运动控制系统5要点.ppt

V－M调速系统的固有缺点： 1 存在电流谐波分量，因而在深调速时转矩脉动大，限制了调速范围； 深调速时功率因数低，限制了调速范围； 要克服上述困难，需要加大平波电抗器，但电感增大又限制了系统的快速性。 直流斩波器或脉宽调制变换器 在干线铁道电力机车、工矿电力机车、城市有轨和无轨电车和地铁电机车等电力牵引设备上，常采用直流串励或复励电动机，由恒压直流电网供电，过去用切换电枢回路电阻来控制电机的起动、制动和调速，在电阻中耗电很大。 1. 直流斩波器的基本结构 2. 斩波器的基本控制原理 在原理图中，VT 表示电力电子开关器件，VD 表示续流二极管。当VT 导通时，直流电源电压 Us 加到电动机上；当VT 关断时，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。如此反复，电枢端电压波形如上图，好像是电源电压Us在ton 时间内被接上，又在 T – ton 时间内被斩断，故称“斩波”。 3. 输出电压计算 为了节能并实行无触点控制，现在多用电力电子开关器件，如快速晶闸管、GTO、IGBT等。 采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，脉宽调制变换器（PWM-Pulse Width Modulation）。 4. 斩波电路三种控制方式 根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式： T 不变，变 ton —脉冲宽度调制（PWM）； ton不变，变 T —脉冲频率调制（PFM）； ton和 T 都可调，改变占空比—混合型。 PWM系统的优点 （1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少， 电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽， 可达1:10000左右。 （4）若与快速响应的电机配合，则系统频带 宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 PWM系统的优点（续） （5）功率开关器件工作在开关状态，导通 损耗小，当开关频率适当时，开关损 耗也不大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率 因数比相控整流器高。 小 结 三种可控直流电源，V-M系统在20世纪60~70年代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。 直流脉宽调速系统 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（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。 本章提要 PWM变换器的工作状态和波形 直流PWM调速系统的机械特性 PWM控制与变换器的数学模型 控制电路 4.1 PWM变换器的工作状态和电压、 电流波形 PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，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系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理。 1. 不可逆PWM变换器 （1）简单的不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图如图1-16所示，功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路又称直流降压斩波器。 ? 主电路结构 图中： Us—直流电源电压 C —滤波电容器 M —直流电动机 VD —续流二极管 VT —功率开关器件 VT 的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列Ug驱动。 工作状态与波形 在一个开关周期内， 当0 ≤ t ton时，Ug为正，VT导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端； 当ton ≤ t T 时， Ug为负，VT关断，电枢失去电源，经VD续流。 电机两端得到的平均电压为 (1-17) 式中 ? = ton / T 为 PWM 波形的占空比， （2）有制动的不可逆PWM变换器电路 在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如下图所示的双管交替开关电路。当VT1 导通时，流过正向电流 + id ，VT2 导通时，流过 – id 。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一