【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶 閘 管 對(duì) 過(guò) 電 壓 、 過(guò) 電 流 和 過(guò) 高 的du/dt 與 di/dt 都 十 分 敏 感 ， 超 過(guò) 允 許 值 時(shí) 會(huì) 損 壞 晶 閘 管 ； 在 交 流 側(cè) 會(huì) 產(chǎn) 生 較大 的 諧 波 電 流 ， 引 起 電 網(wǎng) 電 壓 的 畸 變 。 需 要 在 電 網(wǎng) 中 增 設(shè) 無(wú) 功 補(bǔ) 償 裝 置 和 諧 波濾 波 裝 置 。2）脈寬調(diào)制變換器在干線(xiàn)鐵道電力機(jī)車(chē)，工礦電力機(jī)車(chē)，城市電車(chē)和地鐵電車(chē)等電力牽引設(shè)備上，常采用串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電源供電。過(guò)去用切換電樞回路電阻來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)，制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。為了節(jié)能，并實(shí)施無(wú)觸點(diǎn)控制，現(xiàn)在多改用電力電子開(kāi)關(guān)器件，如快速晶閘管，GTO（門(mén)極可關(guān)斷晶閘管）等。采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱(chēng)作直流斬波器，后來(lái)的逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)的電路，統(tǒng)稱(chēng)脈寬調(diào)制變換器。根 據(jù) PWM 變 換 器 主 電 路 的 形 式 可 分 為 可 逆 和 不 可 逆 兩 大 類(lèi) 。a. 不 可 逆 PWM 變 換 器圖 簡(jiǎn)單的不可逆 PWM 變 換器 直流 電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)Us—直流電源電壓 C—濾波電容器 VT—功率開(kāi)關(guān)器件 VD—續(xù)流二極管M—直流電動(dòng)機(jī)圖 簡(jiǎn)單的不可逆 PWM 變換器直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電壓和電流波形在 一 個(gè) 開(kāi) 關(guān) 周 期 T 內(nèi) ， 當(dāng) 0≤t＜ ton 時(shí) ， Ug 為 正 ， VT 飽 和 導(dǎo) 通 ， 電 源 電壓 Us 通 過(guò) VT 加 到 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 電 樞 兩 端 。當(dāng) ton ≤t＜ T 時(shí) ， Ug 為 負(fù) ， VT 關(guān) 斷 ， 電 樞 電 路 中 的 電 流 通 過(guò) 續(xù) 流 二 極管 VD 續(xù) 流 ， 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 電 樞 電 壓 等 于 零 。b． 橋 式 可 逆 PWM 變 換 器圖 橋式 PWM 變換器電路正向運(yùn)行狀態(tài)：第 1 階段，在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug1 、 Ug4 為正， VT1 、 VT4 導(dǎo)通， Ug2 、 Ug3 為負(fù)， VT2 、 VT3 截止，電流 id 沿回路 1 流通，電動(dòng)機(jī) M兩端電壓 UAB = +Us ；第 2 階段，在 ton ≤ t ≤ T 期間， Ug1 、 Ug4 為負(fù)， VT1 、 VT4 截止， VD2 、 VD3 續(xù)流， 并鉗位使 VT2 、 VT3 保持截止，電流 id 沿回路 2 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = –Us ；反向運(yùn)行狀態(tài)：第 1 階段，在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug2 、 Ug3 為負(fù)，VT2 、 VT3 截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4 截止，電流 –id 沿回路 4 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = +Us ；第 2 階段，在 ton ≤ t ≤ T 期間， Ug2 、 Ug3 為正， VT2 、 VT3 導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4 為負(fù)，使 VT1 、 VT4 保持截止，電流 – id 沿回路 3 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = – Us ；正向電動(dòng)運(yùn)行波形如圖 )所示，反向運(yùn)動(dòng)波形如圖 )所示；圖 PWM 變換器優(yōu)點(diǎn)：電 流 一 定 連 續(xù) ； 電 動(dòng) 機(jī) 能 在 四 象 限 運(yùn) 行 ； 電 動(dòng) 機(jī) 停 止 時(shí) 有 微 震 電 流 ， 去 除了 靜 摩 擦 ， 死 區(qū) ； 低 速 平 穩(wěn) 性 好 ， 系 統(tǒng) 調(diào) 速 范 圍 可 達(dá) 1:20220 左 右 ； 低 速 時(shí) ，每 個(gè) 開(kāi) 關(guān) 器 件 的 驅(qū) 動(dòng) 脈 沖 仍 較 寬 有 利 于 保 證 器 件 的 可 靠 導(dǎo) 通 。 直流電動(dòng)機(jī)在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究情況 我國(guó)電機(jī)的發(fā)展電機(jī)行業(yè)是適應(yīng)中國(guó)工業(yè)發(fā)展對(duì)電機(jī)的需求，逐步建立并完善起來(lái)。20 世紀(jì) 60 年代初期建成了許多專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電機(jī)的企業(yè)和研究所，自行設(shè)計(jì)了接觸式自整角機(jī)、交流和直流伺服電機(jī)等多種微型特種電機(jī)產(chǎn)品。20 世紀(jì) 80 年代，為滿(mǎn)足家用電器市場(chǎng)需求以及微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用和普及，引進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)，并開(kāi)發(fā)了寬調(diào)速直流伺服電動(dòng)機(jī)和軍用電機(jī)。20 世紀(jì) 90 年代以后，由于國(guó)外市場(chǎng)的轉(zhuǎn)移，電機(jī)行業(yè)的發(fā)展速度加快，推出了永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等新產(chǎn)品。同時(shí)，隨著控制理論的進(jìn)一步完善和集成電路的廣泛應(yīng)用，電機(jī)控制技術(shù)獲得迅速發(fā)展:(1)我國(guó)大功率電機(jī)的發(fā)展中國(guó)電機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用起步很晚，但發(fā)展很快。中國(guó)在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇，浙江，北京，南京，四川都生產(chǎn)，而且都在各個(gè)行業(yè)使用，驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。中等耐壓的大功率半導(dǎo)體器件也完全國(guó)產(chǎn)化。當(dāng)時(shí)應(yīng)用最多的是線(xiàn)切割機(jī)，都是快走絲的。線(xiàn)切割機(jī)的 XY 平臺(tái)絲桿就用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)時(shí)圖紙是全國(guó)公開(kāi)，給個(gè)曬藍(lán)圖的費(fèi)用就行了。隨著改革開(kāi)放政策方針的實(shí)施，20 世紀(jì) 80 年代我國(guó)電機(jī)發(fā)展很迅速。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開(kāi)放初期，國(guó)內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制相比，難度要低得多。在衛(wèi)星，雷達(dá)等應(yīng)用場(chǎng)合，中國(guó)在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)。我國(guó)直線(xiàn)電機(jī)的研究和應(yīng)用發(fā)展是從 20 世紀(jì) 70 年代初開(kāi)始的。我國(guó)的直線(xiàn)電機(jī)研究雖然也取得了一些成績(jī)，但和國(guó)外相比，其推廣應(yīng)用方面尚存在很大差距。20 世紀(jì) 90 年代至今，我國(guó)的大功率電機(jī)已在重工業(yè)上應(yīng)用很廣，技術(shù)相對(duì)成熟。(2)小功率電機(jī)的發(fā)展我國(guó)小功率電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放 20 多年以來(lái)的快速發(fā)展，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。小功率電機(jī)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展分兩個(gè)階段。第一階段，順應(yīng)我國(guó)家電業(yè)發(fā)展的需要，應(yīng)用于風(fēng)扇，空調(diào)器，冰箱，洗衣機(jī)，排油煙機(jī)，小家電，保健器具等產(chǎn)品的小功率電機(jī)，國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)，設(shè)備引進(jìn)吸收，已縮小了同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，部分產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，企業(yè)具有了很強(qiáng)的自主研發(fā)能力，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，也形成了一些具有廣泛市場(chǎng)知名度的產(chǎn)品品牌。電機(jī)產(chǎn)品在自身大量出口歐美等國(guó)際市場(chǎng)的同時(shí)也隨著風(fēng)扇，空調(diào)器等家電主機(jī)產(chǎn)品暢銷(xiāo)國(guó)際市場(chǎng)，成為我國(guó)機(jī)電出口業(yè)務(wù)的主要部分。第二階段，隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，車(chē)用小功率電機(jī)的需求也迅速增長(zhǎng)，帶動(dòng)了以永磁直流和無(wú)刷直流電機(jī)為主體的車(chē)用功能型小功率電機(jī)的興起。(3)我國(guó)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀目前，我國(guó)大大小小的機(jī)電廠(chǎng)上千家，盡管企業(yè)數(shù)量龐大，但相當(dāng)一批是小型企業(yè)。由于生產(chǎn)廠(chǎng)家多，產(chǎn)量大，形成了相互搶占市場(chǎng)壓價(jià)競(jìng)爭(zhēng)局面。產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，相互壓價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，行業(yè)利潤(rùn)微薄現(xiàn)象，已成為影響電機(jī)企業(yè)生存和發(fā)展的主要原因。但是近年來(lái)，我國(guó)的電機(jī)行業(yè)也涌現(xiàn)了一批產(chǎn)量規(guī)模大，產(chǎn)品水平，質(zhì)量好，技術(shù)裝備先進(jìn)的企業(yè)。但是，還沒(méi)有哪家的產(chǎn)品份額能在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占到統(tǒng)治地位。中小電機(jī)至今還沒(méi)有形成具有國(guó)際影響力的品牌。電機(jī)行業(yè)亟需重新整合，優(yōu)勝劣汰，這已成為電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。(4)我國(guó)電機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì):由于能源和環(huán)境問(wèn)題的日顯重要，對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域中的主要?jiǎng)恿υO(shè)備—中小型異步電機(jī)，國(guó)外出現(xiàn)了更高效率的所謂“超高效率電機(jī)” 。在我國(guó)也非常有必要考慮超高效率電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。國(guó)外的直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展比國(guó)內(nèi)的發(fā)展起步早，所以在直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的前幾十年中國(guó)一直都是借鑒而創(chuàng)新的東西很少。在國(guó)外單純從直流電動(dòng)機(jī)上講從技術(shù)以及工藝上都超過(guò)了國(guó)內(nèi)，雖然國(guó)內(nèi)理論認(rèn)識(shí)非常充足，但是實(shí)踐上的問(wèn)題還是不少。2022 年直流電機(jī)行業(yè)企業(yè)受到金融風(fēng)暴沖擊，狀況不穩(wěn)定。直流電機(jī)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)手段將更為多樣化，市場(chǎng)環(huán)境更為復(fù)雜化，產(chǎn)品更新快速化。對(duì)于直流電機(jī)企業(yè)，有更多難以控制的風(fēng)險(xiǎn)，也有更難把握的機(jī)遇。我國(guó)直流電機(jī)行業(yè)影響也是巨大，金融危機(jī)下直流電機(jī)行業(yè)的宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)環(huán)境并不是非常樂(lè)觀(guān)，但是不是不可救藥的，應(yīng)該在險(xiǎn)峻的形勢(shì)下發(fā)展新的產(chǎn)品，從工藝上以及技術(shù)上不斷創(chuàng)新，這樣應(yīng)得更好的市場(chǎng)。 國(guó)內(nèi)外對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究 電力電子技術(shù)，功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，他們是密切相關(guān)，相互促進(jìn)的。近 30 年來(lái)，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制法案有三種：工作在斷通兩個(gè)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)控制，相位控制和脈寬調(diào)制控制，在單向通用電動(dòng)機(jī)的電子驅(qū)動(dòng)電路中，主要的器件是晶閘管，后來(lái)使用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機(jī)控制市場(chǎng)。到 20 世紀(jì) 70 和 80 年代后出現(xiàn)了全控型功率器件 GTO 門(mén)控晶閘管，利用這種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來(lái)普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子政治的體積和重量。后來(lái)，諧波成分打，功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或 PWM 變流器所代替，明顯的擴(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性，效率和功率因素。直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 70 年代中期。最早用于不可逆，小功率驅(qū)動(dòng)，例入自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡，自動(dòng)記錄儀表等。近十多年來(lái)，由于晶體管期間水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又因出現(xiàn)了脈寬調(diào)速永磁直流電機(jī)，他們之間的結(jié)合促使 PWM 技術(shù)的高速發(fā)展，并使電器驅(qū)動(dòng)技術(shù)推進(jìn)到了一個(gè)新的高度。在國(guó)外，PWM 最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以?xún)?yōu)越的性能，滿(mǎn)足那些高速度，高精度隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的需求。近八，九年來(lái)，進(jìn)一步擴(kuò)散到民用工業(yè)，特別是在機(jī)床行業(yè)，自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)及機(jī)器人等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。如今，電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢(shì)更為明顯，促進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，客戶(hù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的要求越來(lái)越高，希望它的功能更強(qiáng)，噪聲更低，控制算法更復(fù)雜，為可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時(shí)還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，可以預(yù)期新的更高性能電力電子器件還會(huì)出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會(huì)不斷的改進(jìn)提高。 課題研究的意義直流電機(jī)它具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范圍廣。過(guò)載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。需要能滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，從而對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求。但對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，采用傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。伴隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)速度更快、控制更容