可逆控制和弱磁控制的直流调速系统方案课件.pptVIP

电力拖动自动控制系统第4章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统

4.1直流PWM可逆调速系统内容提要n问题的提出n桥式可逆PWM变换器n直流PWM变换器的能量回馈n单片微机控制PWM可逆直流调速系统

4.1.0问题的提出有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。

4.1.0问题的提出（续）改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。

4.1.1直流PWM可逆调速系统n可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图4-2所示。n这时，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM变换器。

nH形主电路结构+UsVT1VT3VT42VD34VD1UUg1-g3+ABMMVT2VD2VD4Ug213Ug4图4-2桥式可逆PWM变换器

n双极式控制方式（1）正向运行：n第1阶段，在0≤t≤t期间，U、U为正，ong1g4VT、VT导通，U、U为负，VT、VT截3g2g3142止，电流i沿回路1流通，电动机M两端电压dU=+U；ABsn第2阶段，在t≤t≤T期间，U、U为负，ong1g4VT、VT截止，VD、VD续流，并钳位使1423VT、VT保持截止，电流i沿回路2流通，电d23动机M两端电压U=–U；ABs

（2）反向运行：n第1阶段，在t≤t≤T期间，U、U为正，ong2g3VT、VT导通，U、U为负，使VT、23g1g41VT保持截止，电流–i沿回路3流通，电动4d机M两端电压U=–U；ABsn第2阶段，在0≤t≤t期间，U、U为负，ong2g3VT、VT截止，VD、VD续流，并钳2314位使VT、VT截止，电流–i沿回路4流通，14d电动机M两端电压U=+U；ABs

n输出波形注意n⑴UAB在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来；U,i+UsUd⑵id1相当于一般负载的情况，脉冲电流始终为正；id2相当于轻载情况，电流在正负间脉动，但平均值为正，等于负载电流；iEd1id2O0tontT-Us⑶电动机正反转体现在驱动电压正负脉冲宽窄上，当正图4-3双极式控制可逆PWM变换器输出电压、电流波形脉冲较宽tT/2，则正转。on

n输出平均电压双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为（4-1）如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中?=2?–1（4-2）注意：这里?的计算公式与不可逆变换器中的公式就不一样了。

n调速范围调速时，?的可调范围为0~1，–1?+1。n当?0.5时，?为正，电机正转；n当?0.5时，?为负，电机反转；n当?=0.5时，?=0，电机停止。

注意：当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。

n性能评价双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：（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，系统的调速范围可达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。

n性能评价（续）双极式控制方式的不足之处是：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。

4.1.3直流PWM变换器的能量回馈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。

n泵升电压产生的原因对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。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