chp可控直流電源電動機系統(tǒng)實用實用教案

1、2021-11-24預備預備(ybi)知識知識 直流調(diào)速方法： 根據(jù)直流電動機轉(zhuǎn)速方程： 式中： n 轉(zhuǎn)速（r/min）； U 電樞電壓（V）； I 電樞電流（A）； R 電樞回路(hul)總電阻（）； 勵磁磁通（Wb）； Ke 由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的三種方法： 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 2）改變電樞回路(hul)電阻 R 3）減弱勵磁磁通 eKIRUn第1頁/共46頁第一頁，共47頁。2021-11-24預備預備(ybi)知識知識（1 1）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速q 工作條件：工作條件：q 保持勵磁保持勵磁 = N ；q 保持電阻保持電阻 R = Raq 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：

2、q 改變電壓改變電壓 UN Uq U n ， n0 q 調(diào)速特性：調(diào)速特性：q 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速(zhun s)下降，機械特下降，機械特性曲線平行下移。性曲線平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線調(diào)壓調(diào)速特性曲線第2頁/共46頁第二頁，共47頁。2021-11-24預備預備(ybi)知識知識（2）調(diào)阻調(diào)速）調(diào)阻調(diào)速q 工作條件：工作條件：q 保持勵磁保持勵磁 = N ；q 保持電壓保持電壓 U =UN ；q 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：q 增加電阻增加電阻(dinz) Ra Rq R n ，n0不變；不變；q 調(diào)速特性：調(diào)速特性：q 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線變軟。轉(zhuǎn)速下降

3、，機械特性曲線變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線調(diào)阻調(diào)速特性曲線第3頁/共46頁第三頁，共47頁。2021-11-24預備預備(ybi)知識知識（3 3）調(diào)磁調(diào)速）調(diào)磁調(diào)速q工作條件：工作條件：q 保持電壓保持電壓 U =UN U =UN ；q 保持電阻保持電阻 R = R a R = R a ；q調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程：q 減小勵磁減小勵磁 N N q n n ， n0 n0 q調(diào)速特性：調(diào)速特性：q 轉(zhuǎn)速上升轉(zhuǎn)速上升(shngshng)(shngshng)，q 機械特性曲線變軟。機械特性曲線變軟。第4頁/共46頁第四頁，共47頁。2021-11-24預

4、備預備(ybi)知識知識 三種調(diào)速方法的性能與比較：三種調(diào)速方法的性能與比較： 改變電阻只能有級調(diào)速；改變電阻只能有級調(diào)速； 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍(fnwi)不大，在基速以上作小范不大，在基速以上作小范圍圍(fnwi)的弱磁升速。的弱磁升速。 調(diào)壓調(diào)速能在較大的范圍調(diào)壓調(diào)速能在較大的范圍(fnwi)內(nèi)無級平滑調(diào)速。內(nèi)無級平滑調(diào)速。 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式：電機長期運行時，電樞電流應(yīng)小于額定值恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式：電機長期運行時，電樞電流應(yīng)小于額定值 IN，而電磁轉(zhuǎn)矩，而電磁轉(zhuǎn)矩 Te = Km I 。 在調(diào)壓調(diào)速范圍在調(diào)壓調(diào)速范圍(fnwi)內(nèi)，勵磁磁通不

5、變，容許的輸出轉(zhuǎn)矩也不變，稱內(nèi)，勵磁磁通不變，容許的輸出轉(zhuǎn)矩也不變，稱作作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。 恒功率調(diào)速方式：恒功率調(diào)速方式： 在弱磁調(diào)速范圍在弱磁調(diào)速范圍(fnwi)內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許輸出轉(zhuǎn)矩減小，而內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許輸出轉(zhuǎn)矩減小，而容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，為容許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，為“恒功率調(diào)速方恒功率調(diào)速方式式”。第5頁/共46頁第五頁，共47頁。2021-11-24預備預備(ybi)知識知識 直流調(diào)速系統(tǒng)一般(ybn)以調(diào)壓調(diào)速為主，只有當轉(zhuǎn)速要求達到基速以上時才輔以弱磁調(diào)速。 第6頁/共46頁第六頁，

6、共47頁。2021-11-24第1章 可控直流電源電動機系統(tǒng)(xtng)1 相控整流器電動機系統(tǒng)（VM系統(tǒng)） 1.1 可控直流電源 調(diào)壓調(diào)速需要有專門向電動機供電(n din)的可控直流電源。常用的可控直流電源有以下三種： 1）旋轉(zhuǎn)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，獲得可調(diào)的直流電壓。（G-M系統(tǒng)）第7頁/共46頁第七頁，共47頁。2021-11-24 2）靜止）靜止(jngzh)式可控整流器式可控整流器用靜止用靜止(jngzh)式的可控整流器獲得可調(diào)的式的可控整流器獲得可調(diào)的直流電壓。直流電壓。 （V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)）第8頁/共46頁第八頁，共47頁。2021-11-243)直流斬波器

7、或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電(n din)，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變的平均電壓。 VT :電力電子開關(guān)器件，VD :續(xù)流二極管。 當VT 導通時ton ，直流電源電壓 Us 加到電動機上；當VT 關(guān)斷時T ton ，直流電源與電機脫開，電動機電樞經(jīng) VD 續(xù)流，兩端電壓接近于零。第9頁/共46頁第九頁，共47頁。2021-11-24 三種可控直流電源比較：三種可控直流電源比較： G-M系統(tǒng)在早期運動控制系統(tǒng)中使用；系統(tǒng)在早期運動控制系統(tǒng)中使用； V-M系統(tǒng)在系統(tǒng)在20世紀世紀6070年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)；年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要

8、用于大容量系統(tǒng)； 直流直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別(tbi)在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。第10頁/共46頁第十頁，共47頁。2021-11-24V-MV-M系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)工作原理： 晶閘管晶閘管- -電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱(jinchng)V-M(jinchng)V-M系統(tǒng)，系統(tǒng)，又稱靜止的又稱靜止的Ward-LeonardWard-Leonard系統(tǒng)）通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置系統(tǒng)）通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT

9、GT 的的控制電壓控制電壓 Uc Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud Ud ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。V-MV-M系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)的特點：晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10 4 10 4 以上，其門極電以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制。流可以直接用晶體管來控制。控制的快速性，晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的控制的快速性，晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。動態(tài)性能。V-MV-M系統(tǒng)的問題：系統(tǒng)的問題：由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆由于晶閘管的單

10、向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。運行造成困難。晶閘管對過電壓、過電流和過高的晶閘管對過電壓、過電流和過高的du/dtdu/dt與與di/dt di/dt 都十分敏感，都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，“電力公害電力公害”。第11頁/共46頁第十一頁，共47頁。2021-11-241.2 V-M系統(tǒng)的特殊問題 討論V-M系統(tǒng)的幾個主要問題：（1）觸發(fā)脈沖(michng)相位控制。（2）電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)。（3）抑制電流脈動的措施。（4）晶閘

11、管-電動機系統(tǒng)的機械特性。（5）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。第12頁/共46頁第十二頁，共47頁。2021-11-241.2.1 觸發(fā)脈沖相位觸發(fā)脈沖相位(xingwi)控制控制: 調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)(chf)(chf)脈沖相位，脈沖相位，可改變可控整流器輸可改變可控整流器輸出電壓的波形。出電壓的波形。 整流器輸出電瞬整流器輸出電瞬時值時值ud ud 的呈周期性的呈周期性變化。變化。a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +OOOOO第13頁/共46頁第十三頁，共47頁。2021-11-24等效電路

12、分析等效電路分析(fnx)： 把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成邊，看成(kn chn)是其負是其負載電路電阻的一部分。載電路電阻的一部分。ud0為為整流電壓理想空載瞬時值整流電壓理想空載瞬時值 。V-M系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)主電路的等效電路圖主電路的等效電路圖 瞬時電壓平衡方程：瞬時電壓平衡方程：式中：式中：E E 電動機反電動勢（電動機反電動勢（V V）；）； i id d整流電流瞬時值（整流電流瞬時值（A A）；）； LL主電路總電感（主電路總電感（H H）；）； RR主電路等效電阻（主電路等效電阻（ ），）， R R = = R Rrecrec + + R Ra a

13、 + + R RL L。tiLRiEuddddd0第14頁/共46頁第十四頁，共47頁。2021-11-24整流電壓的平均值計算：整流電壓的平均值計算： 在一個周期內(nèi)的平均值為理想空載整流電壓平均值在一個周期內(nèi)的平均值為理想空載整流電壓平均值Ud0 ： 觸發(fā)脈沖控制角；觸發(fā)脈沖控制角； Um 交流電源線電壓峰值交流電源線電壓峰值(fn zh)（V）；）； m交流電源一周內(nèi)整流電壓脈波數(shù)。交流電源一周內(nèi)整流電壓脈波數(shù)。 整流與逆變狀態(tài)：整流與逆變狀態(tài)： 0 0 ，整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)到直流側(cè)；，整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)到直流側(cè)； /2 max ， Ud0 0 ，有源逆變，電功率反向傳送。，有

14、源逆變，電功率反向傳送。cossinmd0mUmU第15頁/共46頁第十五頁，共47頁。2021-11-24不同整流不同整流(zhngli)(zhngli)電路時，電路時， Um Um、m m及及Ud0Ud0：整流電路 單相全波 三相半波 三相全波 六相半波 Um 22U* 22U 26U 22U m 2 3 6 6 Ud0 cos9 . 02U cos17. 12U cos34. 22U cos35. 12U U2 U2 整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值。整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值。Um Um 交流電源線電壓峰值（交流電源線電壓峰值（V V）；）； m m交流電源一周交流電源一周(

15、y zhu)(y zhu)內(nèi)整流電壓脈波數(shù)。內(nèi)整流電壓脈波數(shù)。 第16頁/共46頁第十六頁，共47頁。2021-11-241.2.2 1.2.2 電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù): : 1.2.3 1.2.3 抑制電流脈動的措施抑制電流脈動的措施: : 電流脈動產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，為了避免或減輕這種影響，須采用電流脈動產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，為了避免或減輕這種影響，須采用(ciyng)(ciyng)抑制電流脈動的措施，主要有：抑制電流脈動的措施，主要有：設(shè)置平波電抗器；設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；增加整流電路相數(shù)；采用采用(ciyng)(ciyng)多重化技術(shù)。多重化技術(shù)。 較大

16、(jio d) 第17頁/共46頁第十七頁，共47頁。2021-11-241.3 相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性(txng)及數(shù)學模型 1.3.1 V-M系統(tǒng)的機械特性(txng) 當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性(txng)方程式為： 式中，Ce電機在額定磁通下的電動勢系數(shù),Ce = KeN （1）電流連續(xù)情況)cossin(1)(1dmed0deRImUmCRIUCn 改變控制角改變控制角，得到，得到不同不同Ud0Ud0，機械特性為一，機械特性為一族平行直線。族平行直線。 電流較小部分畫成虛電流較小部分畫成虛線，表明線，表明(biomng)(biomng)這時這時電流波形可能斷續(xù)，已經(jīng)電

17、流波形可能斷續(xù)，已經(jīng)不適用了。不適用了。第18頁/共46頁第十八頁，共47頁。2021-11-24（2 2）電流斷續(xù)情況：）電流斷續(xù)情況： 較大時，電流斷續(xù)。由于較大時，電流斷續(xù)。由于(yuy)(yuy)非線非線性因素，機械特性很復雜。如：三相半波整流電路性因素，機械特性很復雜。如：三相半波整流電路電流斷續(xù)時機械特性：電流斷續(xù)時機械特性： ： 一個電流脈波的導通角，一個電流脈波的導通角， 2 2/3/3 阻抗角：阻抗角：)e1 (e)6sin()6sin(cos2ctgectg2CUn2)6cos()6cos(2232e2dnUCRUIRLarctg第19頁/共46頁第十九頁，共47頁。202

18、1-11-24 當電流連續(xù)(linx)時，特性硬；電流斷續(xù)時，特性很軟，呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。（3 3）V-MV-M系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)(xtng)的完整機械特性：的完整機械特性： /2/2，整流，電動狀態(tài)；，整流，電動狀態(tài)； /2 /2 ，逆變，逆變(n bin)(n bin)，回饋制動。，回饋制動。 =2/3 第20頁/共46頁第二十頁，共47頁。2021-11-241.3.2 1.3.2 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的數(shù)學模型晶閘管觸發(fā)和整流裝置的數(shù)學模型 在進行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計時，可以把晶閘管觸發(fā)在進行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來

19、看待。進行分析或設(shè)和整流裝置當作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待。進行分析或設(shè)計時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。計時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。（1 1）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的計算）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的計算 如果不可能實測特性，如果不可能實測特性， 只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。實際是非線性的，在一定工實際是非線性的，在一定工作范圍作范圍(fnwi)(fnwi)近似看成線性環(huán)節(jié)。近似看成線性環(huán)節(jié)。cdsUUK第21頁/共46頁第二十一頁，共47頁。2021-11-24（2）最大失控時間：）最大失控時間： 晶閘管觸發(fā)整流裝置是一個純滯后環(huán)節(jié)

20、，其滯后作用由整流裝置晶閘管觸發(fā)整流裝置是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后作用由整流裝置的失控時間引起，失控時間是隨機的。最大可能的失控時間是兩個的失控時間引起，失控時間是隨機的。最大可能的失控時間是兩個相鄰自然換相點之間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)：相鄰自然換相點之間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)： f：交流電流頻率（：交流電流頻率（Hz）；）；m：一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。：一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。 在一般情況下，取其統(tǒng)計平均值在一般情況下，取其統(tǒng)計平均值 Ts = Tsmax /2，并認為是常數(shù)，并認為是常數(shù)(chngsh)。也可按最嚴重的情況考慮，取。也可按最嚴重的情況考

21、慮，取Ts = TsmaxmfT1maxs各種各種( zhn)整流電路的失控時間（整流電路的失控時間（f =50Hz）整流電路形式 最大失控時間 Tsmax（ms） 平均失控時間 Ts（ms） 單相半波 單相橋式（全波） 三相半波 三相橋式、六相半波 20 10 6.67 3.33 10 5 3.33 1.67 第22頁/共46頁第二十二頁，共47頁。2021-11-24（3）傳遞函數(shù)）傳遞函數(shù) 用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸入-輸出關(guān)系為輸出關(guān)系為 L變換：變換： 式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)

22、成為(chngwi)非最小相非最小相位系統(tǒng)。簡化，將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開：位系統(tǒng)。簡化，將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開： Ts 很小，忽略高次項，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。很小，忽略高次項，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。)(1scs0dTtUKUsTKsUsUsWse)()()(sc0ds33s22ssssss! 31! 211ee)(sssTsTsTKKKsWsTsTsTKsWsss1)(第23頁/共46頁第二十三頁，共47頁。2021-11-24（4）晶閘管觸發(fā)與整流裝置）晶閘管觸發(fā)與整流裝置(zhungzh)動態(tài)結(jié)構(gòu)：動態(tài)結(jié)構(gòu)：第24頁/共46頁第二十四頁，共47頁。2021-1

23、1-242 直流PWM變換器電動機系統(tǒng)(xtng)（PWM系統(tǒng)(xtng)）討論討論PWM系統(tǒng)的幾個主要問題：系統(tǒng)的幾個主要問題： （1）不可逆）不可逆PWM （2）可逆）可逆PWM （3）直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械）直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械(jxi)特性特性 （4） PWM控制與變換器的數(shù)學模型控制與變換器的數(shù)學模型 第25頁/共46頁第二十五頁，共47頁。2021-11-242.1 2.1 直流脈寬調(diào)速：直流脈寬調(diào)速： 自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制（自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制（PWMPWM）的高）的高頻開關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器頻開

24、關(guān)控制方式形成的脈寬調(diào)制變換器- -直流電動機調(diào)速系統(tǒng)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)(xtng)(xtng)，簡稱直流，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)(xtng)(xtng)，即直流，即直流PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)(xtng)(xtng)。 PWM PWM調(diào)制：把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，調(diào)制：把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而改變平均輸出平均電壓的大小。根據(jù)從而改變平均輸出平均電壓的大小。根據(jù)PWMPWM變換器主電路形式分為可逆和不可逆變換器主電路形式分為可逆和不可逆兩大類。兩大類。第26頁/共46頁第二十六頁，共47頁。2021-11

25、-241 1）簡單不可逆）簡單不可逆PWMPWM變換器：變換器： 討論討論PWMPWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形：變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形： Us Us：直流電源電壓：直流電源電壓 C C ：濾波電容器：濾波電容器 M M ：直流電動機：直流電動機 VD VD ：續(xù)流二極管：續(xù)流二極管 VT VT ：功率開：功率開關(guān)關(guān)(kigun)(kigun)器件，器件，VT VT 的柵極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓的柵極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓UgUg驅(qū)動驅(qū)動第27頁/共46頁第二十七頁，共47頁。2021-11-24工作狀態(tài)工作狀態(tài)(zhungti)與波與波形：形：在一個開關(guān)周期內(nèi)，在一個開關(guān)周期內(nèi)，

26、當當0 t ton時，時，Ug為正，為正，VT飽和導通，飽和導通，電源電源(dinyun)電壓通過電壓通過VT加到電動加到電動機電樞兩端；機電樞兩端；當當ton t T 時，時， Ug為負，為負，VT關(guān)斷，電關(guān)斷，電樞失去電源樞失去電源(dinyun)，經(jīng)，經(jīng)VD續(xù)流。續(xù)流。U, iUdEidUsttonT0 電壓和電流波形O電樞電壓ud平均電壓Ud電機感應(yīng)(gnyng)電動勢E電樞電流id,，脈動，不能反向（不可逆）第28頁/共46頁第二十八頁，共47頁。2021-11-24輸出電壓方程： 電機(dinj)兩端得到的平均電壓為式中 = ton / T 為 PWM 波形的占空比，0 T/2 t

27、on T/2，則，則UABUAB的平均值大于零的平均值大于零 （2 2） 負載電流不是輕載。負載電流不是輕載。第32頁/共46頁第三十二頁，共47頁。2021-11-24 輸出平均電壓： 雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為 如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中 = 2 1 注意：這里 的計算公式與不可逆變換器中的公式不一樣。 調(diào)速范圍(fnwi)： 調(diào)速時， 的可調(diào)范圍(fnwi)為01， 1 0.5時， 為正，電機正轉(zhuǎn)當 0.5時， 為負，電機反轉(zhuǎn)當 = 0.5時， = 0 ，電機停止sonsonsond)12(UTtUTtTUTtU第33頁/

28、共46頁第三十三頁，共47頁。2021-11-24雙極式橋式可逆PWM變換器的特點(tdin)： （1）電流連續(xù)：在周期T內(nèi)，都有電流通過； （2）四象限：電動機可在四象限（正反向、制動）工作； （3）動力潤滑：電動機停止時有高頻微振電流，消除了正反向時的靜摩擦死區(qū)； （4）低速平穩(wěn)性好：調(diào)速范圍可達1：20000 （5）開關(guān)損耗大：4個VT在工作中都處于開關(guān)狀態(tài)； （6）需防止直通：在切換時容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。第34頁/共46頁第三十四頁，共47頁。2021-11-242.2 2.2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性：直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性： 由于采用脈寬調(diào)制，嚴格地

29、說，即使在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動的，所謂由于采用脈寬調(diào)制，嚴格地說，即使在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動的，所謂穩(wěn)態(tài)，是指電機穩(wěn)態(tài)，是指電機(dinj)(dinj)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，機械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，機械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。流）的關(guān)系。 1 1）雙極式可逆電路電壓方程）雙極式可逆電路電壓方程EtiLRiUdddds( 0 t ton )EtiLRiUdddds(ton t T )第35頁/共46頁第三十五頁，共47頁。2021-11-242 2）機械特性方程 平均

30、電流和轉(zhuǎn)矩分別用 Id Id 和 Te Te 表示，平均轉(zhuǎn)速 n = E/Ce n = E/Ce，而電樞電感壓降的平均值 Ldid / dt Ldid / dt 在穩(wěn)態(tài)時應(yīng)為零。 于是，無論是上述哪一組電壓方程，其平均值方程都可寫成式中，CmCm：電機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，Cm = KmCm = KmN N ； n0 n0：理想(lxing)(lxing)空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比，n0 n0 = = Us / Ce Us / Ce nCRIERIUeddsde0deesICRnICRCUneme0emeesTCCRnTCCRCUn第36頁/共46頁第三十六頁，共47頁。2021-11-24

31、 第37頁/共46頁第三十七頁，共47頁。2021-11-242.3 PWM2.3 PWM控制與變換器的數(shù)學模型：控制與變換器的數(shù)學模型： PWM PWM裝置變換器也可以看成是一個裝置變換器也可以看成是一個(y )(y )帶滯帶滯后作用的比例環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)：后作用的比例環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)： 式中，式中，KsKs：PWMPWM裝置的放大系數(shù)；裝置的放大系數(shù)； Ts Ts：PWMPWM裝置的延遲時間，裝置的延遲時間， TsT0 TsT0 與晶閘管裝置一樣，與晶閘管裝置一樣， PWM PWM裝置可以近裝置可以近似看成是一個似看成是一個(y )(y )一階慣性環(huán)節(jié)：一階慣性環(huán)節(jié)：sTKsUsUsWse)(

32、)()(scds1)(ssssTKsW第38頁/共46頁第三十八頁，共47頁。2021-11-242.4 電能回饋電能回饋(hu ku)與泵升電壓的限制與泵升電壓的限制 PWM變換器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不可變換器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以濾波，以獲得恒定的直流電壓。獲得恒定的直流電壓。AC/CDC+-Us整流器PWM第39頁/共46頁第三十九頁，共47頁。2021-11-24泵升電壓產(chǎn)生的原因：泵升電壓產(chǎn)生的原因： 對于對于(duy)PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當電機制變換器中的濾波電容，其作用除

33、濾波外，還有當電機制動時吸收運行系統(tǒng)動能的作用。當電動機工作在回饋制動狀態(tài)時，將動能變?yōu)殡妱訒r吸收運行系統(tǒng)動能的作用。當電動機工作在回饋制動狀態(tài)時，將動能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，由于直流電源靠二極管整流器（單向性）供電，不可能回饋電能回饋到直流側(cè)，由于直流電源靠二極管整流器（單向性）供電，不可能回饋電能到交流電網(wǎng)，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱能到交流電網(wǎng)，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作作“泵升電壓泵升電壓”。 泵升電壓限制：泵升電壓限制： 增加釋放回路增加釋放回路第40頁/共46頁第四十頁，共47頁。2021-11-243 調(diào)速系統(tǒng)的性能指

34、標： 任何一臺需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能都有一定的要求。1、控制要求： 1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速； 2）穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量； 3）加、減速頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度(sd)變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。第41頁/共46頁第四十一頁，共47頁。2021-11-242. 2. 調(diào)速指標：調(diào)速指標：調(diào)速范圍：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D D 表示，即表示，即 其中其中nmin nmin 和和nmax nmax 一般都指電動機額定負一般都指電動機額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于負載很輕的機械，也可用實際載時的轉(zhuǎn)速，對于負載很輕的機械，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。負載時的轉(zhuǎn)速。靜差率：當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想靜差率：當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)空載增加到額定