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2.1 直流电动机的调速方法 采用改变电动机端电压调速的方法。当额定励磁保持不变，理想空载转速随U减小而减小，各特性线斜率不变，由此可实现额定转速以下大范围平滑调速，并且在整个调速范围内机械特性硬度不变。变电压调速要有可调的直流电源，根据供电电源的种类分两种情况：一是采用可控变流装置，将交流电转变为可调的直流电。二是采用直流斩波器，在具有恒定直流供电电源的地方，实现脉冲调压调速由于工矿企业中大多为交流电源，因此前一种情况应用最广。晶闸管变流装置输出的直流脉动电压加在电抗器L和电动机电枢两端，L起滤波作用以及保持电流连续。改变晶闸管触发电路的移相控制电压，就可改变触发脉冲的控制角。，从而改变输出平均电压的大小，实现平滑的调压调速。2.2 调速系统的确定双闭环调速ASRACRUPEMG图1 转速、电流双闭环直流调速系统结构为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。如图2所示。图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。从图1可以看到在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。由此实现转速和电流两种负反馈分别起作用。2.4 触发电路的选择触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行，必须正确设计与选择触发电路与驱动电路。晶闸管的触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条： 1、触发信号要有足够的功率 为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。2、触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步。实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电压之间满足一定的相位关系。3、触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡。为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具有一定的宽度，不能过窄。4、触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求。触发脉冲的移相范围与主电路的型式、负载性质及变流装置的用途有关。无刷直流电动机实质上是一种特定类型的同步电动机，调速时只在表面上控制了输入电压，实际上也自动地控制了频率，仍属于同步电动机的变压变频调速。电动势与电流波形直流电动机的转子磁极采用瓦形磁钢，经专门的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场，定子采用集中整距绕组，因而感应的电动势也是梯形波的。由逆变器提供与电动势严格同相的方波电流，同一相（例如A相）的电动势 eA和电流波 iA 形图如下图所示。eAiAIPEPiAeAOwt梯形波永磁同步电动机的电动势与电流波形图 由于各相电流都是方波，逆变器的电压只须按直流PWM的方法进行控制，比各种交流PWM控制都要简单得多，这是设计梯形波永磁同步电动机的初衷。然而由于绕组电感的作用，换相时电流波形不可能突跳，其波形实际上只能是近似梯形的，因而通过气隙传送到转子的电磁功率也是梯形波。梯形波永磁同步电动机的等效电路及逆变器主电路原理图电压方程：对于梯形波的电动势和电流，不能简单地用矢量表示，因而旋转坐标变换也不适用，只好在静止的ABC坐标上建立电机的数学模型。 当电动机中点与直流母线负极共地时，电动机的电压方程可以用下式表示 式中 uA、uB 、uC 三相输入对地电压 iA、iB 、iC 三相电流 eA、eB 、eC 三相电动势 Rs定子每相电阻 Ls定子每相绕组的自感 Lm定子任意两相绕组间的互感由于三相定子绕组对称，故有 iA + iB + iC = 0则 Lm iB + Lm iC = - Lm iA Lm iC + Lm iA = - Lm iB Lm iA + Lm iB = - Lm iC 代入上式，并整理后得 设梯形波永磁同步电动机的电动势与电流波形图中方波电流的峰值为 Ip ，梯形波电动势的峰值为Ep，在一般情况下，同时只有两相导通，从逆变器直流侧看进去，为两相绕组串联，则电磁功率为 Pm = 2 Ep Ip。忽略电流换相过程的影响，电磁转矩为 式中p 梯形波励磁磁链的峰值，是恒定值。 由此可见，梯形波永磁同步电动机（即无刷直流电动机）的转矩与电流成正比，和一般的直流电动机相当。这样，其控制系统也和直流调速系统一样，要求不高时，可采用开环调速，对于动态性能要求较高的负载，可采用双闭环控制系统。 无论是开环还是闭环系统，都必须具备转子位置检测、发出换相信号、调速时对直流电压的PWM控制等功能。现已生产出专用的集成化芯片，比如：MC33033、MC33035等。 不考虑换相过程及PWM波等因素的影响，当主电路原理图中的VT1和VT6导通时，A、B两相导通而C相关断，则可得无刷直流电动机的动态电压方程为 在上