第4章_直流脉宽调速控制系统.ppt

Spring 2011 华南理工大学 * 附：PWM变换器的数学模型 上图绘出了PWM控制器和变换器的框图，其驱动电压都由 PWM 控制器发出，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。 按照PWM变换器工作原理，当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应会有延迟，最大的时延是一个开关周期 T 。 Uc Ug Ud PWM 控制器 PWM 变换器 Spring 2011 华南理工大学 * 因此，PWM控制与变换器（简称PWM装置）也可以看成是一个滞后环节，其传递函数可以写成： 式中 Ks — PWM装置的放大系数； Ts — PWM装置的延迟时间， Ts ≤ T Spring 2011 华南理工大学 * 当开关频率为10kHz时，T = 0.1ms ，在一般的电力拖动自动控制系统中，时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节，因此, 上式与晶闸管装置传递函数完全一致 * * * Spring 2011 华南理工大学 * 三角波发生器原理图 4.3.1三角波发生器 Spring 2011 华南理工大学 * 三角波发生器输出电压波形 振荡频率： Spring 2011 华南理工大学 * 4.3.2 脉宽调制器 图4-13为脉宽调制器的原理图，它是一个电压—脉宽变换电路，由图4-10中ACR输出的控制电压 进行控制，其输出电压的脉冲宽度与 成正比。运算放大器 工作在开环状态，它能输出正或负的饱和电压。它的输入端有三个信号，除Uc外，还有调制信号 （可是锯齿波或三角波）和偏移电压 。 Spring 2011 华南理工大学 * Spring 2011 华南理工大学 * 控制电压 的极性与幅值随时可变，与 相减，从而在运算放大器 的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压UPW。 由于不同控制方式的PWM变换器对调制脉冲电压UPW的要求是不一样的。如双极式可逆变换器，要求当输出平均电压 时，调制脉冲电压UPW的正负脉冲宽度相等，这时希望控制电压 也恰好是零。 偏移电压 就是为满足不同的调制要求而设置的，其值为 （4-25） 式中 为锯齿波的最大幅值，这时的UPW波形如图 4-14（a）所示。 Spring 2011 华南理工大学 * 当 ＞0时， 的作用与 相减， 的三个输入信号综合后，输入电压的正脉冲宽度增大，经放大器倒相后，输出电压UPW的正半波变窄，如图4-14（b）所示。 当 ＜0时， 和 的作用相加，则情况相反，输出的UPW的正半波增宽，如图4-14（c）所示。 Spring 2011 华南理工大学 * 由上面分析可知，改变控制信号 的极性，可改变双极式PWM变换器输出平均电压的极性，因而改变电动机的转向；改变 的幅值，则可调节UPW的宽度，从而调节电动机转速。只要锯齿波的线性度足够好的，UPW的宽度和 的大小成正比，此时，变换器输出平均电压 的大小也与 的大小成正比。 锯齿波的频率应根据变换器之开关功率管所需的开关调制频率来选择。若主开关管用GTR，则调制频率可选1～4KHz；若主开关管用IGBT，则调制频率可选10～20KHz。 Spring 2011 华南理工大学 * Spring 2011 华南理工大学 * 脉宽调制器及逻辑延时电路 Spring 2011 华南理工大学 * 基极驱动器 电力晶体管的驱动电路 Spring 2011 华南理工大学 * 双环直流脉宽调速系统 Spring 2011 华南理工大学 * 4.3.3 集成脉宽调制器 除前面介绍的模拟脉宽调制器外，也可用数字方法来产生脉宽调制信号。现在有许多专用集成脉宽调制器，美国Silicon General公司生产的SG1731型PWM集成电路是其中的一种。 Spring 2011 华南理工大学 * SG1731型PWM集成电路是专门为直流电动机的控制系统而设计的单片IC。它可以实现两个象限的脉宽调制。图4-15所示为SG1731单片PWM集成电路的功能结构图和管脚排列图。它包含一个三角振荡器，一个用于误差电压放大的宽频带运算放大器，一个用于平行移动三角波电平的加/减网络、外部可编程的PWM比较器和具有续流二极管的且可提供±100mA、±32V的推换电路全桥输出的驱动器。一个与TTL电平兼容的封锁端子呈低电平时输出驱动器变为高阻状态。该电路可以使用双电源（正、负电源），也可以使用单电源。 Spring 2011 华南理工大学 * Spring 2011 华南理工大学