转速反馈控制的直流调速系统分析.ppt

直流电动机的稳态转速 式中 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动势常数。 电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 内 容 提 要 直流调速系统用的可控直流电源 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 转速反馈控制的直流调速系统 直流调速系统的数字控制 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 转速反馈控制直流调速系统的仿真 2.1 直流调速系统用的可控直流电源 晶闸管整流器-电动机系统 直流PWM变换器-电动机系统 2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统 在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系： （2-1） 式中， Ud——平均整流电压， Uc ——控制电压， Ks——晶闸管整流器放大系数。 1．触发脉冲相位控制 调节控制电压Uc， 移动触发装置GT输出脉冲的相位， 改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。 对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时， 可用下式表示 2．电流脉动及其波形的连续与断续 在整流变压器二次侧额定相电压u2的瞬时值大于反电动势E时，晶闸管才可能被触发导通。 导通后如果u2降低到E以下，靠电感作用可以维持电流id继续流通。 由于电压波形的脉动，造成了电流波形的脉动。 抑制电流脉动的措施 （1）增加整流电路相数，或采用多重化技术； （2）设置电感量足够大的平波电抗器。 3．晶闸管整流器-电动机系统的机械特性 当电流波形连续时，V-M系统的机械特性方程式为 （2-7） 式中，Ce——电动机在额定磁通下的电动势 系数 当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方程要复杂得多。 电流断续区与电流连续区的分界线是 的曲线，当 时，电流便开始连续了。 ——一个电流脉波的导通角。 4．晶闸管触发和整流装置的放大系数  和传递函数 晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。 在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节， 得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。 放大系数的计算 失控时间和纯滞后环节 滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。 失控时间是个随机值。 最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 晶闸管触发电路与整流装置的传递函数 滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。 输入输出关系为： 传递函数的近似处理 按泰勒级数展开，可得 5. 晶闸管整流器运行中存在的问题 （1）晶闸管是单向导电的。 （2）晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感。 （3）晶闸管的导通角变小时会使得系统的功率因数也随之减少，称之为“电力公害”。 2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统 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的高频开关控制方式, 形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。 与V-M系统相比，PWM调速系统在很多方面有较大的优越性。 直流PWM调速系统的应用日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。 1．PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 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。 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。 直流电动机电枢两端的平均电压为 （2-17） 改变占空比 ，即可实现直流电动机的调压调速。 令 为PWM电压系数，则在不可逆PW