第4.1章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统方案课件.ppt

可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 电力拖动自动控制系统第第 4 章章4.1 直流直流PWM可逆调速系统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，需要可可逆逆的调速系统的调速系统4.1.0 问题的提出（续）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 直流直流PWM可可逆调速系统逆调速系统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。

+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图4-2 桥式可逆PWM变换器n H形主电路结构n 双极式控制方式（1）正向运行：n第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4为正， VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压UAB = +Us ；n第2阶段，在ton ≤ t ≤ T期间， Ug1 、 Ug4为负， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3续流， 并钳位使VT2 、 VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电动机M两端电压UAB = –Us ；（2）反向运行：n第1阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流通，电动机M两端电压UAB = – Us ；n第2阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4流通，电动机M两端电压UAB = +Us ；n 输出波形U, iUdEid1+UsttonT0-UsOid2图4-3 双极式控制可逆PWM变换器输出电压、电流波形n 注意⑴UAB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；⑵id1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；⑶电动机正反转体现在驱动电压正负脉冲宽窄上，当正脉冲较宽ton>T/2，则正转。

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< <+1n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注注 意：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 直流直流PWM变换器的能量回馈变换器的能量回馈 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容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压泵升电压”  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，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法 在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压，这时，可以采用镇流电阻镇流电阻 Rb 来消耗掉部分动能。

分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通 n 泵升电压限制n 泵升电压限制（续） 对于更大容量的系统，为了提高效率，可以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当然，这样一来，系统就更复杂了4.1.4 单片微机控制单片微机控制PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统注意注意：控制过程中，为了避免同一桥臂上、下两个电力电子器件同时导通而引起直流电源短路，在由VT1、VT4切换到VT2、VT3导通或反向切换时，必须留有死区死区时间图4-6 单片微机控制的PWM可逆直流调速系统硬件结构图 谢谢大家！感谢您的观看！2019ppt资料22 欢迎批评指导！！2019ppt资料23 欢迎批评指导！！。