电机与电力拖动控制系统张红莲3直流单闭环调速系统.ppt

第3章 直流电动机调速控制系统 主要内容 1、相控整流电源 V-M系统工作原理 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），图中VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud ，从而实现平滑调速。 V-M系统的特点 与G-M系统相比较： 晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10 4 以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。 在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。 V-M系统的问题 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。 （2） 斩波器的基本控制原理 PWM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； （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。 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。 (1)等效电路分析 （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 脉动电流的影响 ①会产生脉动的转矩，对生产机械不利， ②谐波分量大，对电网不利，同时增加电机的发热。 抑制电流脉动的措施： 设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术。 （4） 晶闸管-电动机系统的机械特性 V-M系统机械特性 放大系数的计算 （1）晶闸管触发与整流失控时间分析 （3）Ts 值的选取 （4）传递函数的求取 （6）晶闸管触发与整流装置动态结构 PWM变换器的作用是：用PWM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系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理。 输出平均电压 (? = 2? – 1) 性能评价 双极式控制的桥式可逆PWM变换器优点： （1）电流一定连续； （2）可使电机在四象限运行； （3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区； （4）低速平稳性好，系统调速范围可达1:20000左右； （5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 双极式控制方式的不足： 在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。 （2） 直流脉宽调速系统的机械特性 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。 PWM调速系统机械特性 脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0s＝Us /Ce （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 电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，几千瓦的调速系统所需电容量达数千微法。 限制方法: ①开关器件VTb在泵升电压达到允许数值时接通，分流电阻Rb 来消耗掉部分动能。 ②在二极管整流器输出端并接逆变器，把多余的能量逆变后回馈电网。 PWM系统的优越性 主电路线路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 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； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 直流电动机的传递函数 他励直流电动机等效电路 1. 控制要