14(1学时)直流脉宽pwm调速系统

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)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4-1）,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）， 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基本一致。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