16第十六講(PWM直流調(diào)速系統(tǒng))

1、To improve is to change;to be perfect is to change often. Winston Churchill第 十 六 講PWM直流調(diào)速系統(tǒng)內(nèi) 容一、PWM直流調(diào)速系統(tǒng)組成原理二、可逆PWM變換器及其 工作原理三、脈寬調(diào)制器及其工作原理要 求一、掌握可逆PWM變換器的結(jié)構(gòu)、 特點(diǎn)及其工作原理二、掌握脈寬調(diào)制器工作原理的分析 方法第四章 脈寬調(diào)制式PWM直流調(diào)速系統(tǒng) 采用電力晶體管等全控式電力電子器件構(gòu)成的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)具有線路簡單、調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)性能好、功耗低、效率高和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)而得到越來越廣泛的應(yīng)用。 閉環(huán)PWM調(diào)速的靜、動(dòng)態(tài)分析和已學(xué)的

2、相控式調(diào)速系統(tǒng)根本相同，只需對有所不同的主電路、PWM控制電路以及一些特殊問題進(jìn)行討論。1、相控整流：通過改變晶閘管的觸發(fā) 角來改變其輸出電壓。2、脈寬調(diào)制式整流：通過改變脈沖寬度 以改變?nèi)厥诫娏﹄娮悠骷?如GTO、 MOSFET、IGBT等的通斷時(shí)間來到達(dá) 改變其輸出電壓的目的。實(shí)現(xiàn)可控整流的兩種控制方式4.1 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的組成原理PWM直流調(diào)速系統(tǒng)是一種在VM系統(tǒng)的根底上以脈寬調(diào)制式可調(diào)直流電源取代晶閘管相控整流電源后構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于它采用全控型電力電子器件作為功率開關(guān)元件，并按脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)電樞電壓的調(diào)節(jié)，因此其主電路簡單、性能優(yōu)越，是新設(shè)計(jì)100KW以下直

3、流調(diào)速系統(tǒng)的首選方案。PWM直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖單片微機(jī)控制的PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用由電力電子功率開關(guān)器件組成的橋式可逆PWM變換器(H形PWM變換器)。其中功率開關(guān)器件采用IGBT ，在小容量系統(tǒng)中那么可用將IGBT、續(xù)流二極管、驅(qū)動(dòng)電路以及過流、欠壓保護(hù)等封裝在一起的智能功率模塊IPM。 系統(tǒng)組成 PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)組成續(xù)圖中UR整流器；UPEM橋式可逆電力電子變換器，須要注意的是，直流變換器必須是可逆的； GD驅(qū)動(dòng)電路模塊，內(nèi)部含有光電隔離電路和開關(guān)放大電路；系統(tǒng)組成續(xù)UPWPWM波生成環(huán)節(jié)，其算法包含在單片微機(jī)軟件中；TG為測速發(fā)電機(jī)，當(dāng)

4、調(diào)速精度要求較高時(shí)可采用數(shù)字測速碼盤； TA霍爾電流傳感器； 給定量 n*，I*d 和反響量 n，Id 都已經(jīng)是數(shù)字量。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 系 統(tǒng) 控 制 控制系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)，內(nèi)環(huán)的采樣周期小于外環(huán)的采樣周期。無論是電流采樣值還是轉(zhuǎn)速采樣值都有交流分量，常采用阻容電路濾波，但阻容值太大時(shí)會延緩動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為此可采用硬件濾波與軟件濾波相結(jié)合的方法。系統(tǒng)控制續(xù) 當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號在-n*max 0 +n*max 之間變化并到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，由微機(jī)輸出的PWM信號占空比在 0 0 的范圍內(nèi)變化，使UPEM的輸出平均電壓系數(shù)的變化范圍為 1

5、 0 +1實(shí)現(xiàn)雙極式可逆控制。 4.2 PWM變換器PWM主電路及其工作原理PWM變換器：采用脈沖寬度調(diào)制的直 流斬波器。 雙極式可逆PWM變換器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器1、常用的H形結(jié)構(gòu)可逆PWM變換器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 橋式可逆PWM變換器雙極式工作制正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行重載時(shí)+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1

6、Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 橋式可逆PWM變換器U, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向電動(dòng)重載運(yùn)行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsU, iU, iU, iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2, 3雙極式工作制正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行重載時(shí)+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4VT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 橋式可逆PWM變換器雙極式工作制正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行輕載時(shí)U, iUdEid+UsttonT0-UsO(2) 正向

7、電動(dòng)輕載運(yùn)行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsU, iU, iU, iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2, 3雙極式工作制正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行輕載時(shí) 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 U, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向電動(dòng)運(yùn)行波形U, iUdEid+UsttonT0-Us(2) 反向電動(dòng)運(yùn)行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsU, iU, i 性能評價(jià) 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1電流一定連續(xù)。 2可使電機(jī)在四象限運(yùn)行。 3電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)。 4低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000 左右。 5低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬， 有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 性能評價(jià)續(xù) 雙極式控制方式的缺乏之處是： 在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。泵升電壓的產(chǎn)生和消除4.4 脈寬調(diào)制器及其工作原理圖中Ua可以是三角波或鋸齒波， Ub =- Uamax /2, Uc為電流控制器的輸出控制電壓改變Uc就可改變脈寬調(diào)制器輸出脈沖的寬度，從而改變電機(jī)