可逆控制和弱磁控制的直流调速系统方案PPT课件.ppt 23页

'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4章1. 4.1直流PWM可逆调速系统内容提要问题的提出桥式可逆PWM变换器直流PWM变换器的能量回馈单片微机控制PWM可逆直流调速系统2. 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。3. 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. 4.1.1直流PWM可逆调速系统可逆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。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。5. +UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图4-2桥式可逆PWM变换器H形主电路结构6. 双极式控制方式（1）正向运行：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；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；7. （2）反向运行：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；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；8. 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。9. 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。10. 调速范围调速时，的可调范围为0~1，–1<<+1。当>0.5时，为正，电机正转；当<0.5时，为负，电机反转；当=0.5时，=0，电机停止。11. 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。12. 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。13. 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。14. 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。15. 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”。16. 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。泵升电压限制17. 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。18. 4.1.4单片微机控制PWM可逆直流调速系统注意：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，必须留有死区时间。19. 图4-6单片微机控制的PWM可逆直流调速系统硬件结构图20. 谢谢大家！感谢您的观看！21. 欢迎批评指导！！22. 欢迎批评指导！！23.'