青岛科技大学 运动控制系统 第2章 转速反馈控制的直流调速系统课件.ppt

第1篇 直流调速系统 第2章 转速反馈控制的直流调速系统 第2章 转速反馈控制的直流调速系统 2.1 直流调速系统用的可控直流电源 2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 2.3 转速反馈控制直流调速系统 2.4 直流调速系统的数字控制 2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真 小结及要求 引言: 直流电动机的调速方法 n——转速，r/min; U——电枢电压，V； I——电枢电流，A； R——电枢回路总电阻，Ω； Φ——励磁磁通，Wb Ke ——由电机结构决定的电势常数 调节电枢电压——平滑无级，调速范围宽。 减弱磁通——平滑无级，基速以上，范围窄 改变电枢回路总电阻——一般为有级。 2.1 直流调速系统用的可控直流电源 直流调速系统常用的可控直流电源 旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组，以 获得可调的直流电压。 静止可控整流器——用静止的可控整流器，例如晶闸管可控整流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。 旋转变流机组 2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统（V-M系统） 特点——移相触发控制:通过调节GT的控制电压来移动出发脉冲的相位从而改变Ud,进行调速。 1. 触发脉冲相位控制 (1) V-M主电路及电压平衡方程 等效电路 L—主电路总电感; R—主电路的等效电阻。 R=Rrec+Ra+RL 电压平衡方程 (2) V-M系统的控制特点 2. 电流脉动及其波形的连续与断续 (3) 抑制电流脉动的措施 脉动电流→ 脉动转矩→对生产机械不利； 谐波电流→对电网不利，电机发热。 3.V-M系统的机械特性 (1) 电流连续时 (2) 电流断续时 特点：1)机械特性变软,且呈非线性; 2)理想空载转速升高 如何处理非线性段？ 4. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 （1） 放大系数 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统 （直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统） 2. 改变输出平均电压的调制方法 1) 脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)—PWM T不变, 改变ton →改变ρ → 改变Ud 2) 脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation)— PFM ton不变, 改变 T (或f) → 改变ρ → 改变Ud 3) 两点式控制 当负载电流或电压低于某一最小值时，使VT触发导通；当电流或电压达到某一最大值时，使VT关断。导通和关断的时间都是不确定的。 3. PWM调速系统的优点 （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。 直流脉宽调速系统的主要问题 直流脉宽调速系统的主要问题 1. PWM 变换器的工作状态和波形 (1) 不可逆PWM变换器 (2) 桥式可逆PWM变换器 c) 双极式PWM变换器的特点 优点: 不足： （1）在工作过程中，4个开关器件都处于开关状态，开关损耗大； （2）易发生上、下两管直通事故，降低了装置的可靠性。 (1) 回路电压平衡方程 桥式可逆PWM直流调速系统主电路 小 结 三种可控直流电源，V-M系统在上世纪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。 2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 2.2.1 转速控制的要求和稳态调速性能指标 （1）调速 — 在一定的最高转速和最低转速的范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速。 （2）稳速 — 以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种可能的干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量。 （3）加、减速 — 频繁起、制动的设备要求尽量快地加、减速以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械，则要求起、制动尽量平稳