电力拖动自动控制系统第1课资料.ppt

* V-M系统的优点 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10 4 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。 * V-M系统的缺陷 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难（无法制动）。 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。 * 3 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。 怎么办？-斩波思想 三 直流调速电源 * 3.1 直流斩波器 （1）直流斩波器的基本结构 图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形 * （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，电枢端电压波形如图1-5b ，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”。 * 这样，电动机得到的平均电压为 （3）输出电压计算 (1-2) 式中 T — 晶闸管的开关周期； ton — 开通时间； ? — 占空比， ? = ton / T = ton f ； 其中 f 为开关频率。 * （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）； * （4）斩波电路三种控制方式（续1） 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： ton不变，变 T —脉冲频率调制（PFM） ； * （4）斩波电路三种控制方式（续2） 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： ton和 T 都可调，改变占空比—混合型 * （4）斩波电路三种控制方式（续3） 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。 * 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）。 3.2 PWM变换器 （1）PWM变换器分类 脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，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序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。 PWM变换器电路有多种形式，总体上可分为不可逆与可逆两大类。 （2）不可逆PWM变换器-直流电动机系统 VT的门极由脉冲电压Ug控制 ？ 工作原理： 在一个开关周期T内， 当 时，Ug为正，VT饱和导通，电源电压Us通过VT加到直流电动机电枢两端。 当 时， Ug为负， VT关断，电枢电路中的电流通过续流二极管VD续流，直流电动机电枢电压近似等于零。 不可逆PWM变换器系统对应的电压、电流波形 （3）不可逆PWM变换器存在的问题 不可逆PWM变换器-直流电动机系统不允许电流反向， 续流二极管VD的作用只是为id提供一个续流的通道。 如果要实现电动机的制动，必须为其提供反向电流通道 。 ？？？？？ 有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 电路原理图 增设一对VT与VD构成反向电枢电流： 一般电动状态 在一般电动状态中，id始终为正值（其正方向示于图2-11(a)中）。 在0≤tton期间，VT1导通，VT2关断。电流id沿图中的回路1流通。 在ton≤tT期间，VT1关断，id沿回路2经二极管VD2续流。