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电动汽车驱动技术第二章-直流电动机及其驱动技术


第2章 直流电动机及其驱动系统
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 直流电机的构造及基本原理 直流电机的运行特性 直流电动机控制 直流电动机驱动系统 变换器

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第2章 直流电动机
本章要求 1. 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 了解直流电动机的基本构造和工作原理。 2.

理解他励(并励)和串励直流电动机的电 理解他励(并励) 压与电流的关系式,运行特性。 压与电流的关系式,运行特性。 3.理解直流电动机的起动、反转、调速和制动 3.理解直流电动机的起动 反转、 理解直流电动机的起动、 的基本原理和基本方法。 的基本原理和基本方法。 4.理解直流电动机的变换器原理、结构和特性。 4.理解直流电动机的变换器原理 结构和特性。 理解直流电动机的变换器原理、
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2.1 直流电机的构造和工作原理
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂, 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂, 维修也不便, 维修也不便,但由于它的调速性能较好和起 动转矩较大,因此, 动转矩较大,因此,对调速要求较高的生产机械或 者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动 机驱动。 机驱动。 直流电机的优点: 直流电机的优点: (1) 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 调速性能好, 调速范围广, 易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 起动、制动转矩大, 易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。 易于控制。 应用: 应用: 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备 等调速范围大的大型设备。 提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。
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2.1.1 直流电动机的构造
直流电机由定 磁极)、 子(磁极 、转子 磁极 (电枢 和机座等 电枢)和机座等 电枢 部分构成。 部分构成。 极掌 S 转子 N

极心

· N· · · · ·
S

励磁绕组 机座

直流电动机的磁极和磁路

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1. 磁极 用来在电机中产生磁场。 用来在电机中产生磁场。 永磁式: 由永久磁铁做成。 永磁式: 由永久磁铁做成。 励磁式: 磁极上绕线圈,线圈中通过直流电, 励磁式: 磁极上绕线圈,线圈中通过直流电, 形成电磁铁。 形成电磁铁。 励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通, 励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通,称 为励磁。 为励磁。 2. 转子(电枢) 转子(电枢) 由铁心、绕组(线圈)、换向器组成。 )、换向器组成 由铁心、绕组(线圈)、换向器组成。 电枢铁心:由硅钢片叠装而成。 电枢铁心:由硅钢片叠装而成。 电枢绕组:由结构、形状相同的线圈组成 电枢绕组:由结构、
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2.1.2 直流电机的分类
直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并 励电动机、 励电动机、串励电动机和复励电动机 1. 他励电动机 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。 I
+ +

Uf
_

If
Rf′

M Ia

U
_

If
Rf′

+ E M Ia _

+

U
_

Rst

他励 并励 2. 并励电动机 励磁绕组和电枢绕组并联,由一个直流电源供电。 励磁绕组和电枢绕组并联,由一个直流电源供电。
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Rst

3. 串励电动机 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 If
+ M

Ia
+

I Ia
M

U
_

U
_ 复励

串励

4. 复励电动机 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并, 励磁线圈与转子电枢的联接有串有并,接在 同一电源上。 同一电源上。
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2.1.3 直流电机的基本工作原理

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2.1.3 直流电机的基本工作原理
换向器作用: 换向器作用: 将外部直流电 转换成内部的 交流电, 交流电,以保 持转矩方向不 变。 电刷 b N a c S F I F I 换向片

n
d T

– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组, 直流电从两电刷之间通入电枢绕组,电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接, 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接,无论 线圈怎样转动,总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动,总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
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电刷 N

b a c
S I F I 换向片 E F E

d T

n

– U + 线圈在磁场中旋转, 线圈在磁场中旋转,将在线圈中产生感应电动 由右手定则, 势。由右手定则,感应电动势的方向与电流的方向 相反。 相反。 1. 电枢感应电动势 Ce: 与电机结构有关的常数 E=CeΦ n n: 电动机转速 Φ :磁通
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电刷 N

b a c
S I F I 换向片 E F E

d T

n

– U + 由图可知,电枢感应电动势E 由图可知,电枢感应电动势E与电枢电流或外 加电压方向总是相反,所以称反电势。 加电压方向总是相反,所以称反电势 反电势。 Ia Ra 2. 电枢回路电压平衡式 + + U = E + I a Ra = CeΦn + I a Ra U M E – 式中: 式中:U — 外加电压 – Ra — 绕组电阻

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3. 电磁转矩 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流I 直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁 相互作用,产生电磁力和电磁转矩, 通Φ相互作用,产生电磁力和电磁转矩,直流电机的 电磁转矩公式为 T=CT Φ Ia CT: 与电机结构有关的常数且等于9.55Ce 与电机结构有关的常数且等于9.55C Φ : 线圈所处位置的磁通 Ia:电枢绕组中的电流 单位: 韦伯) 牛顿? 单位: Φ (韦伯),Ia (安) ,T (牛顿?米) 4. 转矩平衡关系 电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。 电动机的电磁转矩T为驱动转矩, 它使电枢转动。 在电机运行时, 在电机运行时,电磁转矩必须和机械负载转矩及空 载损耗转矩相平衡, 载损耗转矩相平衡,即
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T = T2 + T0

转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时, 当电动机轴上的机械负载发生变化时,通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化, 动机转速、电动势、电枢电流的变化,电磁转矩将 自动调整,以适应负载的变化,保持新的平衡。 自动调整,以适应负载的变化,保持新的平衡。 例: 一定, 平衡), 设外加电枢电压 U 一定,T=T2 (平衡 ,此时, 平衡 此时, 突然增加, 若T2突然增加,则调整过程为 T2 ↑ T↑ n↓ ↓

T2: 机械负载转矩 T0: 空载转矩

E = CeΦn
U ? Ea Ia = Ra

E↓ ↓

T = CT ΦI a

Ia ↑

达到新的平衡点(I 达到新的平衡点 a ↑、 P入↑) 。

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2.2 直流电动机的运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性
直流电动机在正常运行时,虽然电源电压 和励磁电 直流电动机在正常运行时,虽然电源电压U和励磁电 阻保持不变,但随着励磁方式不同,电动机的转矩、 阻保持不变,但随着励磁方式不同,电动机的转矩、 转速和机械特性有很大的区别。 转速和机械特性有很大的区别。 I 一、并励电动机 1. 转矩特性

T = f(Ia ) 由图可求得
U = E + I a Ra

I = Ia + If ≈ Ia

U If = Rf

U?E Ia = Ra

If
Rf′

+ E M Ia _

+

U
_

Rst

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U?E U = E + I a Ra I a = Ra

I = Ia + I f ≈ Ia

U If = Rf

由上分析可知: 由上分析可知: 当电源电压U和励磁回路的电阻 一定时, 当电源电压 和励磁回路的电阻Rf一定时 励 和励磁回路的电阻 磁电流I 不变, 常数。 磁电流 f和磁通Φ不变,即Φ = 常数。则 T=CT Φ Ia = KT Ia 即:并励电动机的磁通 Φ = 常数,转矩与电枢电流 常数, 成正比。 成正比。 2. 转速特性

n T

T = f(Ia )

n = f(Ia )

0

Ia
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2.2 直流电动机的运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性 由以下公式 n T n0 U = E + I a Ra

T = f(Ia ) n = f(Ia )

E = Ce n Φ

T = C TΦI a 求得 U Ra n= ? Ia C eΦ C eΦ

0

Ia

U n : 理想空载转速 式中: 0 = 式中: CeΦ
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2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性
3. 机械特性

n = f(T)
If
Rf′

I
+ E M Ia _ Rst +

U Ra n= ? Ia C eΦ C eΦ T = C TΦI a
求得

U
_

U Ra n= ? T C eΦ C T C eΦ 2
n = n0 ? ?n
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Ra ?n = T 2 CT CeΦ

U Ra n= ? T = n0 ? ?n 2 CeΦ CT CeΦ U n : 理想空载转速 式中: 式中: 0 = CeΦ Ra ?n = T : 转速降 2 n C T C eΦ n
n= f (T) 特性曲线 nN
0

?n

并励电动机在负载变化时, 并励电动机在负载变化时, 的变化不大— 转速 n 的变化不大—硬机械特性 自然特性)。 0 (自然特性)。

n0 ? n N ?n N = nN

T TN 很小,大约为3%~2% × 100% ?nN很小,大约为3%~2%
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2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性
二、串励电动机 特点: 特点:I a = I f 1. 转矩特性

Φ = f(I a )

If
+ M

Ia

T = f(Ia ) 较小时, 当Ia较小时,铁心不饱和 Φ = KI a

U
_

T = C T ΦI a =

2 ′ KT Ia

串励

较大时, 当Ia较大时,铁心饱和 T = C T ΦI a与并励类似
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2. 转速特性 n =

f(Ia )

较小时, 当Ia较小时, Φ
根据 n

U Ra = ? Ia C eΦ C eΦ U Ra 可得 n= ? C e KI a C e K

= KI a

n T

n = f(Ia )
0 Ia

从上式可见, 从上式可见,当轻载时串励电动机的转速 急剧上升,将导致电动机的损坏, 急剧上升,将导致电动机的损坏,所以串 励电动机不允许轻载运行, 励电动机不允许轻载运行,一般最低负载 不小于额定负载的30% 不小于额定负载的 较大时, 当Ia较大时,铁心饱和 与并励类似
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2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性
3. 机械特性

n = f(T)

求得

U Ra 2 ? n= ′ T = C T ΦI a = K T I a C e KI a C e K
U n= ?b a T
串励电动机在负载变化 的变化大— 时, 转速 n 的变化大—软 机械特性(自然特性)。 机械特性(自然特性)。

适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。 适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。 当负载增加时,转速快速下降,当负载减小时,转 当负载增加时,转速快速下降,当负载减小时, 速快速上升,这样不仅可以确保安全, 速快速上升,这样不仅可以确保安全,而且可以提高生 产效率。 产效率。
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2.2.1直流电动机的正常运行特性 2.2.1直流电动机的正常运行特性
三、复励电动机 他的工作特性介于并励 和串励之间。 和串励之间。如果并励绕组 磁通势起主要作用, 磁通势起主要作用,其工作 特性与并励电动机工作特性 接近。 接近。如果串励绕组磁通势 起主要作用,其工作特性与 起主要作用, 串励电动机工作特性接近。 串励电动机工作特性接近。 但因为有并励绕组磁通势的 存在,磁通Φ不会趋近于零, 存在,磁通Φ不会趋近于零, 所以空载或轻载时, 所以空载或轻载时,仍能正 常运行。 常运行。
+

I Ia
M

U
_ 复励

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例: 有一并励电动机,其额定数据如下:P2=22KW, 有一并励电动机,其额定数据如下: UN=110V, nN=1000r/min, η = 0.24, 并已知 Rf= 27.5? ,Ra= 0.04? , 试求 (1) 额定电流 , 额定 额定电流I ? ? 试求: 电枢电流I 额定励磁电流I 损耗功率? 电枢电流 a及额定励磁电流 f ; (2) 损耗功率?PaCu , 额定转矩T; 反电动势E。 及?PO ; (3) 额定转矩 (4) 反电动势 。 是输出功率, 解:(1) P2是输出功率,额定输入功率为 额定电流 P1 26 . 19 × 10 3 I = 238 A 110 U u 110 额定励磁电流 I f = = =4A Rf 27 . 5 额定电枢电流

22 P1 = = = 26 .19 KW 0 .84 η

P2

I a = I ? I f = 238 ? 4 = 234 A

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(2)电枢电路铜损 )

? PaCu = Ra I
励磁电路铜损 总损失功率

2

a

= 0 .04 × 234 = 2190 W
2

? PfCu = Rf I 2 f = 27 .5 × 4 2 = 440 W
∑ ? P = P1 ? P2 = 26190 ? 22000 = 4190 W
∑ ?P0 = ∑ ?P1 ? ?PaCu = 4190 ? 2190 = 2000 W

空载损耗功率

(3)额定转矩 ) (4)反电动势 )

P2 22 T = 9550 = 9550 = 210 N . m n 1000

E = U ? Ra I a = 110 ? 0.04 × 234 = 100 .6 V
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2.2 直流电动机的运行特性 2.2.2 并励电动机的人为机械特性

1.电枢回路串联电阻R 1.电枢回路串联电阻 电枢回路串联电阻R 2.降低电枢电压U 2.降低电枢电压 降低电枢电压U 3.减弱磁通Φ 3.减弱磁通 减弱磁通Φ

U Ra T ? 根据 n = 2 n C eΦ C T C eΦ n
0

电 阻 增 大

n0 ' ' n


Rf Φ 减 增 小 加 )

n
n0 U

T

n0 ' n0
O

T

0

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T

例: 有一他励电动机,其额定数据如下:P2=22KW, 有一他励电动机,其额定数据如下: UN=220V, nN=1500r/min, IN=115A Ra= 0.125? , ? 试求: 电枢回路串联电阻 回路串联电阻R=0.75 试求 (1) 电枢回路串联电阻R=0.75 ? (2) 电枢电压降低为U=150V 电枢电压降低为U=150V (3) 磁通减弱为Φ=0.2 Φ的人为机械特性 磁通减弱为Φ 解:根据额定数据可得

U N ? I N Ra nN = C eΦ N U N ? Ra I a C eΦ N = = 0.137 nN UN n0 = = 1606r/min CeΦ

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例: 有一他励电动机,其额定数据如下:P2=22KW, 有一他励电动机,其额定数据如下: UN=220V, nN=1500r/min, IN=115A Ra= 0.125? , ? 试求: 电枢回路串联电阻 回路串联电阻R=0.75 试求 (1) 电枢回路串联电阻R=0.75 ? (2) 电枢电压降低为U=150V 电枢电压降低为U=150V (3) 磁通减弱为Φ=0.2 Φ的人为机械特性 磁通减弱为Φ

U N ? I N (R a + R) (1) 当R=0.75 ?,T=TN时, = n C eΦ N
n U N ? (Ra + R)I a = nN U N ? Ra I a
n = 874 r / min

解:根据额定数据可得

220 ? (0.125 + 0.75)× 115 n = = 220 ? 0.125 × 115 1500
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(2) 电枢电压降低为U=150V 电枢电压降低为U=150V (3) 磁通减弱为Φ=0.2 Φ的人为机械特性 磁通减弱为Φ (2) 当电枢电压降低为U=150V ,T=TN时 当电枢电压降低为U=150V

n E ′/CeΦ E ′ U ′ ? Ra I a = = = nN E/CeΦ E U ? Ra I a 150 ? 0.125 × 115 n = = 220 ? 0.125 × 115 1500

n0 U N 220 1606r/min = = = ′ n 0 = 1095 r / min ′ ′ n0 U ′ 150 n0

n = 990 r / min

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(3) 磁通减弱为Φ=0.2 Φ, T=TN时 磁通减弱为Φ

n0 0.8 1606r/min = = ′ ′ n0 1 n0

′ n 0 = 2007 r / min

ΦI a 0.8ΦN I a 0.8I a T = = = =1 TN Φ N I aN ΦN I aN I aN

n (U N ? Ra I a )/CeΦ = nN (U N ? Ra I aN )/CeΦN 220 ? 0.125 × 115/0.8 n = = (220 ? 0.125 × 115) × 0.8 1500
n = 1844r / min
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起动 直流电动机不允许在额定电压U 下直接起动。 直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。 1. 起动问题: 起动问题: (1) 起动电流大 起动时, 起动时,n =0 → E = Ce Φ n = 0 UN I ast = = (10 ~ 20) I a N Ra Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器; 太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器; (2) 起动转矩大

2.3直流电动机控制 2.3直流电动机控制 2.3.1 并励电动机的起动与反转

T ∝ I as t

起动时,起动转矩为 起动时,起动转矩为(10~20)TN , 造成机械冲 使传动机构遭受损坏。 击,使传动机构遭受损坏。 一般I 限制在(1.5~2.5)I 一般Iast限制在(1.5~2.5)IN。 总目录 章目录 返回 上一页 下一页

2.起动方法 (1) 电枢串电阻起动法

在满磁下将R 置最大处,逐渐减小R 在满磁下将Rst置最大处,逐渐减小Rst使n升高。 升高。

UN I ast = = (1.5 ~ 2.5) I N Ra + Rst UN Rst = ? Ra I ast

U Ra n0 n= ? T = n0 ? ?n 2 CeΦ CT CeΦ
此启动方法,启动设备简 此启动方法, 操作方便, 单,操作方便,但启动能 耗大。 耗大。

n

电 阻 增 大

TL T2

T1

T

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(2) 降压起动法: 降压起动法:

U st < 2I N × Ra
目前基本采用可控硅整流 电源作为调压电源。 电源作为调压电源。此启 动方法,启动电流小, 动方法,启动电流小,启 动平稳,启动能耗小。 动平稳,启动能耗小。 3.注意事项 3.注意事项

n
n0

0

TL T2 T1

T

直流电动机在起动和工作时, 直流电动机在起动和工作时,励磁电路一定要 接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则, 接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则, 磁路中只有很少的剩磁,可能产生事故: 磁路中只有很少的剩磁,可能产生事故:
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(1)如果电动机是静止的,由于转矩太小(T=CTΦ Ia) , (1)如果电动机是静止的,由于转矩太小( 如果电动机是静止的 电机将不能起动,这时反电动势为零, 电机将不能起动,这时反电动势为零,电枢电流 很大,电枢绕组有被烧坏的危险。 很大,电枢绕组有被烧坏的危险。 (2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路,反电动势 (2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路, 如果电动机在有载运行时断开励磁回路 E立即减小而使电枢电流增大,同时由于所产生的 立即减小而使电枢电流增大, 转矩不满足负载的需要 电动机必将减速而停转, 不满足负载的需要, 转矩不满足负载的需要,电动机必将减速而停转, 更加促使电枢电流的增大, 更加促使电枢电流的增大,以至烧毁电枢绕组和换 向器。 向器。 (3)如果电机在空载运行,可能造成飞车,使电机遭 如果电机在空载运行,可能造成飞车, 如果电机在空载运行 受严重的机械损伤,而且因电枢 受严重的机械损伤,而且因电枢电流过大而将绕组 烧坏。 烧坏。
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4.反转 4.反转 电磁转矩: T=CTΦ Ia 电磁转矩: 改变直流电机转向的方法有两种: 改变直流电机转向的方法有两种: (1) 改变励磁电流的方向。 改变励磁电流的方向。 (2) 改变电枢电流的方向。 改变电枢电流的方向。 注意:改变转动方向时,励磁电流和电枢电流两 注意:改变转动方向时, 者的方向不能同时变。 者的方向不能同时变。

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2.3.2 并励(他励)电动机的调速 并励(他励)
并励(他励)电动机与异步电动机相比, 并励(他励)电动机与异步电动机相比,虽然结 与异步电动机相比 构复杂,价格高,维护也不方便, 构复杂,价格高,维护也不方便,但在调速性能上 由其独特的优点。 由其独特的优点。 主要优点: 主要优点: 1. 调速均匀平滑,可以无级调速 调速均匀平滑, 2. 调速范围大,调速比可达 调速范围大,调速比可达D=2~10 以上 3.调速静差率 调速静差率δ 3.调速静差率δ小。 由转速公式: 由转速公式

U ? I a Ra n= CeΦ
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可见直流电机调速方法有三种。 可见直流电机调速方法有三种。

1 弱磁调速
保持电枢电压U不变,减小励磁电流 调 以 保持电枢电压 不变,减小励磁电流If (调Rf)以 不变 减小磁通Φ 。 U Ra

由式
调速过程: 调速过程: Rf ↑ T↑ n↑ ↑

n=

CeΦ CT CeΦ
E↓

?

T 2

Φ↓

E = CeΦn

U ? Ea Ia = Ra

Ia ↑

E↑ ↑

n0 ' Ia ↓ n0
O

n0 ' ' n

直至T=T 达到新的平衡。 直至T=TC达到新的平衡。 在高于n的转速下运行 在高于 的转速下运行 TL T

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弱磁调速时, 减小, 保持不变, 弱磁调速时,Φ减小,但Ia保持不变,所以转 矩随调速的升高而下降,而允许输出的功率恒定。 矩随调速的升高而下降,而允许输出的功率恒定。 所以属于恒功率调速,且转速n 只能上调。 所以属于恒功率调速,且转速n 只能上调。

C1 C2 T = C T ΦI a = C T Ia = n n
减小Φ 调速的特点: 调速的特点: (1)调速平滑,可得到无级调速;但只能向上调,受 调速平滑,可得到无级调速;但只能向上调, 调速平滑 机械本身强度所限,n不能太高。 机械本身强度所限, 不能太高。 不能太高 (2) 调速设备简单,经济,电流小,便于控制。 调速设备简单,经济,电流小,便于控制。 (3) 机械特性较硬,稳定性较好。 机械特性较硬,稳定性较好。 (4) 对专门生产的调磁电动机,其D可达3~4, 一般 对专门生产的调磁电动机, 可达3 4 一般D=2
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U ? I a Ra C 1 = Φ= Cen n

P = Tn = C

(Φ和Ra一定) 2 降压调速 U Ra n= ? T = n0 ? KT 2 C eΦ CT C eΦ n
n0 由转速公式知: 由转速公式知: n 0' 调电压U 变化, 调电压U,n0变化,但斜 n0" 率不变, 率不变,所以调速特性 是一组平行曲线。 是一组平行曲线。

电 压 降 低

0 改变电压调速的特点: 改变电压调速的特点: 特性曲线 T (1)工作时电压不允许超过UN ,而n ∝ U, 所以调速 工作时电压不允许超过U 工作时电压不允许超过 只能向下调。 只能向下调。 (2)机械特性较硬,并且电压降低后硬度不变,稳 机械特性较硬, 机械特性较硬 并且电压降低后硬度不变, 定性好。 定性好。
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Tc

(3)属于恒转矩调速。 属于恒转矩调速。 属于恒转矩调速 (4)均匀调节电枢电压,可得到平滑无级调速。 均匀调节电枢电压,可得到平滑无级调速。 均匀调节电枢电压 (5)调速范围较大。一般D=2 调速范围较大。 D=2~10 调速范围较大 一般D=2 调速过程: 调速过程: 保持I 为额定,减小电枢电压 电压。 保持If 为额定,减小电枢电压。 U↓ Ia ↓ T↓ T↑ n↓ Ia ↑ E↓

T = TC稳定

改变电压调速需要用电压可以调节的专用设 投资费用较高。 备,投资费用较高。 近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机 进行调压和调磁,以改变它的转速。 进行调压和调磁,以改变它的转速。
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3 电枢回路串电阻调速

U Ra + R n= ? T = n0 ? ?n 2 C e Φ CT C e Φ
电枢回路串电阻调速时,Φ n0 电枢回路串电阻调速时, 保持不变, 和Ia保持不变,所以属恒转矩调 速而允许输出的功率随转速下降 且转速n 只能下调。 。且转速n 只能下调。

n

特点: 设备简单,操作方便。 特点:(1) 设备简单,操作方便。 (2)机械特性软,稳定性差。 机械特性软, 机械特性软 稳定性差。 (3)调速范围较小,一般D=2~2.5 调速范围较小,一般 调速范围较小

TL

T

(4)能量损耗大,只用于小型直流机。 能量损耗大,只用于小型直流机。 能量损耗大
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例: 有一他励电动机, 已知 有一他励电动机, 已知U=220V , Ia=53.2A, n=1500r/min Ra=0.7 ? 。今将电枢电压降低一 而负载转矩不变,问转速降低多少? 半,而负载转矩不变,问转速降低多少? 可知, 解: 由T=CT Φ Ia可知,在保持负载转矩和励磁电 流不变的条件下,电流也保持不变。 流不变的条件下,电流也保持不变。 电压降低后的转速n′对原来的转速 电压降低后的转速n′对原来的转速n之比为 对原来的转速n

n′ E ′/CeΦ E ′ U ′ ? Ra I a = = = n E/CeΦ E U ? Ra I a 110 ? 0.7 × 53.8 = 220 ? 0.7 × 53.8 = 0.4
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例: 有一他励电动机, 已知 :Ia=62.5A, PN=13KW 有一他励电动机, nN=1500r/min Ra=0.225 ? 。 UN=220V (1)采用电枢串电阻调速,使n=1000r/min,应串入 采用电枢串电阻调速, 采用电枢串电阻调速 , 多大的电阻? 多大的电阻? (2)采用降压调速,使n=1000r/min,电源电压应降 采用降压调速, 采用降压调速 , 为多少? 为多少? (3)采用弱磁调速, Φ =0.25ΦN ,电动机的转速为 采用弱磁调速, 采用弱磁调速 多少?能否长期运行? 多少?能否长期运行? (4)如要求静差率δ≤30%, 分别采用 (1),(2)种调 如要求静差率δ≤ (1),(2)种调 如要求静差率δ≤ , 速方法能达到的调速范围有多大? 速方法能达到的调速范围有多大?

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(1)采用电枢串电阻调速时,当Φ= ΦN,T=TN时 采用电枢串电阻调速时, 采用电枢串电阻调速时 Ia=62.5A,

U N ? (Ra + R)Ia U N ? Ra I a 根据 n = nN = CeΦ N C eΦN
n U N ? (Ra + R)I a = nN U N ? Ra I a 220 ? (0.225 + R) × 68.5 1000 = = 220 ? 0.225 × 68.5 1500

R = 0.995
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(2)降压调速时,当Φ= ΦN,T=TN时Ia=62.5A, 降压调速时, 降压调速时 根据

U ? Ra I a U N ? Ra I a n= nN = C eΦ N Ce Φ N

U ? Ra I a n = nN U N ? Ra I a U ? 0.225 × 68.5 1000 = = 220 ? 0.225 × 68.5 1500

U = 151.8V
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(2)弱磁调速时,当Φ= 0.25ΦN,T=TN时, 弱磁调速时, 弱磁调速时 Φ 根据

0.85ΦN I a 0.85I a ΦI a T = = = =1 TN Φ N I aN ΦN I aN I aN
电动机不能长期运行

n (U N ? Ra I a )/CeΦ = nN (U N ? Ra I aN )/CeΦN 220 ? 0.225 × 80.59 n = = (220 ? 0.225 × 68.5) × 0.85 1500
n = 1741r / min
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IN Ia = = 80.59A 0.85

(4)额定条件下,固有特性 额定条件下, 额定条件下

?nN = n0 ? nN = 1613 ? 1500 = 113r/min ?n′ N 电枢串联电阻调速时, 不变, 电枢串联电阻调速时,n0不变,δ = = 30% 时 n0
额定负载允许的转速降为 允许的最低转速为

U N ? I N Ra 根据 C Φ = = 0.1364 e N nN UN 220 n0 = = = 1613r/min CeΦN 0.1364

?n′ = 30%n0 = 0.3 × 1613 = 484r/min N nmin = n0 - ?n′ = 1613 ? 484 = 1129r/min N
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nmin 1129 ?nN 降压调速时, 不变, δ = 30% 时 降压调速时,?nN不变, = ′ n0
允许的最低理想空载转速降为

调速范围为: 调速范围为: = nmax = nN = 1500 = 1.33 D

nmin

′ n0 =

?nN

δ

113 = = 376.7r/min 0.3

允许的最低转速为

′ nmin = n0 - ?nN = 376.7 ? 113 = 263.7r/min
调速范围为: 调速范围为:

nmax nN 1500 D= = = = 5.69 nmin nmin 263.7
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2.3.3 他励直流电动机的制动
机械制动 制动方法 电气制动 能耗制动 反接制动 发电反馈制动

1 能耗制动

能耗制动时,电动机励磁电流不变,电枢电压U=0 能耗制动时,电动机励磁电流不变,电枢电压
+ +

Uf
_

If
Rf′

M Ia U=0 _

U?E E Ia = =? Ra R + Ra
因为电枢电流方向改变, 因为电枢电流方向改变, 所以电磁转矩方向也改变, 所以电磁转矩方向也改变,为 制动转矩。 制动转矩。
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Rst

2.3.3 他励直流电动机的制动 1 能耗制动
此时机械特性方程为

可见T=0 时,n=0; T>0时,n<0; T<0时,n>0;所以, 所以, 可见 时 时 所以 机械特性应在二、四象限,并通过原点。 机械特性应在二、四象限,并通过原点。 B

Ra + Rst n=? T 2 CeCT Φ
n
n0

A

-T

TL

T

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制动过程: 制动过程:

E = CeΦn
U=0 n=0

Ia 反向

T 反向为制动转矩 T↓ n↓

能耗制动特点: 能耗制动特点: (1)设备简单,运行可靠,且不需从电网 设备简单,运行可靠, 输入电能。 输入电能。 (2)能准确停车。 能准确停车。 (3)低速时制动效果较差。 低速时制动效果较差。
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2 反接制动
1.电枢电压反接制动 1.电枢电压反接制动 -U ? E 此时电枢电流 由 I = U ? E 变为 I a = a 同样因为电枢电流方向改变, 同样因为电枢电流方向改变,所以电磁转矩方 因为电枢电流方向改变 向也改变,为制动转矩。 向也改变,为制动转矩。

Ra

Ra + R

Ra + Rst T 此时机械特性方程为 n = ? n0 ? 2 C eCT Φ
B n0 A

C -T -n0

TL

T
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制动过程: 制动过程:

E = CeΦn
-U

Ia 反向

T 反向为制动转矩 T↓ n↓

C点时,n=0 点时, 反接制动特点: 反接制动特点:

(1)设备简单,制动转矩大,常用于反抗 设备简单,制动转矩大, 性负载的快速停车和快速反向运行。 性负载的快速停车和快速反向运行。 (2)能量损耗大

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2 反接制动
2. 倒拉反转反接制动:只能适用于电动机拖动位能 倒拉反转反接制动: 性负载,实现匀速下放重物。 性负载,实现匀速下放重物。 此时机械特性方程为
+

Ra + R n = n0 ? T 2 C eCT Φ
+

Uf
_

If

M Ia

K

U
_

n0 B

A C n=0 TL D
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R Rf′ 闭合时, 当K闭合时,电动机为正向 闭合时 -n 电动运行(提升重物) 电动运行(提升重物)为使 重物下放,断开K, 重物下放,断开 ,

T

在电枢串入较大的电阻, 时的电磁转矩T)小 在电枢串入较大的电阻,使(n=0时的电磁转矩 小 时的电磁转矩 于负载转矩T 这样在位能负载转矩T 的作用下, 于负载转矩 L,这样在位能负载转矩 L的作用下, 时电动机反转( 为负 下放重物)。一直到D点稳 为负, )。一直到 时电动机反转(n为负,下放重物)。一直到 点稳 定运行 此时n反向为负值, 此时n反向为负值,E也为负值 n0 B 电枢电流 I = U ? ( ? E)
a

A C n=0

Ra

所以电枢电流方向不变, 所以电枢电流方向不变,所以 电枢电流方向不变 电磁转矩方向也不变,但与n 电磁转矩方向也不变,但与 的方向相反,为制动转矩。 的方向相反,为制动转矩。

TL D

T

-n

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3 回馈制动
当位能性负载快速下放物体时, 当位能性负载快速下放物体时,当n>n0时,使 E>U,由原来的电动状态转为发电状态。 E>U,由原来的电动状态转为发电状态。

U ?E 电枢电流 I a = Ra

同样电枢电流方向改变, 同样电枢电流方向改变,所以电磁转矩方向也 电枢电流方向改变 改变,为制动转矩。 改变,为制动转矩。 -T n 因为此时 n0 P1=UIa<0, <0, B 将位能转换 为电能回馈 T 电网, 电网,称回 -TL mg 馈制动。 馈制动。
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2.3.4 串励电动机的启动、调速及制动 串励电动机的启动、
串励电动机的启动方法与他励电动机一样, 串励电动机的启动方法与他励电动机一样, 采用电枢串电阻和降压启动。 采用电枢串电阻和降压启动。 但 = C ΦI = K ′ I 2启动转矩较大 T T a T a 调速 串励电动机的调速方法与他励电动机一样, 串励电动机的调速方法与他励电动机一样, 采用电枢串电阻和降压启动和弱磁调速。 采用电枢串电阻和降压启动和弱磁调速。其原理 与他励电动机相同。 与他励电动机相同。

启动

制动
串励电动机由于理想空载转速无穷大, 串励电动机由于理想空载转速无穷大,所以没 有回馈制动运行状态,只能进行能耗和反接制动。 有回馈制动运行状态,只能进行能耗和反接制动。
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2.3.5直流电动机的额定值 2.3.5直流电动机的额定值
1.额定功率PN: 电机轴上输出的机械功率。 额定功率P 电机轴上输出的机械功率。 额定功率 2.额定电压UN : 额定工作情况下的电枢上加 额定电压U 额定电压 的直流电压。( 。(例 的直流电压。(例:110V,220V,440V) , , ) 额定电流I 3.额定电流IN : 额定电压下轴上输出额定功 额定电流 率时的电流(并励包括励磁和电枢电流)。 率时的电流(并励包括励磁和电枢电流)。 三者关系: 效率) 三者关系:PN=UNINη ( η:效率) 4.额定转速 N: 在PN , UN , IN 时的转速。 额定转速n 时的转速。 额定转速 直流电机的转速一般在500 500r/min 以上。特 以上。 直流电机的转速一般在500 殊的直流电机转速可以做到很低( 殊的直流电机转速可以做到很低(如每分 钟几转)或很高(每分钟3000转以上)。 3000转以上 钟几转)或很高(每分钟3000转以上)。 注意: 调速时对于没有调速要求的电机, 注意: 调速时对于没有调速要求的电机,最大转速 不能超过1.2nN 。 。 不能超过

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2.3.6 直流电动机特性类型的选择
(1) 恒转矩的生产机械(TL一定,和转速无关)要选 恒转矩的生产机械( 一定,和转速无关) 硬特性的电动机, 金属加工、起重机械等。 硬特性的电动机,如:金属加工、起重机械等。 (2) 通风机械负载,机械负载 TL 和转速 n 的平方 通风机械负载, 成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。 成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。 (3) 恒功率负载(P 一定时,T和n 成反比),要选 恒功率负载( 一定时, 和 成反比) 软特性电机拖动。如:电气机车等。 软特性电机拖动。 电气机车等。

2.3.7 电动机的连接 电动机的连接
直流电机有四个出线端,电枢绕组、 直流电机有四个出线端,电枢绕组、励磁绕组 各两个,可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。 各两个,可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。 (1) 绕组的阻值范围 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。 欧姆。 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到 欧姆
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(1) 绕组的阻值范围 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到1~2欧姆。 的阻值在零点几欧姆到 欧姆。 电枢绕组的阻值在零点几欧姆到 欧姆 他励(并励 电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。 并励)电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆 他励 并励 电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆。 串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。 的阻值与电枢绕组的相当 串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。 (2)绕组的符号 始端 S1 T1 B1 C1 H1 BC1 Q1 末端 S2 T2 B2 C2 H2 BC2 Q2 绕组名称 电枢绕组 他励绕组 并励绕组 串励绕组 换向极绕组 补偿绕组 起动绕组
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2.4 直流电动机驱动系统
电枢回路串变阻器起动
在电枢回路串可变电阻, ?在电枢回路串可变电阻,以限 在电枢回路串可变电阻 制起动电流,待转速上升后,逐 制起动电流,待转速上升后, 步切除起动电阻 ?损耗增加,不经济 损耗增加, 损耗增加

I ast

U = Ra + Rst

+

U

?

S
M

S1 S 2

S3

R a R st 1 R st 2 R st 3

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直流斩波控制
iS = ii i L = iO
R Ui D C Uo

S

L

L

S 导通

Ui

C

R

Uo

L

iL ≠ 0
C R Uo

换成电机就成了书中 单象限直流斩波电路

S 阻断

iL = 0
C R Uo

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2.5 变换器(直流斩波电路)
直流斩波电路(DC Chopper)
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流--直流变换器(DC/DC Converter)。 一般指直接将直流电变为另一直流电,不包括直流 —交流—直流。

电路种类
6种基本斩波电路:降压斩波电路 升压斩波电路 降压斩波电路、升压斩波电路 降压斩波电路 升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。
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3-62

1
电路结构

降压斩波电路
全控型器件 若为晶闸管,须 有辅助关断电路。 负载 出现 的反 电动 势

降压斩波电路 (Buck Chopper)

续流二极管

典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载。
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3-63

1
工作原理

降压斩波电路
V E iG iG t on O io T i1 I 10 O uo E i2 I 20 t1 t off

L

io

R

+
VD u o M EM

t=0时刻驱动V导通,电源E向 负载供电,负载电压uo=E,负 载电流io按指数曲线上升。 t=t1 时控制V关断,二极管VD 续流,负载电压uo 近似为零, 负载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感L使负载电 流连续且脉动小。 动画演示。

-

a) 电路图
t

t

O iG iG O io O uo O t on

b)电流连续时的波形
t off Tt i1 E t1 I 20

t

t
x

i2 t2 t E t

图3-1 降压斩波电路得原理图及波形
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c) 电流断续时的波形

EM

3-64

1
数量关系 电流连续

降压斩波电路

负载电压平均值:

ton ton Uo = E= E = αE ton + tof f T
负载电流平均值:
U o ? EM Io = R

(3-1)

ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比 导通占空比 通的时间 断的时间

(3-2)

电流断续,Uo被抬高,一般不希望出现。 ,
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3-65

1

降压斩波电路
此种方式应用 最多

斩波电路三种控制方式

T不变,变ton —脉冲宽度调制(PWM)。 ton不变,变T —频率调制。 ton和T都可调,改变占空比—混合型。

第2章2.1节介绍过:电力电子电路的实质上是分时 段线性电路的思想。 基于“分段线性”的思想,对降压斩波电路进 行解析。
分V处于通态和处于断态 初始条件分电流连续和断续
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3-66

1

降压斩波电路

同样可以从能量传递关系出发进行的推导
由于L为无穷大,故负载电流维持为Io不变 电源只在V处于通态时提供能量,为 EI oton 在整个周期T中,负载消耗的能量为 RI o2T + EM I oT

(

)

一周期中,忽略损耗,则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。 αE ? E M 2 EI oton = RI o T + EM I oT Io = R

EI1 = αEI o = U o I o

t on I1 = I o = αI o T

输出功率等于输入功率,可将降压斩波器看作直流降压变压器。
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3-67

1

降压斩波电路
式(3-6) 式(3-7)

负载电流断续的情况: 负载电流断续的情况:
I10=0,且t=tx时,i2=0
?1 ? (1 ? m)e ?αρ ? t x = τ ln ? ? (3-16) m ? ?

tx<toff 电流断续的条件: 输出电压平均值为: ton E + (T ? ton ? t x ) EM Uo = T 负载电流平均值为:

eαρ ? 1 m> ρ e ?1
? ? ton + t x ? ? = ?α + ?1 ? ?m? E T ? ? ? ?

(3-17)

(3-18)

tx 1 ton ? t +t ? E U ? E I o = ? ∫ i1 d t + ∫ i2 d t ? = ?α ? on x m ? = o m ? ? 0 ? ? T? 0 T R ?R

(3-19)

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3-68

升压斩波电路( 升压斩波电路( Boost Chopper) ) 1) 升压斩波电路的基本原理 电路结构
储存电能

2

升压斩波电路

保持输 出电压

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3-69

2
工作原理

升压斩波电路

假设L和C值很大。 V处于通态时,电源E向电感 L充电,电流恒定I1,电容C 向负载R供电,输出电压Uo 恒定。 V处于断态时,电源E和电感 L同时向电容C充电,并向负 载提供能量。 动态演示。
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iGE
0

a) 电路图

io
I1
0 b) 波形

图3-2 升压斩波电路及工组波形

3-70

数量关系

2

升压斩波电路

设V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为 EI1ton 设V断态的时间为toff,则此期间电感L释放能量为(U o ? E )I1toff 稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:
EI1ton = (U o ? E ) I1toff

(3-20) (3-21)

化简得:U o =

ton + tof f T E= E tof f tof f

T/toff>1,输出电压高于电源电压,故为升压 升压斩波电路。 升压

tof f 。 T / toff ——升压比;升压比的倒数记作β ,即 β = T β和α的关系: α + β = 1 (3-22) 1 1 因此,式(3-21)可表示为 U o = E = E (3-23) β 1?α
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3-71

2

升压斩波电路
电容C可将输出电压保持住

电压升高得原因:电感L储能使电压泵升的作用
如果忽略电路中的损耗,则由电源提供的能量仅由负载R 消耗,即 : EI1 = U o I o 。 (3-24) 与降压斩波电路一样,升压斩波电路可看作直流变压器。 输出电流的平均值Io为:
Io = Uo 1 E = R β R

(3-25)

电源电流的平均值Io为:
Uo 1 E I1 = Io = 2 E β R

(3-26)
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3-72

2

升压斩波电路

2) 升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动 二是用作单相功率因数校正(PFC)电路 三是用于其他交直流电源中 用于直流电动机传动
再生制动时把电能回馈 给直流电源。 电动机电枢电流连续和 断续两种工作状态。 直流电源的电压基本是 恒定的,不必并联电容 器。 图3-3 动画演示。
a) uo E uo E

O i

t i1 I 10 I 20 toff T b) i2 I 10 t

O io i1 I 20 O ton T t1 t x toff c) t2 i2

t

O

t on

t

用于直流电动机回馈能量的升压斩波电路及其波形 a) 电路图 b) 电流连续时 c) 电流断续时
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3-73

2
数量关系

升压斩波电路

当V处于通态时,设电动机电枢电流为i1,得下式: d i1 (3-27) L + Ri1 = EM dt 当V处于断态时,设电动机电枢电流为i2,得下式:
L d i2 + Ri 2 = EM ? E dt
(3-29)

当电流连续时,考虑到初始条件,近似L无穷大时电 枢电流的平均值Io,即
E EM ? β E I o = (m ? β ) = R R
(3-36)

该式表明,以电动机一侧为基准看,可将直流电源电 压看作是被降低到了βE。
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3-74

2

升压斩波电路
u
o

如图3-3c,当电枢电流断续时: 当t=0时刻i1=I10=0,令式(3-31) 中I10=0即可求出I20,进而可写出 i2的表达式。 另外,当t=t2时,i2=0,可求得i2持 续的时间tx,即
1 ? me τ t x = τ ln 1? m
? to n
i
o

E

O

t

i
1

i
2

I O t
on

20

t
1

t
x

t
2 off

t

t T c)

tx<t0ff
1 ? e ? βρ m< 1 ? e?ρ

图3-3 用于直流电动机回馈能 量的升压斩波电路及其波形

--------电流断续的条件
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3-75

3升降压斩波电路和Cuk斩波电 路 升降压斩波电路
(buck -boost Chopper)
电路结构

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3-76

3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
基本工作原理
V通时,电源E经V向L供电使 其贮能,此时电流为i1。同时, C维持输出电压恒定并向负载 R供电。 V断时,L的能量向负载释放, 电流为i2。负载电压极性为上 负下正,与电源电压极性相 反,该电路也称作反极性斩 波电路。 动态演示。

i1 IL

ton

a) toff

o
i2 IL

t

o
b)

t

图3-4 升降压斩波电路及其波形 a)电路图 b)波形
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3-77

3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
数量关系
稳态时,一个周期T内电感L两端电压uL对时间的积分为零,即


V处于通态 uL = E

T

0

uL d t = 0

(3-39)

E ? ton = U o ? toff
toff

(3-40)

V处于断态 uL = - uo

所以输出电压为: U = t on E = o

ton α E= E (3-41) T ? t on 1?α
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3-78

3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
结论
当0<a <1/2时为降压,当1/2<a <1时为升压,故称作升降 压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。 图3-4b中给出了电源电流i1和负载电流i2的波形,设两者 的平均值分别为I1和I2,当电流脉动足够小时,有:
t on I1 = I2 t off
(3-42)
i1 IL t ton toff

toff 1 ? α (3-43) i o 2 I I1 = I1 由上式得: 2 = IL α ton

EI1 = U o I 2

(3-44)

o
b)

t

其输出功率和输入功率相等,可看作直流变压器。
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3-79

3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
2) Cuk斩波电路 斩波电路
V通时,E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。 V断时,E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。 输出电压的极性与电源电压极性相反。 电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。

图3-5 Cuk斩波电路及其等效电路 a) 电路图 b) 等效电路
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3-80

3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
数量关系
同理:



T

V处于通态的时间ton,则电容电流和时间的乘积为I2ton。 V处于断态的时间toff,则电容电流和时间的乘积为I1 toff。 由此可得: I 2t on = I1t off (3-46) I2 t T ? t on 1?α = off = = (3-46) I1 t on t on α
Uo =

0

iC d t = 0

(3-45)

优点(与升降压斩波电路相比):

α t on t on E= E= E 1?α toff T ? t on

(3-48)

输入电源电流和输出负载电流都是连续的,且脉动很 小,有利于对输入、输出进行滤波。
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3-81

4

电流可逆斩波电路

复合斩波电路——降压斩波电路和升压斩波电路组合构成 多相多重斩波电路——相同结构的基本斩波电路组合构成 电流可逆斩波电路
斩波电路用于拖动直流电动机时,常要使电动机既可 电动运行,又可再生制动。 降压斩波电路能使电动机工作于第1象限。 升压斩波电路能使电动机工作于第2象限。 电流可逆斩波电路:降压斩波电路与升压斩波电路组 电流可逆斩波电路 合。此电路电动机的电枢电流可正可负,但电压只能 是一种极性,故其可工作于第1象限和第2象限。
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3-82

4
电路结构

电流可逆斩波电路

V1和VD1构成降压斩波电路,电动机 为电动运行,工作于第1象限。 V2和VD2构成升压斩波电路,电动机 作再生制动运行,工作于第2象限。 必须防止V1和V2同时导通而导致的电 源短路。
uo

a) 电路图

io

iV1

iD1

t

工作过程(三种工作方式)

iD2

iV2 b)

t

图3-7 电流可逆斩波电路及波形

第3种工作方式:一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压 斩波电路工作。 当一种斩波电路电流断续而为零时,使另一个斩波电路工作, 让电流反方向流过,这样电动机电枢回路总有电流流过。 电路响应很快。
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3-83

5

桥式可逆斩波电路

桥式可逆斩波电路——两个电流可逆斩波电路组合
起来,分别向电动机提供正向和反向电压。 使V4 保持通时,等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电 路,提供正电压,可使电动机工作于第1、2象限。 使V2保持通时,V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流 可逆斩波电路,向电动机提供负电压,可使电动机工 作于第3、4象限 。

图3-8 桥式可逆斩波电路
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3-84

2.6 速度控制
电枢控制和磁场控制。

直流斩波器控制电枢电压或励磁电压。

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3-85

1. 电压控制直流斩波器驱动系统 ? 见教材P42页图2-22 ? 根据单象限、双象限和四象限有不同的表 达式

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2. 带电压前馈的电压控制直流斩波器驱动系统

? 见教材P42页图2-23 ? 根据单象限、双象限和四象限有不同的表 达式

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