第8章_连续信号控制电路

1、第第8 8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路作用：将交流信号连续变换成直流信号，或者作用：将交流信号连续变换成直流信号，或者 将直流信号连续逆换成交流信号来达到将直流信号连续逆换成交流信号来达到 控制目的。控制目的。 8.1 脉宽调制控制电路脉宽调制控制电路 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器 8.2 变频控制电路变频控制电路n控制电路控制电路 控制执行机构运动的电路控制执行机构运动的电路n常用的执行机构驱动器件：常用的执行机构驱动器件：（1）电动机；）电动机；（2）油（气）缸；）油（气）缸；（3）电磁机构（电磁铁、磁致伸缩）；）电磁机构（电磁铁、磁致伸缩）；（4）压电驱动；）压电驱

2、动；（5）热驱动；）热驱动；（6）其它（化学、生物、核等）。）其它（化学、生物、核等）。第第8 8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路n电机电机是最采用的执行机构驱动器件是最采用的执行机构驱动器件（1 1）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；）可以驱动各种执行器件，用于各种场合；（2 2）行程大；）行程大；（3 3）变速范围大；）变速范围大；（4 4）输出力矩大；）输出力矩大；（5 5）控制灵活方便。）控制灵活方便。第第8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路n连续信号控制电路连续信号控制电路 将将交流信号交流信号连续连续变换变换成成直直流信号流信号，或者是，或者是直流信号直流信号连续连续变

3、换成变换成交流信号交流信号以以达到控制目的。达到控制目的。n主要指主要指直流电动机调速直流电动机调速、交流电动机调速交流电动机调速、功率功率电源控制电源控制中的导电角控制电路、脉宽调制控制电中的导电角控制电路、脉宽调制控制电路、变频控制电路等。路、变频控制电路等。第第8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路n速度调节速度调节是控制中的一个重要问题是控制中的一个重要问题n本章首先研究本章首先研究直流电机的速度调节与控制直流电机的速度调节与控制n然后研究然后研究交流电机交流电机的驱动、速度调节与控制的驱动、速度调节与控制第第8章章 连续信号控制电路连续信号控制电路n脉宽调制脉宽调制(Pulse W

4、idth Modulation)(Pulse Width Modulation)控制电路，控制电路，通常称为通常称为PWMPWM控制电路，是控制电路，是利用利用半导体功率晶体管半导体功率晶体管或或晶闸管晶闸管等开关器件的导通和关断，等开关器件的导通和关断，把直流电压把直流电压变成一系列变成一系列幅值相等幅值相等的电压脉冲，的电压脉冲，通过控制电压通过控制电压脉冲的脉冲的宽度宽度以达到变压目的，或者以达到变压目的，或者控制电压脉冲控制电压脉冲宽度和宽度和脉冲列的周期脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种以达到变压变频目的的一种变换电路。变换电路。 8.1 8.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)(PWM

5、)控制电路控制电路 n为什么采用脉宽调制为什么采用脉宽调制, ,而不用电压调速而不用电压调速? ?(1) (1) 脉宽调制可以用于脉宽调制可以用于直流直流和和交流电机调速交流电机调速, ,还可以与还可以与调频相结合，调频相结合，通用性强通用性强; ;(2) (2) 在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉在电机驱动中功率放大器工作在非线性状态，脉宽调制让功率放大器工作在开关状态，宽调制让功率放大器工作在开关状态，可以减小有可以减小有功功率消耗，功功率消耗，获得较高的效率与较好的线性获得较高的效率与较好的线性; ;(3) (3) 让电机始终处在有电状态让电机始终处在有电状态, ,对于电机动态特

6、性有利对于电机动态特性有利。8.1 8.1 脉宽调制脉宽调制(PWM)(PWM)控制电路控制电路 脉宽调制控制电路包括脉宽调制控制电路包括电电压压- -脉宽变换器脉宽变换器和和开关式开关式功率放大器功率放大器两部分。两部分。8.1.1 8.1.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 电压电压- -脉宽脉宽功率放大功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV 二极管二极管VDVD在在V V关断时为关断时为感感性负载性负载RL提供释放电感储提供释放电感储能、形成续流回路。能、形成续流回路。 运算放大器运算放大器N N工作工作在在开环开环或或正反馈状态正

7、反馈状态，实现把连续电压信，实现把连续电压信号变成号变成脉冲电压脉冲电压信号。信号。 其作用是在其作用是在uc=0时通过时通过RP的调节使比较器的输出电压的调节使比较器的输出电压ub为宽为宽度相等的正负方波。度相等的正负方波。 电压电压- -脉宽脉宽功率放大功率放大+ + +N- -R2R3RPR1RLuPu0ucubECuLV8.1.1 8.1.1 脉宽调制控制电路的工作原理脉宽调制控制电路的工作原理 N的反相端输入三个信号的反相端输入三个信号锯齿波或三角波调制信号锯齿波或三角波调制信号up控制电压控制电压uc负偏置电压负偏置电压u0其频率是主电路所需的开关调制频率其频率是主电路所需的开关调

8、制频率，一般为，一般为14kHz；其极性与大小随时可变；其极性与大小随时可变； uc0: 锯齿波过零锯齿波过零提前，正半波比负提前，正半波比负半波窄半波窄 uc0tOuPubuP+uc+u0c)uc0 c)uc1314PWM输出输出D7D0D0A0A0A1A1PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PC7A BUcUcUcABAB，高电平高电平tOBtOTPWM输出输出A计数器计数器比较器比较器数据输入接口数据输入接口输出高电平输出高电平脉宽调制脉宽调制频率变换频率变换n功用功用（1 1）电机驱动；）电机驱动；（2 2）调速）调速8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路

9、（2 2）按）按载波信号载波信号和和基准信号基准信号的的频率频率之间的关系分：之间的关系分： （1 1）按调制脉冲的极数分：）按调制脉冲的极数分：单极式单极式双极式双极式n分类分类同步式同步式异步式异步式n几个概念：几个概念：（1 1）可逆和不可逆可逆和不可逆：可逆就是电机即可：可逆就是电机即可正转正转也可也可反转反转；不；不可逆就是电机只能可逆就是电机只能一个方向转动一个方向转动。（2 2）反电动势反电动势：是电机转动产生的，与转速有关。：是电机转动产生的，与转速有关。（3 3）自感电动势自感电动势：流过电枢电流变化产生的感应电势。：流过电枢电流变化产生的感应电势。（4 4）电动电动：电机：

10、电机转动转动方向方向与与流过电枢的电流流过电枢的电流方向方向相同相同。（5 5）制动制动：电机：电机转动转动方向方向与与流过电枢的电流流过电枢的电流方向方向相反相反。（6 6）回馈制动回馈制动：流过电枢的电流与电机转动方向相反且：流过电枢的电流与电机转动方向相反且流流入电源入电源，即将能量回馈给电源即将能量回馈给电源。 8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 几个概念：几个概念：v可逆系统可逆系统，分为，分为单极式单极式和和双极式双极式驱动两种。驱动两种。单极式驱动单极式驱动是在是在一个一个PWMPWM周期内周

11、期内，作用在电枢两端的，作用在电枢两端的脉冲电压是脉冲电压是单一极性单一极性的；的；双极式驱动双极式驱动是在是在一个一个PWMPWM周期内周期内，作用在电枢两端的，作用在电枢两端的脉冲电压是脉冲电压是正负交替正负交替的。的。8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 直流电机的控制驱动直流电机的控制驱动转动控制：在电机两端加电压转动控制：在电机两端加电压正反转控制：改变所加电压的极性正反转控制：改变所加电压的极性转角控制：转角控制：转速控制：改变所加电压的大小转速控制：改变所加电压的大小( (H型双极式桥路）型双极式桥路）用用PWM调宽来改变电压调宽来改变电压用用D/A转换器

12、改变电压转换器改变电压改变通电时间（精度低）改变通电时间（精度低）加测角传感器进行闭环控制（成本高）加测角传感器进行闭环控制（成本高）8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 ( (一一) ) 简单的简单的不可逆不可逆PWMPWM控制电路（控制电路（） ( (二二) ) 制动制动不可逆不可逆PWMPWM控制电路控制电路 ( (三三) H) H型型双极式双极式可逆可逆PWMPWM控制电路（控制电路（） ( (四四) T) T型双极式型双极式可逆可逆PWMPWM控制电路控制电路 几种控制变换电路几种控制变换电路电机只能单向转动、调速。电机只能单向转动、调速。 电机只能单向转动、

13、调速、可以制动。电机只能单向转动、调速、可以制动。 电机能双向转动、调速。电机能双向转动、调速。电机可双向转动、调速，但需要正、负电源。电机可双向转动、调速，但需要正、负电源。n电路组成工作原理电路组成工作原理 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 a） 电路原理图电路原理图VD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +ECV关断时为电枢回路提供释放电感储能形成续流回路消除电源在直流消除电源在直流供电线路上的谐供电线路上的谐波电压对电路的波电压对电路的干扰干扰功率开关由由大功率晶体管大功率晶体管V1V1和和二极管二极管DlDl、D2D2组成组成。当

14、当0t时时，ub为正，为正，V饱和导通，饱和导通，电动机两端电压电动机两端电压ua=E；EETUa DaaEdtdiLRiE 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 b）电流和电压波形）电流和电压波形tOTiaua,EuaUaEDiaEVD1M- -ubVD2V+ +iaED+ +C电动机平均电动机平均端电压为端电压为：PWM电压的占空比；电压的占空比；改变改变即可即可调速调速。当当tT时时，ub为负，为负，V截止，截止，ua=0，电动机电枢经二极管电动机电枢经二极管VD1续流；续流；DaaEdtdiLRi 0ED电动机反电动势；电动机反电动势；R

15、、L电枢电路的电阻和电感电枢电路的电阻和电感靠靠VD1续流续流E加到电动机电枢两端加到电动机电枢两端 简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM控制电路控制电路 n在轻载（负载力矩小、在轻载（负载力矩小、ia小）情况下可能断流小）情况下可能断流n不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢）不能反转、不能制动（电流不能反向通过电枢） 制动不可逆制动不可逆PWMPWM控制电路控制电路 主控管辅助管当当0 0t时：时：ub1为正，为正，V1饱和导通；饱和导通；ub2为负为负，V2截截止，止，E加在电动机电枢两端；加在电动机电枢两端；ia顺着顺着回

16、回路路1 1由由A流向流向B；电动机工作在电动状；电动机工作在电动状态。态。当当tT时：时：ub2为正为正，ub1为负，为负，V1截止，与截止，与E断开，断开，电枢中的自感电动势使电枢中的自感电动势使ia沿沿回路回路2 2续流续流，电动机仍为电动状态，电动机电枢经电动机仍为电动状态，电动机电枢经二极管二极管VD1续流；续流；此时，此时，VDVD2 2使使V2V2继续截止。继续截止。 所以，只要所以，只要ia在在ub1为负期间不衰减到为负期间不衰减到0，电动机始终，电动机始终“电动电动”状态。状态。 制动不可逆制动不可逆PWMPWM控制电路控制电路 但假如但假如ia

17、在在ub1为负的期间内衰减为负的期间内衰减到到0 0，则，则V2V2在在tT期间在期间在ED和和ub2的共同作用下饱和导通的共同作用下饱和导通，在外力做功下，在外力做功下，ia沿沿回路回路3 3由由B流向流向A, ,与与ED同向同向，产生能耗制动。产生能耗制动。直到直到t=T后，后，ub2为负，为负，V2截止，在截止，在自感电动势和反电动势的作用下，自感电动势和反电动势的作用下，ia沿沿回路回路4 4流动，流动，实现回馈制动实现回馈制动。此时此时V V1 1因因V VD1D1而截止。而截止。反向制动作用会使电动机转速下降，直到反向制动作用会使电动机转速下降，直到ub1为正时，反相为正时，反相电

18、流电流ia衰减到衰减到0 0，V1才饱和导通，电动机又进入电动状态。才饱和导通，电动机又进入电动状态。 制动不可逆制动不可逆PWMPWM控制电路控制电路 此外，由于某种原因，或者电动机工作在轻载此外，由于某种原因，或者电动机工作在轻载情况下，负载电流很小时，电动和制动状态会交替情况下，负载电流很小时，电动和制动状态会交替出现。出现。d)tOia34121Tt1t24d) 电动和制动交替状态电流波形电动和制动交替状态电流波形 H H型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 控制方式上分为控制方式上分为双极式、单极式双极式、单极

19、式和和受受限单极式限单极式，这里以这里以双极式双极式为例为例。n双极式驱动：双极式驱动：T T型和型和H H型。型。nT T型有两个开关管组成，采用正负电源，相当于型有两个开关管组成，采用正负电源，相当于2 2个不可个不可逆系统的组合，形状像逆系统的组合，形状像T T字，成为字，成为T T型。型。开关管要承受较开关管要承受较高的反向电压，因此用于低压小功率直流电机驱动中。高的反向电压，因此用于低压小功率直流电机驱动中。nH H型形状像桥式电路，应用较多型形状像桥式电路，应用较多VD2+EM3241V2V1VD1ABub1ub2-Eub2ub44M2V1V3V4V2VD3VD2VD1VD4ub1

20、ub3EiaAB13 0t时，时，ub1、ub4高电平，高电平，ub2、ub3低电平，低电平，V1、V4饱和导通饱和导通，V2、V3截止截止，E加在电枢加在电枢AB两端，两端，UAB=+E；a) 电路原理图电路原理图ub2ub44M2V1V3V4V2VD3VD2VD1VD4ub1ub3EiaAB H H型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 DaaEdtdiLRiE DaaEdtdiLRiE tT时，时，ub1、ub4变正，变正，但由于电枢反电动势的作但由于电枢反电动势的作用，用，V1、V4不能立即导通，不能立即导通，ia沿回路经沿回路经VD4、V

21、D1续流。续流。反向电流反向电流i ia a降至零后降至零后，VD4、VD1切断，切断，V1、V4导通。电流导通。电流ia流经流经1 1、2 2、3 3、4 4四支回路。四支回路。n双极式可逆双极式可逆PWMPWM控制电路的可逆性由正、负脉冲控制电路的可逆性由正、负脉冲电压的宽窄而定。电压的宽窄而定。n当正脉冲宽度当正脉冲宽度T/2时时，电枢两端的平均电压为，电枢两端的平均电压为正，正，电动机正转电动机正转；n当当T/2时，平均电压为负，时，平均电压为负，电动机反转；电动机反转；n当当=T/2时，平均电压为零，时，平均电压为零，电动机停转电动机停转。 H H型双极式

22、可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 H H型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 lH型双极模式型双极模式PWM功率转换电路只需要单一电源功率转换电路只需要单一电源供电，供电，l晶体管的耐压相对要求较低，晶体管的耐压相对要求较低，l缺点缺点l电枢两端电压悬浮，不便于引出反馈，电枢两端电压悬浮，不便于引出反馈，l基极驱动回路数比基极驱动回路数比T型电路多。型电路多。l高压伺服电动机较普遍采用高压伺服电动机较普遍采用H型电路。型电路。 T T型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 当当0t时：时：ub1

23、为正，为正，V1导通；导通；ub2为负为负，V2截止，截止，E加在电动机电枢两端；加在电动机电枢两端；当当tT/2，Ua0，电动机正转；电动机正转；（3 3）当控制信号为负时）当控制信号为负时，T/2，Ua0，电动机反转；电动机反转； T T型双极式可逆型双极式可逆PWMPWM控制电路控制电路 这种电路结构简单，但要求双电源供电，且晶体这种电路结构简单，但要求双电源供电，且晶体管承受的反向电压为电源的两倍，因此，管承受的反向电压为电源的两倍，因此，T型型PWM控制电路只适用于小功率低电压伺服电动机系统。控制电路只适用于小功率低电压伺服电动机系统。8.1.3 PWM8

24、.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 直流电机的控制驱动直流电机的控制驱动转动控制：在电机两端加电压转动控制：在电机两端加电压正反转控制：改变所加电压的极性正反转控制：改变所加电压的极性转角控制：转角控制：转速控制：改变所加电压的大小转速控制：改变所加电压的大小( (H型双极式桥路）型双极式桥路）用用PWM调宽来改变电压调宽来改变电压用用D/A转换器改变电压转换器改变电压改变通电时间（精度低）改变通电时间（精度低）加测角传感器进行闭环控制（成本高）加测角传感器进行闭环控制（成本高）8.1.3 PWM8.1.3 PWM功率转换电路功率转换电路 例：例：软件方式的软件方式的PWMPWM应用电路

25、应用电路：8.1.4 8.1.4 同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路l上面介绍的均是上面介绍的均是直流脉宽调制控制方法直流脉宽调制控制方法，并不改变并不改变输出电压的频率输出电压的频率。l这种调制方法在低频输出时，谐波所产生的影响比这种调制方法在低频输出时，谐波所产生的影响比较大，较大，使调速系统的稳定性变差使调速系统的稳定性变差。.4同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n在在PWM PWM 控制中，常常用控制中，常常用一系列一系列等幅等幅而而不等宽不等宽的的脉冲来代替正弦波，脉冲来代替正弦波，n将正弦半波波形分成将正弦半波波形

26、分成N N 等分，于是正弦半波可等分，于是正弦半波可看成由看成由N N 个彼此相连的个彼此相连的脉冲所组成的波形。脉冲所组成的波形。这这些脉冲宽度相等，但幅些脉冲宽度相等，但幅值不等，值不等，且脉冲顶部不且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦变各脉冲的幅值按正弦变化。化。.4同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路l根据采样控制理论中，冲量（指窄脉冲的面积）根据采样控制理论中，冲量（指窄脉冲的面积）相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其作用效果基本相同的原理，其作用效果基

27、本相同的原理，l把把正弦半波正弦半波N N 等分等分后形成的脉冲序列用同样数量后形成的脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，.4同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n让矩形脉冲的让矩形脉冲的中点中点与相应正与相应正弦等分的弦等分的中点重合中点重合，并使矩，并使矩形脉冲和相应正弦部分形脉冲和相应正弦部分面积面积（冲量）相等（冲量）相等，便得到正弦，便得到正弦PWM波形。波形。n不难看出，各脉冲的宽度是不难看出，各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。由冲量按正弦规律变化的。由冲量相等效果相同的原理，相等效果相同的原理

28、，nPWM波形和正弦波是等效的。波形和正弦波是等效的。n对于正弦波的对于正弦波的负半波负半波，同样，同样可以得到可以得到PWM波形。波形。.4同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n利用利用能量等效原理能量等效原理，将正弦波转，将正弦波转换成与它能量等效的脉宽调制波形换成与它能量等效的脉宽调制波形n划分划分N N等份（等份（N N是偶数），脉宽是偶数），脉宽:2/N:2/N。n等效代替：用一个脉冲幅度都等于等效代替：用一个脉冲幅度都等于UmUm、脉宽与其、脉宽与其对应的正弦波所包含的面积相等或成比例的矩形电对应的正弦波所包含的面积相等或成比例的矩形电压脉冲

29、来分别代替相应的正弦波部分。压脉冲来分别代替相应的正弦波部分。n要改变正弦波的幅值，只要按同一比例系数，改变要改变正弦波的幅值，只要按同一比例系数，改变各脉冲的宽度就可以。各脉冲的宽度就可以。SPWM产生产生8.1.4 8.1.4 同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n将这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的将这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形称为波形称为SPWM波形。波形。n调制控制中，若载波信号为等腰三角波，基准信号调制控制中，若载波信号为等腰三角波，基准信号采用正弦波，则可形成采用正弦波，则可形成SPWM控制控制。n用于交流电动机调速。为了保

30、证交流电动机的机械用于交流电动机调速。为了保证交流电动机的机械特性，需要进行变压变频。特性，需要进行变压变频。单极性单极性正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制a)b)UAB倒相器正弦波基准信号振荡器三角波振荡器半波整流电路比较器V1M半波整流电路比较器V2V3V4ECABuPuc-ucE-ucucuPuOO-Ett8.1.4 8.1.4 同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n单极性单极性: : 指指载波信号载波信号与与基准信号基准信号始终保持始终保持同极性同极性的的关系关系，即正弦波处于正半周时，载波信号在正值范，即正弦波处于正半周时，载波信号在正值范围内变化，产生正的调制脉冲

31、列。而正弦波处于负围内变化，产生正的调制脉冲列。而正弦波处于负半周时，产生负的调制脉冲列。半周时，产生负的调制脉冲列。 8.1.4 8.1.4 同步式与异步式脉宽调制控制电路同步式与异步式脉宽调制控制电路n采用正弦波调制后的输出电压脉冲采用正弦波调制后的输出电压脉冲UAB具有以具有以下特点：在半个周期内，两边的脉冲宽度小，下特点：在半个周期内，两边的脉冲宽度小，中间的脉冲宽度大，各脉冲的宽度基本上按中间的脉冲宽度大，各脉冲的宽度基本上按正弦分布。正弦分布。它比单极性直流脉宽调制的输出它比单极性直流脉宽调制的输出电压波形更电压波形更接近于正弦接近于正弦。 同步式调

32、制控制同步式调制控制n优点：优点：N为常数，即变频时控制电路的三角载波频为常数，即变频时控制电路的三角载波频率与正弦调制波的频率要同步变化，从而保持脉宽率与正弦调制波的频率要同步变化，从而保持脉宽调制信号波形数和相位不变。调制信号波形数和相位不变。n缺点缺点: :当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使负载电动机产生较大距增大，谐波会显著增加，使负载电动机产生较大的脉动转矩和较强的噪声。的脉动转矩和较强的噪声。 异步式调制控制异步式调制控制n 当三角载波信号频率一定时，若只改变正弦波基当三角载波信号频率

33、一定时，若只改变正弦波基准信号的频率，即让载波比准信号的频率，即让载波比N不为常数，同样可以不为常数，同样可以改变输出电压的频率，这样正、负半周的改变输出电压的频率，这样正、负半周的脉冲数和脉冲数和相位相位在不同的输出频率下，就在不同的输出频率下，就不完全对称不完全对称。把这种把这种控制方式称为控制方式称为异步式异步式脉宽调制控制方式脉宽调制控制方式。 n优点：优点：在低频输出时，每周内所包含的脉冲在低频输出时，每周内所包含的脉冲数增多，相应地可减少负载电动机的转矩脉数增多，相应地可减少负载电动机的转矩脉动，改善了低频工作的特性。动，改善了低频工作的特性。n缺点：缺点：当载波比随着输出频率的降

34、低而连续当载波比随着输出频率的降低而连续变化时，使逆变器输出电压的波形及其相位变化时，使逆变器输出电压的波形及其相位都发生变化，很难保持三相输出间的对称关都发生变化，很难保持三相输出间的对称关系，因而引起电动机工作的不平稳。系，因而引起电动机工作的不平稳。 异步式调制控制异步式调制控制8.2 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器n在实际中使用更多的是交流电机在实际中使用更多的是交流电机n逆变器是一种逆变器是一种将直流电能转变为交流电能将直流电能转变为交流电能的设备。的设备。n为什么要逆变？为什么要逆变？ 为了控制的需要，例如变频、脉冲调宽。为了控制的需要，例

35、如变频、脉冲调宽。n在交流电动机的调速系统中，需要用在交流电动机的调速系统中，需要用导电角控制电路导电角控制电路来控来控制制逆变器晶闸管逆变器晶闸管或或功率晶体管功率晶体管的的开关开关顺序顺序和和导通导通时间时间。n晶闸管或功率晶体管在一个变化周期中导通时间对应的相晶闸管或功率晶体管在一个变化周期中导通时间对应的相位角称为位角称为导通角导通角或或导电角导电角。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)008.2 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器 首先，引入两个重要的基本首先，引入两个重要的基本概念：概念：触发延迟角触发延迟

36、角：从晶闸管开：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度施加触发脉冲止的电角度, ,用用a a表示表示, ,也称也称触发角触发角或或控控制角制角。导通角导通角：晶闸管在一个电：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角源周期中处于通态的电角度，用度，用表示表示 。逆变器的工作原理逆变器的工作原理UCD0tK1 K2 K3 K4K1 K2 K3 K4ZCDCDUdUdZ8.2 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器n在逆变器中，要正常工作必须保持在逆变器中，要正常工作必须保持晶闸管晶闸管之间的可靠换之间的可靠换流。也就是说，晶闸管的通断，由外加触发电压控制。流。也

37、就是说，晶闸管的通断，由外加触发电压控制。只要阳极只要阳极A与阴极与阴极K之间的电流不小于其维持电流之间的电流不小于其维持电流IH，触，触发电压撤消后，仍保持导通。发电压撤消后，仍保持导通。单向晶闸管单向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管 阳极阳极 A 门极门极 G 阴极阴极 K 电极电极 MT2 门极门极 G 电极电极 MT1 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3晶闸管的外形、结构和电气图形符号晶闸管的外形、结构和电气图形符号a) 外形外形 b) 结构结构 c) 电气图形符号电气图形符号晶闸管

38、晶闸管8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器常用常用晶闸管的结构晶闸管的结构螺栓型晶闸管螺栓型晶闸管晶闸管模块晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构平板型晶闸管外形及结构8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器晶闸管正常工作时的特性总结如下：晶闸管正常工作时的特性总结如下：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，仅在门极有承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就晶闸管都不会导通。承受正向电晶闸管一旦导通，门极就晶闸管都不会导通。承受正向电压失去控制作用。压失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流

39、降到接近于零的某要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下一数值以下 。 MVD3 A BCEC1VD1 VD5 V5V3 V1 V4VD4 V6VD6 V2 VD2 8.2.2 120导电角控制逆变器8.2 8.2 导电角控制逆变器导电角控制逆变器V V1 1VV6 6：大功率管：大功率管V VD1D1VVD6D6：续流二极管：续流二极管其中，每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管各导通其中，每一相上桥臂晶体管与下桥臂晶体管各导通120120电角度，上、下桥臂晶体管导通状态相互间隔电角度，上、下桥臂晶体管导通状态相互间隔6060电角度，电角度，各相之间相位差为各相之间相位差为12

40、0120。断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600Ot MVD3 A BCEC1VD1 VD5 V5V3 V1 V4VD4 V6VD6 V2 VD2 接通顺序：每隔接通顺序：每隔6060，接通，接通 1 12 23 34 45 56 6每管导通每管导通120120，同相的两个管子不能同时导通，同相的两个管子不能同时导通8.2.1 8.2.1 导电角控制逆变器导电角控制逆变器断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600Ot8.2.2 12

41、08.2.2 120导电角导电角 控制逆变器控制逆变器断通断通断V1断通120断断通通断通通通断断断通断断断通通tttttOOOOOV4V3V6V5V2240480360600OtttttttE/2OOOOOOUCUBUAUABUCAUBCEEE-E-E/2-E-E/2E/2-E-E/2E/2-E/2E/2E/2E/2-E/2-E/2Ub5Ub4Ub1Ub2Ub6DDQSD1DQQDSD2SD3DQD4SQDQRD5RD6光电耦合驱动电路光电耦合驱动电路STARTLDUb1 11 1Ub31111000111100011111110011100111001118.2.2 1208.2.2 12

42、0导电角控制逆变器导电角控制逆变器用于控制用于控制120120导电角控制导电角控制逆变器的导电角控制电路逆变器的导电角控制电路可采用硬件方式或采用微可采用硬件方式或采用微处理机的并行接口通过软处理机的并行接口通过软件方式自动产生控制信号件方式自动产生控制信号。环形移位寄存器环形移位寄存器8.3 变频控制电路变频控制电路8.3.1基本原理与分类基本原理与分类同步转速同步转速6 0onfp 异步电机的转速：异步电机的转速：60(1)fnspp 电动机极对数；电动机极对数；f 定子电源频率定子电源频率(Hz)； n0 同步转速同步转速(r/min)； s转差率。转差率。通过通过调频调频可以在宽范围内实现无级调速可以在宽范围内实现无级调速 8.3 变频控制电路变频控制电路8.3.1基本原理与分类基本原理与分类M+ +可控整流器可控整流器逆变器逆变器不控整流器不控整流器+ +M逆变器逆变器a) P