直流脉宽调速系统的机械特性

    V-M直流调速系统通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压U d，从而实现平滑调速。与G-M系统相比V-M系统有很多优越性，但它也有缺点：
    ① 电流是脉动的，产生谐波分量，尤其在低速时，因此需要加平波电抗器。设备投入大，体积增加，同时电感大又限制了系统的快速性。
    ② 当系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变殃及附近的用电设备，也限制了调速范围。
    ③ 对过电压、过电流敏感，要注意保护。
    ◎直流PWM调速系统优点：
    ① 主电路简单，不用电抗器，用电机本身的电感，从而获得脉动很小的直流电流；
    ② 开关频率高，电枢电流容易连续，无电流断续问题；
    ③ 系统的低速运行平稳，调速范围较宽；
    ④ 频带宽，响应快；
    ⑤ 功率因数高。电流和电压永远相同，无无功功率问题。
    PWM 调速系统和 V-M 调速系统主要区别在主电路和PWM控制电路。闭环控制系统以及静、动态分析和设计基本一样。
    PWM 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制变换器。

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

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

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

机械特性方程

或用转矩表示，

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。

◎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 。