 第 2 阶段，在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3 导通， Ug1 、 Ug4 为负，使 VT1 、 VT4 保持截止，电流 – id 沿回路 3 流通，电动机 M 两端电压 UAB = – Us ； ◼ 输出波形