### 电力拖动自动控制系统——直流脉宽调速系统
#### 知识点一：直流脉宽调速系统概述
**直流脉宽调速系统**是随着全控型电力电子器件的发展而出现的一种新型调速系统。该系统采用脉冲宽度调制（PWM）技术，通过对脉冲宽度的调整来实现电机速度的精确控制。相比于传统的晶闸管整流调速系统（V-M系统），PWM调速系统具有以下显著优势：
1. **主电路结构简化**：无需额外的平波电抗器，利用电机本身的电感即可实现稳定的电流输出。
2. **高频开关控制**：开关频率高，使得电枢电流易于连续，解决了电流断续问题。
3. **调速性能优异**：低速运行平稳，调速范围宽广。
4. **响应速度快**：系统频带宽，对外界变化响应迅速。
5. **功率因数高**：电流和电压同相位，不存在无功功率问题。
#### 知识点二：PWM调速系统与V-M系统的对比
**V-M系统**虽然能够实现直流电机的速度调节，但在实际应用中存在诸多局限性：
1. **电流脉动**：电流波动会产生谐波分量，特别是在低速时，这需要增加平波电抗器来抑制谐波，增加了系统的复杂性和成本。
2. **功率因数低**：在低速运行时，晶闸管的导通角较小，导致系统功率因数降低，同时还会产生谐波电流，影响电网电压质量。
3. **过压和过流敏感**：系统对过电压和过电流非常敏感，需要采取额外措施进行保护。
相比之下，**PWM调速系统**克服了这些缺陷，提供了更高效的调速方案。
#### 知识点三：脉宽调制变换器详解
##### 1. 不可逆PWM变换器
**简单的不可逆PWM变换器**由以下几个部分组成：
- **输入电源Us**：通常由二极管整流电路提供。
- **滤波电容C**：用于滤除交流成分，提供稳定的直流电压。
- **续流二极管VD**：在功率开关器件关断时为电机电感提供释放能量的路径。
- **功率开关器件VT**：受PWM信号控制，实现对输出电压的调节。
**基本原理**：通过控制功率开关器件VT在一个开关周期内的导通时间（即脉冲宽度），可以调节电机两端的平均电压，进而控制电机速度。
**电压和电流波形**：在不同的开关状态下，电机两端电压呈现出特定的波形，而电机电流则随电压的变化而变化。
##### 2. 有制动功能的不可逆PWM变换器
为了实现电机的制动功能，**有制动电流通路的不可逆PWM变换器**在简单电路的基础上增加了额外的元件，包括第二个电力晶体管（VT2）和续流二极管（VD2）。
**工作状态**：
- **电动状态**：当VT1导通时，电源电压Us被加到电机两端，电机进入电动状态。
- **制动状态**：通过调节PWM信号的宽度，使得电机进入制动状态，此时电机通过续流二极管或第二个电力晶体管将能量回馈给电源。
通过以上分析可以看出，直流脉宽调速系统不仅具有优秀的调速性能，还能通过合理的电路设计实现电机的制动功能，从而满足更广泛的工业需求。
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