直流脉宽PWM调速系统.ppt

第4章 直流脉宽调速系统 ---主要内容--- 直流斩波器或脉宽调制变换器 直流脉宽调速系统（PWM）的主要问题 PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 直流脉宽调速系统的机械特性 PWM控制与变换器的数学模型 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统 一、直流斩波器或脉宽调制变换器 二、直流脉宽调速系统的主要问题 * * 工作原理：VT表示电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时间ton，直流电源电压Us加到电动机上；当VT关断时T–ton，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。 电动机得到的平均电压为： T—功率器件的开关周期；ton—开通时间；?—占空比，?=ton/T= ton f ,其中f为开关频率。 直流斩波器-电动机系统的原理图(a)和电压波形图(b) 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。 1、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 2、直流脉宽调速系统的机械特性 3、PWM控制与变换器的数学模型 4、电能回馈与泵升电压的限制 1、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 PWM调制就是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平均电压的大小。 PWM变换器电路有多种形式，可分为不可逆与可逆两大类。 a）主电路原理图 b）电压和电流波形 不可逆PWM变换器-直流电动机系统（书p92，图4-1） 不可逆带制动的PWM变换器（书p94，图4-3） 桥式（双极式）可逆PWM变换器（书p95，4-4） 由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的，所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电流）的关系。 采用不同形式的PWM变换器，系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因此机械特性的关系比较简单。 2、直流脉宽调速系统的机械特性 电压方程： 考虑平均电压，电感上的储能、放能抵消，平均电压方程为 脉宽调速系统的 机械特性曲线 （电流连续）， n0s＝Us /Ce PWM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。根据前面的波形分析，当控制电压Uc改变时，PWM变换器输出平均电压Ud按线性规律变化，但其响应会有延迟，最大的时延是一个开关周期T。因此，PWM控制与变换器也可以看成是一个滞后环节，其传递函数可以写成： Ks — PWM装置的放大系数； Ts— PWM装置的延迟时间， Ts ≤ T0 与晶闸管装置一样， PWM装置可以近似看成是一个一阶惯性环节： 3、PWM控制与变换器的数学模型