可控直流電源-電動機系統(tǒng) ppt課件

1、運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第1篇篇直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機的調(diào)速方法直流電動機的調(diào)速方法 直流電動機轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)直流電動機轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關系可表示為：態(tài)關系可表示為：) 11 (0nnIKRKUKRIUndeeedn轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速r/min電樞電壓電樞電壓(V)電樞電流電樞電流(A)電樞回路總電阻電樞回路總電阻()勵磁磁通勵磁磁通Wb由電機構造決議的電由電機構造決議的電動勢常數(shù)。動勢常數(shù)。 式中：式中： UdIReK調(diào)理直流電動機的轉(zhuǎn)速的方法：調(diào)理直流電動機的轉(zhuǎn)速的方法：n改動電樞回路電阻調(diào)速法改動電樞回路電阻調(diào)速法n減弱磁通調(diào)速法減弱磁通調(diào)速法n調(diào)理電樞電壓調(diào)速法調(diào)理

2、電樞電壓調(diào)速法改動電樞回路電阻調(diào)速法改動電樞回路電阻調(diào)速法n電樞回路串接外加電阻電樞回路串接外加電阻 ,經(jīng)過增大經(jīng)過增大 的方法實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。的方法實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。nnIKRRKUKRRIUndeaddaeeaddad0)(addRaddR1-2 n堅持直流電動機外加電樞電壓與勵堅持直流電動機外加電樞電壓與勵磁磁通為額定值，磁磁通為額定值，n直流電動機的理想空載轉(zhuǎn)速不變直流電動機的理想空載轉(zhuǎn)速不變 ，n轉(zhuǎn)速降落轉(zhuǎn)速降落 將隨將隨 的添加而增的添加而增大。大。n外加電阻的阻值越大，機械特性的外加電阻的阻值越大，機械特性的斜率就越大。斜率就越大。addRn圖11 直流電動機調(diào)阻調(diào)速時

3、的機械特性減弱磁通調(diào)速法減弱磁通調(diào)速法n理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 將隨將隨 的減少而的減少而增大。增大。nnTKKRKUn0e2mee0n1-3 n堅持電樞電壓為額定值，堅持電樞電壓為額定值，n電樞回路不參與附加電阻，電樞回路不參與附加電阻，n減小直流電動機的勵磁電流以減減小直流電動機的勵磁電流以減弱磁通，弱磁通，n電動機帶負載時的速降電動機帶負載時的速降 與與 成反比成反比 。 n2圖12 直流電動機弱磁調(diào)速時的機械特性調(diào)理電樞電壓調(diào)速法調(diào)理電樞電壓調(diào)速法n用改動電動機電樞的外加電壓用改動電動機電樞的外加電壓U來實來實現(xiàn)直流電機的調(diào)速?，F(xiàn)直流電機的調(diào)速。nnIKRKUKRIUndeeed01

4、-1 n堅持直流電動機的磁通為額定值，堅持直流電動機的磁通為額定值，n電樞回路不串入外加電阻，電樞回路不串入外加電阻，n理想空載轉(zhuǎn)速將隨理想空載轉(zhuǎn)速將隨U的減少而成比的減少而成比例地降低，例地降低，n轉(zhuǎn)速降落那么轉(zhuǎn)速降落那么 與與U的大小無關。的大小無關。 n圖13直流電動機調(diào)壓調(diào)速時的機械特性三種調(diào)速方法之比較三種調(diào)速方法之比較n改動電樞回路電阻調(diào)速只能對電動機改動電樞回路電阻調(diào)速只能對電動機轉(zhuǎn)速作有級的調(diào)理，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)速作有級的調(diào)理，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，調(diào)速系統(tǒng)效率低。調(diào)速系統(tǒng)效率低。n減弱磁通調(diào)速可以實現(xiàn)平滑調(diào)速，但減弱磁通調(diào)速可以實現(xiàn)平滑調(diào)速，但只能在基速額定轉(zhuǎn)速以上的范圍只能在基

5、速額定轉(zhuǎn)速以上的范圍內(nèi)調(diào)理轉(zhuǎn)速。內(nèi)調(diào)理轉(zhuǎn)速。n調(diào)理電樞電壓調(diào)速所得到的人為機械調(diào)理電樞電壓調(diào)速所得到的人為機械特性與電動機的固有機械特性平行，特性與電動機的固有機械特性平行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速額定轉(zhuǎn)速以下實現(xiàn)平滑調(diào)速。速以下實現(xiàn)平滑調(diào)速。n直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，只需當轉(zhuǎn)速要到達基速以上時才輔以只需當轉(zhuǎn)速要到達基速以上時才輔以弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速。運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第1章章可控直流電源可控直流電源-電動機電動機系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n相控整流器相控整流器-電動機調(diào)速系統(tǒng)電動機調(diào)速系統(tǒng) n直流直流PWM變換

6、器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)n n調(diào)速系統(tǒng)性能目的調(diào)速系統(tǒng)性能目的 1.1 相控整流器相控整流器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)n直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件構造至少包直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件構造至少包含了兩個部分：含了兩個部分：n調(diào)理直流電動機電樞電壓的直流電源調(diào)理直流電動機電樞電壓的直流電源,n被調(diào)理轉(zhuǎn)速的直流電動機。被調(diào)理轉(zhuǎn)速的直流電動機。n可控直流電源主要有兩大類，第一類可控直流電源主要有兩大類，第一類是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控的直流電源。換成可控的直流電源。1.1.1 相控整流器相控整流器圖14 相控整流器-電動機調(diào)速系統(tǒng)原理圖 V-MV-M系統(tǒng)義務原理

7、系統(tǒng)義務原理n調(diào)理觸發(fā)安裝調(diào)理觸發(fā)安裝GT的控制電壓的控制電壓Uc來挪來挪動觸發(fā)脈沖的相位，動觸發(fā)脈沖的相位，n改動可控整流器平均輸出直流電壓改動可控整流器平均輸出直流電壓Ud，n實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。 晶閘管可控整流器的特點晶閘管可控整流器的特點n晶閘管可控整流器的功率放大倍晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在數(shù)在104以上，其門極電流可以以上，其門極電流可以直接用電子控制。直接用電子控制。n晶閘管的控制造用是毫秒級的，晶閘管的控制造用是毫秒級的，系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了很大的改系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了很大的改善。善。晶閘管可控整流器的缺乏之處晶閘管可控整流器的缺乏之處n晶

8、閘管是單導游電的，給電機的可逆運晶閘管是單導游電的，給電機的可逆運轉(zhuǎn)帶來困難。轉(zhuǎn)帶來困難。n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/dt與與di/dt都非常敏感，超越允許值時會損都非常敏感，超越允許值時會損壞晶閘管。壞晶閘管。n在交流側(cè)會產(chǎn)生較大的諧波電流，引起在交流側(cè)會產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變。需求在電網(wǎng)中增設無電網(wǎng)電壓的畸變。需求在電網(wǎng)中增設無功補償安裝調(diào)和波濾波安裝。功補償安裝調(diào)和波濾波安裝。1.1.2 相控整流器相控整流器-電動機系統(tǒng)的特殊問題電動機系統(tǒng)的特殊問題1觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖的相位角觸發(fā)脈沖的相位角控制整流電壓控制整

9、流電壓Ud0的平均值。的平均值。與與Ud0的關系因整流電路的方式而的關系因整流電路的方式而異。異。表表11 不同整流電路的整流電壓波不同整流電路的整流電壓波 峰值、脈沖數(shù)及平均整流電壓峰值、脈沖數(shù)及平均整流電壓mU22U22U26U0dUcos9 . 02Ucos17. 12Ucos34. 22U整流電路 單相全波 三相半波 三相橋式m236表表1-1中中整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值，有效值， 時的整流電壓波形峰值，時的整流電壓波形峰值，交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)，數(shù)，整流電壓的平均值。整流電壓的平均值。2UmU00dUm2電流

10、脈動及其波形的延續(xù)與斷續(xù)電流脈動及其波形的延續(xù)與斷續(xù)n輸出電流是脈動電流，交流電源輸出電流是脈動電流，交流電源一周內(nèi)存在的脈波數(shù)一周內(nèi)存在的脈波數(shù)m與整流電與整流電路的方式相關。路的方式相關。n電樞電流平均值電樞電流平均值Id由負載轉(zhuǎn)矩決由負載轉(zhuǎn)矩決議，議，在在Id上升階段，上升階段，電感儲能；電感儲能；在在Id下降階段，下降階段，電感中的能量將電感中的能量將釋放出來維持電釋放出來維持電流延續(xù)。流延續(xù)。圖15 V-M系統(tǒng)的電流波形(a) 電流延續(xù)圖15 V-M系統(tǒng)的電流波形 b電流斷續(xù)當負載電流較小當負載電流較小時，電感中的儲時，電感中的儲能較少，能較少，等到等到Id下降到零下降到零時，呵斥電

11、流波時，呵斥電流波形斷續(xù)。形斷續(xù)。1.1.3 相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的相控整流直流調(diào)速系統(tǒng)的 機械特性及數(shù)學模型機械特性及數(shù)學模型n當電流延續(xù)時，當電流延續(xù)時，VM系統(tǒng)的機械特系統(tǒng)的機械特性方程式為性方程式為)RIU(C1nd0de1相控整流器電動機系統(tǒng)的機械特性相控整流器電動機系統(tǒng)的機械特性 18 式式1-8中中eCNeeKCrecLaRRRRaRLRrecR電機在額定磁通下的電動勢系數(shù)，電樞回路總電阻，電樞回路電阻，電抗器電阻， 整流安裝內(nèi)阻。 Rn當電流斷續(xù)時，由于非線性要素，當電流斷續(xù)時，由于非線性要素，機械特性方程要復雜得多。機械特性方程要復雜得多。 n電流斷續(xù)區(qū)與電流延續(xù)區(qū)的分界限電

12、流斷續(xù)區(qū)與電流延續(xù)區(qū)的分界限是是 的曲線，當?shù)那€，當 時，電時，電流便開場延續(xù)了。流便開場延續(xù)了。n 一個電流脈波的導通一個電流脈波的導通角。角。 3232圖16 V-M系統(tǒng)機械特性在電流斷續(xù)區(qū)，在電流斷續(xù)區(qū)，機械特性很軟，機械特性很軟，理想空載轉(zhuǎn)速翹理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。得很高。 在電流延續(xù)區(qū)，在電流延續(xù)區(qū)，顯示出較硬的機顯示出較硬的機械特性；械特性；2晶閘管觸發(fā)電路和整流安裝晶閘管觸發(fā)電路和整流安裝 的數(shù)學模型的數(shù)學模型n晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特性是非線性的。性是非線性的。n在設計調(diào)速系統(tǒng)時，只能在一定在設計調(diào)速系統(tǒng)時，只能在一定的義務范圍內(nèi)近似地看成線性

13、環(huán)的義務范圍內(nèi)近似地看成線性環(huán)節(jié)，節(jié)，n得到了它的放大系數(shù)和傳送函數(shù)得到了它的放大系數(shù)和傳送函數(shù)后，用線性控制實踐分析整個調(diào)后，用線性控制實踐分析整個調(diào)速系統(tǒng)。速系統(tǒng)。放大系數(shù)的計算放大系數(shù)的計算圖1-7 晶閘管觸發(fā)與整流安裝的輸入輸出特性和Ks的測定cdsUUK1-12 n晶閘管觸發(fā)和整流安裝的輸入量晶閘管觸發(fā)和整流安裝的輸入量是是Uc，輸出量是，輸出量是Ud，晶閘管，晶閘管觸發(fā)電路和整流安裝的放大系數(shù)觸發(fā)電路和整流安裝的放大系數(shù)Ks 。n假設沒有得到實測特性，也可根假設沒有得到實測特性，也可根據(jù)安裝的參數(shù)估算。據(jù)安裝的參數(shù)估算。失控時間和純滯后環(huán)節(jié)失控時間和純滯后環(huán)節(jié) n滯后作用是由晶閘管

14、整流安裝的失控時滯后作用是由晶閘管整流安裝的失控時間引起的。間引起的。n失控時間是個隨機值。失控時間是個隨機值。n最大失控時間是兩個相鄰自然換相點之最大失控時間是兩個相鄰自然換相點之間的時間，它與交流電源頻率和晶閘管間的時間，它與交流電源頻率和晶閘管整流器的類型有關。整流器的類型有關。mf1Tmaxs式中，式中，f交流電源頻率交流電源頻率(Hz)， m一周內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)。一周內(nèi)整流電壓的脈波數(shù)。(1-13) 圖18 晶閘管觸發(fā)與整流安裝的失控時間Ts 值的選取值的選取n普通采用平均失控時間普通采用平均失控時間 。n假設按最嚴重情況思索，那么取假設按最嚴重情況思索，那么取 。 maxssT2

15、1T maxssTT )50(Hzf 表12 晶閘管整流器的失控時間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20106.673.331053.331.67晶閘管觸發(fā)電路與整流安裝的傳送函數(shù)晶閘管觸發(fā)電路與整流安裝的傳送函數(shù) n滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號1(t)，輸，輸出要隔一定時間后才出現(xiàn)呼應出要隔一定時間后才出現(xiàn)呼應1(t-Ts)。n輸入輸出關系為：輸入輸出關系為： )( 10scsdTtUKUn 傳送函數(shù)為傳送函數(shù)為sTscdsseKsUsUsW)()()(0114 傳送函數(shù)的簡化傳送函數(shù)的簡化n按

16、泰勒級數(shù)展開，可得按泰勒級數(shù)展開，可得 33s22ssssTssTsssT! 31sT! 21sT1KeKeK)s(Wssn 根據(jù)工程近似處置的原那么，可忽略高次根據(jù)工程近似處置的原那么，可忽略高次項，把整流安裝近似看作一階慣性環(huán)節(jié)項，把整流安裝近似看作一階慣性環(huán)節(jié) sT1K)s(Wsss1-16 動態(tài)構造框圖動態(tài)構造框圖 圖19 晶閘管觸發(fā)與整流安裝動態(tài)構造圖準確的近似的1.2 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)1.2.1直流直流PWM變換器變換器直流脈寬變換器，或稱直流直流脈寬變換器，或稱直流PWM變換器，變換器，是在全控型電力電子器件問世以后出現(xiàn)是在全控型電力電子器件問世以

17、后出現(xiàn)的能取代相控整流器的直流電源。的能取代相控整流器的直流電源。根據(jù)根據(jù)PWM變換器主電路的方式可分為可變換器主電路的方式可分為可逆和不可逆兩大類。逆和不可逆兩大類。1.不可逆不可逆PWM變換器變換器圖1-10 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)Us直流電源電壓 C濾波電容器 VT功率開關器件 VD續(xù)流二極管 M直流電動機電壓和電流波形電壓和電流波形 圖1-10 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)b電壓和電流波形n在一個開關周期在一個開關周期T內(nèi)，內(nèi)，n當當0tton時，時，Ug為正，為正，VT飽和導通，飽和導通，電源電壓電源電壓Us經(jīng)過經(jīng)過VT加到直流電動機電加到直流電動機電樞

18、兩端。樞兩端。n當當 ton tT時，時，Ug為負，為負，VT關斷，關斷，電樞電路中的電流經(jīng)過續(xù)流二極管電樞電路中的電流經(jīng)過續(xù)流二極管VD續(xù)流，直流電動機電樞電壓等于零。續(xù)流，直流電動機電樞電壓等于零。輸出電壓方程輸出電壓方程n直流電動機電樞兩端的平均電壓為直流電動機電樞兩端的平均電壓為n改動占空比改動占空比 ，即可改動直流電，即可改動直流電動機電樞平均電壓。動機電樞平均電壓。n令令 為為PWM電壓系數(shù)，那么在不電壓系數(shù)，那么在不可逆可逆PWM變換器中變換器中ssondUUTtU10sdUU1-17 1-18 有制動電流通路的不可逆有制動電流通路的不可逆 PWM-直流電動機系統(tǒng)直流電動機系統(tǒng)

19、(a) 電路原理圖 圖1-11 有制動電流通路的不可逆PWM直流電動機系統(tǒng)電動外形下運轉(zhuǎn)電動外形下運轉(zhuǎn) 圖1-11有制動電流通路的不可逆PWM直流電動機系統(tǒng)(b) 普通電動外形的電壓、電流波形n當 ontt0時， 電流沿回路1流通。 1VT飽和導通， 2VT截止， n當 時， Ttton1VT截止，2VD續(xù)流， 電流沿回路2流通。 di不斷為正。 1gU的正脈沖比負脈沖寬， VT1和VD2交替導通，VT2和VD1不斷關斷。 制動過程制動過程di不斷為負。 1gU的正脈沖比負脈沖窄 ， dUE ，(c) 制動外形的電壓、電流波形 為正， n在 Ttton階段， 2gU2VT導通，在感應電動勢E的

20、作用下，反向電流沿回路3能耗制動 。 n在 階段， 2gUontTtT為負， 2VT截止，反向電流沿回路4經(jīng)過1VD回饋制動 。2VT和 1VD交替導通， 1VT和 2VD不義務。 輕載電動外形輕載電動外形 1VT2VD2VT1VD和 、 、 四個管子輪番導通。 (d) 輕載電動外形的電流波形 時辰，反向電流衰減到零， 2tt 時辰，id=0， 2VT導通， 反電動勢E沿回路3保送反向電流， Tt 時辰， 2VT關斷，1VD續(xù)流， 4tt VT1導通，產(chǎn)生正向電流。 反向電流沿回路4經(jīng)有制動電流通路的不可逆有制動電流通路的不可逆 PWM-直流電動機系統(tǒng)直流電動機系統(tǒng)n電路之所以為不可逆是由于平

21、電路之所以為不可逆是由于平均電壓均電壓 Ud不斷大于零，不斷大于零，n電流可以反向，而電壓和轉(zhuǎn)速電流可以反向，而電壓和轉(zhuǎn)速不可反向。不可反向。2、橋式可逆、橋式可逆PWM變換器變換器圖1-12 橋式PWM變換器電路正向運轉(zhuǎn)外形正向運轉(zhuǎn)外形2VT和 3VT沿回路2經(jīng)di2VD和 3VD續(xù)流。 ontt0時， 41ggUU為正， 1VT和 4VT導通， 32ggUU為負， 截止。 sABUU，電樞電流 沿回路1流通。 正脈沖電壓的寬度大于負脈沖的寬度， 2Tton時： Ttton時， 1VT和 4VT截止。 41ggUU為負， 32ggUU為正， di闡明：負載電流不是輕載sABUU，2VT和 3

22、VT被鉗位堅持截止。反向運轉(zhuǎn)外形反向運轉(zhuǎn)外形2VT3VT沿回路3流通。diontt0時， 41ggUU為正， 1VT和 4VT被鉗位堅持截止， 和 32ggUU為負， 截止。 sABUU， 沿回路4經(jīng)VD1和VD4續(xù)流。 正脈沖電壓的寬度小于負脈沖的寬度， 2Tton時： Ttton時， 2VT和 3VT流通。 41ggUU為正， 32ggUU為負， di闡明：負載電流不是輕載sABUU，1VT和 4VT截止。停轉(zhuǎn)外形停轉(zhuǎn)外形n正脈沖電壓的寬度等于負脈沖的正脈沖電壓的寬度等于負脈沖的寬度，寬度，n平均輸出電壓平均輸出電壓 ，n電動機停轉(zhuǎn)。電動機停轉(zhuǎn)。2Tton0ABU輸出平均電壓輸出平均電壓n

23、在雙極式控制的可逆在雙極式控制的可逆PWM變換器中變換器中sssonsonsondUUUTtUTtTUTtU121212留意：與不可逆PWM變換器中的 公式不一樣。1-19 1-20 n調(diào)速時，調(diào)速時， 的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為01， n 1 0.5時，時， 為正，電機正轉(zhuǎn)，為正，電機正轉(zhuǎn)，n當當 0.5時，時， 為負，電機反轉(zhuǎn)，為負，電機反轉(zhuǎn)，n當當 = 0.5時，時， = 0 ，電機停頓。，電機停頓。 調(diào)速范圍調(diào)速范圍雙極式控制的橋式可逆雙極式控制的橋式可逆 PWM變換器的優(yōu)點變換器的優(yōu)點 電流一定延續(xù)；電流一定延續(xù)；電動機能在四象限運轉(zhuǎn)；電動機能在四象限運轉(zhuǎn)；電動機停頓時有微振電流，消除

24、了靜磨擦電動機停頓時有微振電流，消除了靜磨擦死區(qū)；死區(qū)；低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達1：20000左右；左右；低速時，每個開關器件的驅(qū)動脈沖仍較寬低速時，每個開關器件的驅(qū)動脈沖仍較寬有利于保證器件的可靠導通。有利于保證器件的可靠導通。 雙極式控制方式的缺乏之處雙極式控制方式的缺乏之處 n4個開關器件在義務中都處個開關器件在義務中都處于開關外形，在切換時容易于開關外形，在切換時容易容易發(fā)生上、下橋臂直通的容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故，事故，n在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應設置邏輯延時。間，應設置邏輯延時。1.2.2 直流直流PWM變換器

25、變換器-電動機系電動機系統(tǒng)的能量回饋問題統(tǒng)的能量回饋問題圖圖1-13 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖電能回饋問題電能回饋問題 n由由6個二極管組成的整流器，把電網(wǎng)提供的交個二極管組成的整流器，把電網(wǎng)提供的交流電整流成直流電。流電整流成直流電。n直流電源采用了大電容濾波。直流電源采用了大電容濾波。n當電動機義務在回饋制動外形時，將動能變?yōu)楫旊妱訖C義務在回饋制動外形時，將動能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，電能回饋到直流側(cè)，n由于二極管整流器的能量單向傳送性，電能不由于二極管整流器的能量單向傳送性，電能不可以經(jīng)過整流安裝送回交流電網(wǎng)，只能向濾波可以經(jīng)過整流安裝送

26、回交流電網(wǎng)，只能向濾波電容充電，電容充電，n由此構成了電能回饋問題。由此構成了電能回饋問題。泵升電壓泵升電壓 n對濾波電容充電的結(jié)果呵斥直流側(cè)電對濾波電容充電的結(jié)果呵斥直流側(cè)電壓升高，稱作壓升高，稱作“泵升電壓。泵升電壓。n系統(tǒng)在制動時釋放的動能將表現(xiàn)為電系統(tǒng)在制動時釋放的動能將表現(xiàn)為電容儲能的增高，所以要適當?shù)剡x擇電容儲能的增高，所以要適當?shù)剡x擇電容的電容量，或采取其它措施，以維容的電容量，或采取其它措施，以維護電力電子功率開關器件不被泵升電護電力電子功率開關器件不被泵升電壓擊穿。壓擊穿。n儲能的增量約等于電動機系統(tǒng)在制動儲能的增量約等于電動機系統(tǒng)在制動時釋放的全部動能時釋放的全部動能 。1

27、.2.3 直流直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型及機械特性數(shù)學模型及機械特性1、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 圖1-14 PWM控制器與變換器的框圖動態(tài)數(shù)學模型動態(tài)數(shù)學模型 式中，式中， KsPWM控制與變換器的放大系數(shù)，控制與變換器的放大系數(shù)， TsPWM控制與變換器的延遲時間?？刂婆c變換器的延遲時間。1-22 sTscdsseK)s(U)s(U)s(WPWM安裝數(shù)學模型的近似安裝數(shù)學模型的近似n在與晶閘管相控整流電源一樣的近似在與晶閘管相控整流電源一樣的近似條件下，其傳送函數(shù)可以表示為一個條件下，其傳送函數(shù)可以表示為一個慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié) 1sTK)s(Wsss當開

28、關頻率為當開關頻率為10kHz時，滯后時間時，滯后時間msTs1 . 0， 明顯小于相控整流電源。明顯小于相控整流電源。1-23 2、PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性調(diào)速系統(tǒng)的機械特性n脈寬調(diào)制變換器的輸出電壓是高度和脈寬調(diào)制變換器的輸出電壓是高度和頻率一定、寬度可變的脈沖序列，頻率一定、寬度可變的脈沖序列，n改動平均輸出的電壓的大小，可以調(diào)改動平均輸出的電壓的大小，可以調(diào)理電機的轉(zhuǎn)速，理電機的轉(zhuǎn)速，n脈動的電壓將導致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動。脈動的電壓將導致轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的脈動。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，開關頻率普通在在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，開關頻率普通在10kHz左右，使得最大電流脈動量在左右，使得最大電流脈動量在額定電流

29、的額定電流的5%以下，轉(zhuǎn)速脈動量不到以下，轉(zhuǎn)速脈動量不到額定轉(zhuǎn)速的萬分之一。額定轉(zhuǎn)速的萬分之一。帶制動電流通路的不可逆電路帶制動電流通路的不可逆電路 的電壓方程的電壓方程式中的式中的R、L分別為電樞電路的電阻和電感分別為電樞電路的電阻和電感 EdtdiLRiUddsontt0 EdtdiLRi0ddTtton 1-24 1-25 雙極式控制的可逆電路雙極式控制的可逆電路 的電壓方程的電壓方程EdtdiLRiUddsontt0EdtdiLRiUddsTtton 1-24 1-25a 電壓平均值方程電壓平均值方程 平均電壓平均電壓 平均電流平均電流 電樞電感壓降的均值電樞電感壓降的均值 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n

30、CRIERIUeddssdUUdI0dtdiLd eCEn 1-26 機械特性方程機械特性方程用轉(zhuǎn)矩來表示為用轉(zhuǎn)矩來表示為 de0deesICRnICRCUneme0emeesTCCRnTCCRCUn1-27 式中: Cm 電機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， Cm = KmN ； n0理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比， n0 = Us / Ce 。1-28 直流直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性調(diào)速系統(tǒng)的機械特性 n在雙極性控制可逆電路中，在雙極性控制可逆電路中，n 機械特性擴展到了第三、四象限。機械特性擴展到了第三、四象限。111.3 調(diào)速系統(tǒng)性能目的調(diào)速系統(tǒng)性能目的1.3.1 調(diào)速范圍和靜差率調(diào)速范圍和

31、靜差率在調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能中，主要有兩個在調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能中，主要有兩個要求：要求： 1調(diào)速，要求系統(tǒng)可以在指定的調(diào)速，要求系統(tǒng)可以在指定的范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速上運轉(zhuǎn)。范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速上運轉(zhuǎn)。2穩(wěn)速，要求系統(tǒng)調(diào)速的反復性穩(wěn)速，要求系統(tǒng)調(diào)速的反復性和準確度要好，不允許有過大的轉(zhuǎn)速和準確度要好，不允許有過大的轉(zhuǎn)速動搖。動搖。1. 調(diào)速范圍調(diào)速范圍n消費機械要求電動機在額定負載情況下所需的最消費機械要求電動機在額定負載情況下所需的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用字母高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用字母D來表示來表示n對于基速以下的調(diào)速系統(tǒng)而言對于基速以下的調(diào)速系統(tǒng)而言 。n對于少數(shù)負載很輕的機械，也

32、可用實際負載時的對于少數(shù)負載很輕的機械，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速來定義最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速來定義最高轉(zhuǎn)速 ，和最低轉(zhuǎn)速，和最低轉(zhuǎn)速 。 minmaxnnD Nnnmaxmaxnminn1-29 2. 靜差率靜差率n當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，負載由理當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，負載由理想空載添加到額定值時電動機轉(zhuǎn)速的變想空載添加到額定值時電動機轉(zhuǎn)速的變化率，稱為靜差率化率，稱為靜差率s。n用百分數(shù)表示用百分數(shù)表示n式中，式中， 理想空載轉(zhuǎn)速，理想空載轉(zhuǎn)速， n 負載從理想空載增大到額定負載從理想空載增大到額定值時電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落。值時電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降落。0Nnns%100nns0N0nNn1-30 1

33、-31 機械特性與靜差率機械特性與靜差率 NeNICRn額定轉(zhuǎn)速降額定轉(zhuǎn)速降 是一個恒值。是一個恒值。 調(diào)速系統(tǒng)在不調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的機同電壓下的機械特性是相互械特性是相互平行的，兩者平行的，兩者的硬度一樣。的硬度一樣。 圖1-16 不同轉(zhuǎn)速下的機械特性機械特性與靜差率機械特性與靜差率n調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)速系統(tǒng)在不同電壓下的理想空載轉(zhuǎn)速不一樣。不一樣。n理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差率越大。理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差率越大。n同樣硬度的機械特性，隨著其理想空載同樣硬度的機械特性，隨著其理想空載轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率會隨之增大，轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率會隨之增大， n調(diào)速系統(tǒng)的靜差率目的

34、應以最低速時能調(diào)速系統(tǒng)的靜差率目的應以最低速時能到達的數(shù)值為準。到達的數(shù)值為準。3. D與與s的相互約束關系的相互約束關系n在直流機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，對于某一臺確定的在直流機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，對于某一臺確定的電動機，其電動機，其 和和 都是常數(shù)，都是常數(shù)，n對系統(tǒng)的調(diào)速精度要求越高，即要求對系統(tǒng)的調(diào)速精度要求越高，即要求s越小，越小，那么可到達的那么可到達的D必定越小。必定越小。n當要求的當要求的D越大時，那么所能到達的調(diào)速精度越大時，那么所能到達的調(diào)速精度就越低，即就越低，即s越大，所以這是一對矛盾的目的。越大，所以這是一對矛盾的目的。 )s1(nsnDNNNnNn1-32 1.3.2 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 機