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文档简介
1、第4章 直流脉宽调速系统 -主要内容-直流斩波器或脉宽调制变换器直流脉宽调速系统PWM的主要问题PWM变换器的工作状态和电压、电流波形直流脉宽调速系统的机械特性PWM控制与变换器的数学模型单片微机控制的PWM可逆直流调速系统一、直流斩波器或脉宽调制变换器工作原理:VT表示电力电子开关器件,VD表示续流二极管。当VT导通时间ton,直流电源电压Us加到电动机上;当VT关断时Tton,直流电源与电机脱开,电动机电枢经VD续流,两端电压接近于零。电动机得到的平均电压为: T功率器件的开关周期;ton开通时间;占空比,=ton/T= ton f ,其中f为开关频率。 直流斩波器-电动机系统的原理图(a
2、)和电压波形图(b)二、直流脉宽调速系统的主要问题 采用脉冲宽度调制PWM的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统,简称直流脉宽调速系统,即直流PWM调速系统。1、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形2、直流脉宽调速系统的机械特性3、PWM控制与变换器的数学模型4、电能回馈与泵升电压的限制1、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形PWM调制就是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出平均电压的大小。 PWM变换器电路有多种形式,可分为不可逆与可逆两大类。a主电路原理图 b电压和电流波形不可逆PWM变换器-直流电动机系统书p92,图4-
3、1不可逆带制动的PWM变换器书p94,图4-3桥式双极式可逆PWM变换器书p95,4-4 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,因此机械特性的关系比较简单。2、直流脉宽调速系统的机械特性电压方程: 考虑平均电压,电感上的储能、放能抵消,平均电压方程为 脉宽调速系统的 机械特性曲线电流连续,
4、 n0sUs /Ce PWM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置根本一致。根据前面的波形分析,当控制电压Uc改变时,PWM变换器输出平均电压Ud按线性规律变化,但其响应会有延迟,最大的时延是一个开关周期T。因此,PWM控制与变换器也可以看成是一个滞后环节,其传递函数可以写成:Ks PWM装置的放大系数; Ts PWM装置的延迟时间, Ts T0 与晶闸管装置一样, PWM装置可以近似看成是一个一阶惯性环节:3、PWM控制与变换器的数学模型 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经二极管整流器产生,并采用大电容C滤波,以获得恒定的直流电压。 对于PWM变换器中的滤波电容,其作用除滤波外,还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电,不可能回馈电能,电机制动时只好对滤波电容充电,这将使电容两端电压升高,称作“泵升电压。 4、电能回馈与泵升电压的限制 泵升电压的限制可以采用制动电阻来消耗电容上的过多储能来解决。 对大容量的系统,为了提高效率,可以在直流回路接入逆变器,把多余的能量逆变回馈到电网。三、单片微机控制的PWM可逆直流调速系统UR整流器UPEM桥式可逆电力电子变换器GD驱
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