电力拖动控制第2节.ppt

直流调速系统 第2章 单闭环控制的直流调速系统 2.1 直流调速系统用的可控电源 2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 2.3 转速反馈控制的直流调速系统 2.4 直流调速系统的数字控制 2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 2.6 转速反馈控制直流调速系统的仿真 晶闸管整流器——用可控整流器，以获得可调的直流电压。 直流脉宽调制变换器(PWM)——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2.1.1 晶闸管整流器-电动机系统 晶闸管-电动机系统的机械特性 （1）电流连续情况 （2）V-M系统完整机械特性 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。 应用线性控制理论进行直流调速系统分析或设计时，须事先求出这个环节的放大系数和传递函数。 （1）晶闸管触发和整流装置的放大系数的计算 如果不可能实测特性，可根据装置的参数估算。 例如： 设触发电路控制电压的调节范围为 Uc = 0~10V 相对应的整流电压的变化范围是 Ud = 0~220V 可取 Ks = 220/10 = 22 （2） 晶闸管触发和整流装置的传递函数 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。 晶闸管触发与整流失控时间分析 最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关，由下式确定: Ts 值的选取 传递函数的求取 上式中包含指数函数，它使系统为非最小相位系统，分析和设计麻烦。为了简化，先将该指数函数按台劳级数展开，则变成 晶闸管触发与整流装置动态结构 V-M系统的特点(与G-M系统相比较) 弱点控制强电。 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”。 机械特性方程 PWM调速系统机械特性 2 PWM控制与变换器的数学模型 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。其传递函数可以写成: 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, 3 电能回馈与泵升电压的限制 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获得恒定的直流电压，电容C同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。 泵升电压产生的原因 该系统当电机制动时会反馈能量。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。 ※PWM系统的特点 （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，动态响应快，动态抗扰能力强； ※ PWM系统的特点（续） （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 两种可控直流电源，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、调速精度要求较低的系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，在中、小容量的系统中应用日益广泛。 V-M系统是大容量中主要的直流调速系统。 1. 控制要求 （1）调速 （2）稳速 （3）加、减速 2. 调速指标 调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比用字母 D 表示. 静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 ?nN 与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s . 4. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系 设：电机额定转速nN