斬波控制直流調(diào)速斬波直流調(diào)速的原理

斬波直流調(diào)速的原理電路見圖(a)，其等效電路如圖(b)所示?？刂埔幌盗忻}動(dòng)電壓導(dǎo)通比的裝置稱斬波器。圖中用理想的快速開關(guān)S代表斬波器，接于直流電源U與直流電動(dòng)機(jī)M之間，在S斷開時(shí)二極管V為電動(dòng)機(jī)的電樞電流提供續(xù)流通道。若S快速通斷甲且通斷的周期T(稱斬波周期)很短，大大小于電動(dòng)機(jī)M的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，這樣得到的電機(jī)端電壓將為一系列脈沖電壓，如圖(c)所示。設(shè)理想快速開關(guān)閉合時(shí)間為ton，關(guān)斷時(shí)間為toff，輸出的系列脈沖電壓的平均值與閉合時(shí)間及通斷周期T(T=ton+toff)的比(即導(dǎo)通比a)有關(guān)。改變導(dǎo)通比就可改變電機(jī)端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

控制導(dǎo)通比a有三種方式:

(1) PWM脈沖寬度調(diào)制:保持?jǐn)夭ㄍ〝嘀芷赥不變，即斬波頻率f(f=1/T)不變，只改變斬波器的導(dǎo)通時(shí)間t的脈沖寬度調(diào)制。

(2) PFM脈沖頻率調(diào)制:保持導(dǎo)通時(shí)間ton不變(或關(guān)斷時(shí)間toff不變)，改變斬波通斷周期T，即改變斬波頻率f的脈沖頻率調(diào)制。

(3) PTM脈沖時(shí)間調(diào)制:導(dǎo)通時(shí)間ton與斬波周期T(或頻率f)協(xié)同調(diào)節(jié)的脈沖時(shí)間調(diào)制 。

斬波控制直流調(diào)速(speed control of chopper-controlled DC;motor)是指控制一系列脈沖電壓的導(dǎo)通比來調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)電樞端電壓，實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的技術(shù)，又稱脈沖控制直流調(diào)速。一般常采用調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞端電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)速 。

這幾種調(diào)制方式中，PWM方式對解決斬波頻率與機(jī)械固有頻率、濾波頻率等的諧振，以及對信號、無線電等的干擾問題比較容易。并且這種調(diào)速方法具有能使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)、節(jié)約能源、改善電源環(huán)境、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于元軌電車、地下鐵道、電動(dòng)車組，工礦電機(jī)車、蓄電池車、潛艇、數(shù)控機(jī)床等方面。

自20世紀(jì)60~70年代斬波控制直流凋速問世以來，該項(xiàng)調(diào)速技術(shù)用的主要設(shè)備斬波器以采用半導(dǎo)體晶體管為主。但強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管的換流電路很復(fù)雜，技術(shù)難度大，限制了這項(xiàng)技術(shù)的使用。到70年代后期至80年代，隨著自關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件(即可關(guān)斷晶閘管GTO，大功率晶體管BJT、場效應(yīng)晶體管MOSFET、絕緣柵雙極晶體管IGBT等開關(guān)器件)的相繼出現(xiàn)和實(shí)用化，以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得斬波控制直流調(diào)速得到更加廣泛的應(yīng)用。由于斬波控制直流調(diào)速的開關(guān)顏率可在數(shù)千赫至數(shù)百千赫，使系統(tǒng)即使在電樞同路電感很小的情況下，電流也不會斷續(xù)，從而可在很低轉(zhuǎn)速時(shí)也能平穩(wěn)運(yùn)行，所以它與晶閘管相控變流技術(shù)比較，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快、調(diào)速范圍更寬等優(yōu)點(diǎn)。在某些場合有以斬波控制直流調(diào)速取代相位控制直流調(diào)速的趨勢 。

《交直流調(diào)速控制系統(tǒng)(第2版)》是普通高等教育"十五"國家級規(guī)劃教材(高職高專教育)。近幾年來有關(guān)的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，電力電子變換器主要被功率開關(guān)器件所取代，變換技術(shù)也主要以脈寬調(diào)制(PWM)為主;直流調(diào)速被交流調(diào)速取代已成不爭的事實(shí)，交流調(diào)速技術(shù)本身也有不小的進(jìn)展?！督恢绷髡{(diào)速控制系統(tǒng)(第2版)》針對這些技術(shù)發(fā)展進(jìn)行闡述。在內(nèi)容上，《交直流調(diào)速控制系統(tǒng)(第2版)》包括直流調(diào)速控制系統(tǒng)和交流調(diào)速控制系統(tǒng)兩部分。主要內(nèi)容有緒論;單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng);雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其工程設(shè)計(jì);直流脈寬調(diào)速控制系統(tǒng);位置隨動(dòng)系統(tǒng);交流調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速;異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng);無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以及交直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)字控制等，實(shí)踐環(huán)節(jié)(直流調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo);交流調(diào)速基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo))也編進(jìn)了本教材中。《交直流調(diào)速控制系統(tǒng)(第2版)》可作為高等職業(yè)、高等專科院校電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化和機(jī)電一體化專業(yè)的教材，也可供有關(guān)工程師和技術(shù)人員參考。