第章 第讲直流PWM可逆直流调速系统.ppt

内 容 提 要 直流PWM可逆直流调速系统 V-M可逆直流调速系统 弱磁控制的直流调速系统 问题的提出 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。 问题的提出 电动机除电动转矩外还须产生制动转矩，实现生产机械快速的减速、停车与正反向运行等功能。 在转速和电磁转矩的坐标系上，就是四象限运行的功能， 这样的调速系统需要正反转，故称可逆调速系统。 4.1 直流PWM可逆调速系统 PWM变换器电路有多种形式，可分为不可逆与可逆两大类， 还有一种带制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统，其电流能够反向。之所以不可逆是因为平均电压始终大于零，因而转速不能反向。 如果要求转速反向，需要改变PWM变换器输出电压的正负极性，使得直流电动机可以在四象限中运行，由此构成了可逆的PWM变换器-直流电动机系统。 降压斩波电路 ，单极型工作方式 输出电压Ud和电流Id都是单方向的，因此该电路只能工作于第Ⅰ象限。 当电枢电流Id充分小时，id波形仍然会断续。但是由于载波频率很高，使得电流断续的范围很小，以至可以忽略。 二象限PWM变换电路(a) 工作于单极型方式。 只能输出正向电压Ud＞0，使直流电动机正向运转。 但是由于电流id可以正反两个方向流动(b)，使得工作于第Ⅰ和第Ⅱ象限两个象限(c)。 在轻载，甚至空载(Id=0)时也不会发生电流断续。因此不会出现输出特性非线性(d)。 使得PWM变换器的控制特性和数学模型比相控整流电路更为理想。 相应的有Ⅲ、Ⅳ象限PWM变电路 桥式可逆PWM变换器 4.1 直流PWM可逆调速系统 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点： （1）电流一定连续； （2）可使电动机在四象限运行； （3）电动机停止时有微振电流，能消除静磨擦死区； （4）低速平稳性好，系统的调速范围大； （5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 PWM变换器的控制一般采用锯齿波同步的自然采样调制法，或者规则采样法。 图(b)是单极型PWM调制原理，占空比和控制电压Uc的关系为 图(c)是双极型PWM调制原理，占空比和控制电压的关系为 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 a点过渡到b点，Id从正向IdL降低为零。 b点过渡到c点 ， Id从零反向上升到允许的制动电流-Idm 。 c点过渡到d点 ，回馈制动状态，转速将减速到0 。 d点过渡到e点 ，反向起动状态 ,转速要超调，转速环退饱和 。 在f点稳定工作，电枢电流与负载电流-IdL相等。 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 右图是正向起动、正向制动和反向起动过程中的时域波形示意图。这个过程分阶段分析如下： 在t=0时刻，正向起动 转速给定指令阶跃上升到Un*,即Un*=UnN, 与正向额定转速相对应. 由于电枢的惯性使得误差电压DUn阶跃上升. 很大的DUn很快使转速调节器ASR输出饱和，即Ui*=Uim . 此后电流调节器ACR快速调节使电枢电流Id 跟随Ui*维持在最大电枢电流Idm.这个电枢电流产生一个恒定的加速转矩,使转速n恒速上升. 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 随着n的上升 电枢反电势Ea线性上升。 为了维持电枢电流恒为Idm，在ACR的调节下，控制电压Uc不断上升，调节PWM变换电源的占空比，使输出直流电压Ud 不断上升以抵消电枢电压Ea上升对Id的影响。 转速误差电压不断减小。 在t1时刻，及之后正向运行（a点） n上升到nN,Un和Un*相等,DUn＝0 。 此后，ASR快速退出饱和进入线性调节状态，其输出维持在一个与负载电流 IL相平衡的值上，转速稳定在nN上，进入恒速运行状态。 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 在t2时刻，开始正向制动（abc） 给定信号Un*从UnN阶跃下降到“-UnN”，对应于反向额定转速“-nN”。 由于电枢惯性，使得转速误差信号DUn突然下降到“-2UnN”，ASR快速反向饱和，Ui*＝-Uim。 此后在ACR的快速调节下使电枢电流Id 跟随“Ui*”维持在最大反向电枢电流“-Idm”， 转速n下降（cd） 反向电枢电流“-Idm”产生一个恒定的制动转矩，使转速n恒速下降， 直流电动机进入正向制动状态。 电枢反电势Ea 也线性下降，ACR实时调节直流电源电压Ud下降使Ud 保持比Ea 低一个恒定的差值以维持恒定的反向电枢电流“-Idm” 。 4.1.2 直流PWM可逆直流调速系统转速反向的过渡过程 反向起动（de） 此后Ud平滑地过零变负，使转速n也过零变负进入反向起