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
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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 |
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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 |
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机械特性方程 |
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或用转矩表示, |
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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。 |
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◎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 。 |