电力拖动控制系统.ppt

1、2020/7/23,1,第八章 直流脉宽调速系统,PWM：采用门极可关断晶闸管，全控电力晶体管GTR，P- MOSFET等全控式电力电子器件组成PWM系统。 特点：1、主电路线路简单，需用的功率器件少； 2、开关频率高，电流易连续谐波少，电机损耗和发热较少； 3、低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽； 4、系统频带宽，快速响应好，动态抗扰能力强； 5、主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高； 6、直流电源采用不控三相整流时，电网功率因数高。 适用范围：电动车辆和电动机车上。 内容：脉宽调制变换器 ；脉宽调制原理 ； 脉宽调速系统的机械特性,2020/7/23,2,81脉宽调制变换器

2、,一、脉宽调制变换器（适用于中、小功率的系统） 采用脉宽调制的直流斩波器 VM系统的缺点： 1、存在电流的谐波分量，深调速时转矩脉动大，限制了调速 范围 2、深调速时功率因数低，也限制了调速范围， 3、大电感又限制了快速性。 PWM变换器分为可逆的和不可逆的。可逆的又分为双极式单 极式和受限单极式。 简单的不可逆变换器,2020/7/23,3,工作原理,Vb为正，VT饱和导通，,Vb为负，VT截止，二极管续流，,电动机平均端电压：,其中,为PWM电压的占空比。,2020/7/23,4,二、可逆变换器 型变换器：四个三极电力晶体管和四个续流管组成的 桥式电路，从控制方式分：双极式、单极式和受限单

3、极 式三种。 （一）双极式可逆变换器 工作原理： Ub1=Ub4，Ub2=Ub3=Ub1 ； ，VT1、VT4饱和导通，UAB=US； ，VT1、VT4截止，经VD2、VD3续流，UAB=-US； id的波形有两种： 电动机负载较重时情况-续流时始终为第一象限工作。 电动机负载很轻的情况-续流时id很快到零,VT2和VT3导通。 负载电流反向时,电机处于制动之后,沿回路3流通,可逆 主要体现在正、负脉冲的宽窄上。,2020/7/23,5,Ud0 电枢两端电压为正,电动机正转,Ud0 电枢两端电压为负，电动机反转,Ud=0，电动机停止。,0时,电动机正转;0时,电动机反转;=0时,电动机停止,2

4、020/7/23,6,在=0时,虽然电机停止,但电枢两端瞬时电压和瞬时电流都不是零,而 是交变的,但交变电流的平均值为零,不产生平均转矩,只增大了电机损 耗,但却使电机有高频微振,起着“动力润滑”的作用,清除正、反向时 的静摩擦死区。 双极式变换器的优点：电流连续；可以四象限运行，电机停止时 有微振电流，可消除摩擦死区；工作可靠；调速范围宽。 缺点：开关损耗大；上下管易直通。应设置逻辑延时。 （二）、单极式可逆变换器 电路同上：同双极式 原理：Ub1=Ub2，VT1、VT2交替导通。 正转时:Ub3()；Ub4(+)；反转时 Ub3()；Ub4()； VT3和VT4因电机转向而施加不同的直流控

5、制信号。 （三）、受限式单极单极式可逆变换器 避VT1,VT2直通电机正转,Ub2恒为负,Ub3恒为负,Ub4恒为正； 电机反转时,Ub1=Ub4,恒为负,Ub3恒为正,转载时使特性变软。,2020/7/23,7,82 脉宽调制原理,一、脉宽调速系统 电路组成： GM调制波发生器 UPW脉宽调制器 DLD逻辑延时环节 GD基极驱动器 PWM脉宽调制变换器 FA瞬时动作的限流保护 二、脉宽调制原理 以锯齿波脉宽调制器为例，GM提供调制发生波，ACR的输出 为Uc为控制信号。UPW的输出电压为UPW，然后经过逻辑延时 及基极驱动器加到PWM上去。改变Uc的极性，也就改变了PWM 输出平均电压的极性

6、，也就改变了电动机的转向；改变了Uc 的大小，调节了输出脉冲电压的宽度，从而改变了电动机的 转速。,2020/7/23,8,三、PWM变换器的传函 控制电压Uc改变时，PWM变换器的输出电压要到下一个周 期方能改变。 其传函近似为； 条件 KWPM=Ud/Uc Ud：PWM变换器的输出电压， Uc脉宽调制器的控制电压。,2020/7/23,9,第九章 位置随动系统,一、位置随动系统简介 伺服系统又称为随动系统或跟踪系统，是一种自动 控制系统。在这种系统中，执行元件能以一定的精度自 动地按照输入信号的变化规律动作。位置随动系统就是 实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪，被控 制量和给定量都

7、是位移量，当给定量随机变化时，系统 能使被控制量准确无误地跟随并复现给定量。 有定值控制系统、程序控制系统和伺服控制系统三类。 当系统输入信号为定值时，称为定值控制系统，其 基本任务是提高系统的抗干扰能力。如调速系统给定量 是恒值，不管外界如何扰动，希望输出量能够稳定，因 而抗扰能力特别重要；当系统的输入信号按预先给定的 规律变化时，称为程序控制系统。,2020/7/23,10,伺服系统也称为随动系统，其输入信号是时间的未知 函数，输出量能够准确、迅速地复现输入量的变化规 律，如位置随动系统，在系统中位置指令是经常变化 的，是一个随机量，要求输出准确跟随给定量的变化， 系统的跟随性能成了主要指

8、标。 按输入信号介质分类：有机液伺服系统、电液伺服系统、 气液伺服系统等。 按输出物理量分类：有位置伺服系统、速度伺服系统、 力（或压力）伺服系统等。 二、位置随动系统的分类 1模拟式随动系统：系统中的参量都是连续变化的模拟 量，通常是在调速系统的基础上外加一个位置环。,2020/7/23,11,2数字式随动系统：仍采用模拟的电流环和速度环以保 证系统的快速响应，但位置环是数字式的。可以提高其 精度。 又分为以下三种： 数字式相位控制随动系统 数字式脉冲控制随动系统 数字式编码控制随动系统 三、数字随动系统 数字随动实验系统是一个由计算机控制的位置跟踪系统。 它将计算机预先给定的在时间上不连续的数字量，变成 在时间上连续的并且有一定输出功率的模拟量（角位移 或转角）。当给定量发生变化时，输出的模拟量也随之 发生相应的变化。,2020/7/23,12,实验系统配有电动机（执行机构）、测速发电机、光 电编码器，减速齿轮，通过PC机做控制器，构成数字随 动系统。 工作原理：计算机从内存专用单元取出数字量给定， 与数字反馈量相减，得到误差量，根据误差量，经过计 算机实现某种控制规律（P或PD算法等），得到数字调节 器的输出量。该输出量经过数/模转换，得到相应的模拟 量（电压）Un* , Un*即作为双环调速系统调节器的输 入信号，经过ASR