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电力拖动控制系统 李艳 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 §8—1脉宽调制变换器 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 V—M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 工作原理 二、可逆ＰＷＭ变换器 Ｈ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、单极式和受限单极 式三种。 （一）双极式可逆ＰＷＭ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。 Ud0 电枢两端电压为正,电动机正转 在Ρ=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ＰＷＭ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ＰＷＭ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制信号。 （三）、受限式单极单极式可逆ＰＷＭ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。 §8—2 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，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。 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。 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。 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标。 按输