5-2 计算机控制机电系统设计.ppt

2.交流伺服电动机的运行特性 （l）机械特性 在一定负载转矩下，控制电压越大，则转速也越高；在一定控制电压下，负载转矩加大，转速下降；特性曲线的斜率随控制电压的大小不同而变化，表现为机械特性较软，如图4.34所示。 （2）调节特性 幅值控制的调节特性也不是直线，只当n较低时近似为直线；负载转矩大时，初始起动电压也高，如图所示。 UB为常数时……………曲线……交流伺服电动机调节特性 3.变频调速的基本原理及特性 (1)异步电机的变频调速原理 异步电动机的转速方程为 式中， 为电动机转速； 为定子转速磁场的同步转速； 为定子供电频率； 为转差率。 由上式可见，改变异步电动机的供电频率 ，可以改变其同步转速 ，实现调速运行，也称为变频调速。 (2)异步电机的变频特性 异步电动机定子每相电动势有效值E1为： 式中， 为每极气隙磁通； 为定子相绕组有效匝数。 由上式可见，只要控制好 和 ，可达到控制磁通 的目的。要保持 不变，当电源频率 从工频额定频率 向低调节时，必须同时降低电动势 ，使 上式称为恒定电动势频率比。采用这种调速控制方式一般称为恒定电动势频率比的控制方式。 ＝常值 然而，绕组中的感应电动势难以直接控制，但当电动势值较高时定子绕组的漏磁压降可忽略不计，并认为定子相电压 则恒电动势频率比可近似为 上式称为恒压频比。 ≈常值) 异步电动机的变频调速控制特性： ◆在工频以下按恒压频比控制方式，维持励磁磁通 不变，属于恒转矩调速性质； ◆在工频以上是维持 ＝ （额定电压），增加频率，减小磁通的恒功率调速性质的控制方式。 其综合控制特性如图4.64所示。 变频调速控制特性曲线 (1)变频器的基本工作原理 （4）变频器类型 1）变频器电路 4.正弦波脉宽调制（SPWM）变频器 由二极管整流器－逆变器构成的交-直-交变压变频电路如图所示。 2）变频器组成 ●二极管整流器：将交流电变换成直流电； ●逆变器：将直流电变换成交流电，包括控制电路和主电路。 3）变频器工作原理 先将380V/220V、50Hz的三相交流电经三相二极管桥式整流器变换成直流电，此直流电再经过由电力晶体管构成的三相逆变器，通过正弦脉宽调制（SPWM）控制，变换成电压和频率都可调的三相交流电，去控制三相异步电动机。 4）变频器类型 电流源型：直流回路中串接一个大电感器作为储能环节，电感对电流变化具有平抑作用，直流电部分近似为电流源； 电压源型：直流回路上并联一个大容量的电容器作为储能环节，电容具有稳压作用，直流电部分近似为电压源。 ( 2)逆变器控制电路 图4.66 SPWM变频器原理框图 a）主电路 b）控制电路框图 图4.67单极式脉宽调制波形图 图4.68 双极式SPWM逆变器三相输出波形图 ●电路原理 ●SPWM的波形分析 ●单、双极两种控制方式 ◇逆变器输出波形：逆变器功率开关管的控制信号作用使逆变器输出波形与控制信号波形相同，其几何意义如图所示。 ◇SPWM逆变器三相输出波形原理： 如 ＞ 时VTl导通， ＝ ； ＜ 时VT4导通， ＝ 。同理 波形是由VT3和VT6交替导通得到， 的波形是由VT5和VT2交替导通得到。图中同时画出逆变器输出的线电压波形 ＝ ，是由 － 得到，脉冲幅值为 ＋ 和 － 。 ◆参考信号发生器产生对称的三相正弦参考电压信号 ； ◆三角波发生器产生三角波载波信号电压ut ； ◆参考电压信号 与三角波电压信号进行比较（调制）得出控制逆变器功率开关管的控制信号。 ◇调制波形（控制信号）的产生： 1）当urU＞ut时，输出电压波形为高电平 ； 2）当urU＜ut时，输出电压波形为低电平 。 单、双极性控制方式原理及波形见上图。 180°导电型逆变器导通与关断波形图 120°导电型逆变器导通与关断波形图 (3)电压源逆变器 图4.69电压源逆变器-异步电动机电路原理图 1) 180°导电型逆变器 即在