电力拖动与运动控制系统（ 第二版） 教学课件 作者 罗飞郗晓田文小玲许玉格 编著 第四章.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第四章 直流脉宽调速控制系统 内容提要 直流脉宽调速系统应用十分普遍，具有较大的优越性：主电路线路简单，所需功率器件少；低速性好，调速范围宽；开关频率高，快速响应性好；功率损耗小，装置效率较高；波形系数好，对电网功率因数高。 直流脉宽调速系统与V-M系统的主要区别在于主电路和脉冲宽度调制（PWM）电路。至于闭环控制系统以及静、动态分析和设计基本上一样，本章不重述。 内容提要 PWM变换器的工作原理 ； PWM调速系统的开环机械特性 ； 脉宽调速系统的构成 ； PWM功率变换器的设计 。 4.1 PWM变换器的工作原理 PWM变换器有不可逆和可逆两类。 可逆变换器的控制方式有双极式、单极式和受限单极式等多种电路 。 4.1 内容提要 不可逆PWM变换器 可逆PWM变换器 电枢电流脉动量 4.1.1不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器的主电路原理图及工作波形如图4-1所示。主电路由绝缘栅晶体管（IGBT）VT和二极管VD组成，电源 由不可控整流器供电。变换器的负载为直流电动机的电枢，它可看成电阻-电感-反电动势负载，如图4-2所示。二极管VD在功率管VT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流回路。 式中R和L为电枢电路的电阻和电感，E为电动机反电动势。图4-1（b）给出了稳态时电枢的脉冲电压 ，电枢平均电压 和电枢电流 的波形，稳态电流 是脉动的。 由于开关频率较高，电流脉动的幅值不会很大，而影响到转速n和反动势E的波动就更小，所以可视n和E为恒值。 图4-1（a）所示的简单不可逆电路中，电流 不能反向流动，因此不能产生制动作用，电动机只能作单象限运行。需要制动时，必须具有反向电流－ 的通路，因此必须设置控制反向电流的第二个通路，如图4-3（a）所示， 和 交替开关，使电动机能在第一、二两个象限中运行。 和 的驱动电压大小相等，相位相反，即 。当电动机在电动状态下运行时，平均电流应为正值，一个周期内分两段变化。在0≤t＜ 期间， 为正， 饱和导通； 为负， 截止，此期间，电源电压 加到电枢两端，电流 经 沿回路1流通。在 ≤t＜ 期间， 和 都改变极性， 截止，但由于电流 经 沿回路2续流， 两端的压降给 施加反向电压，使它不可能导通。因此，实际上是 、 交替导通，而 始终不通。其电压和电流波形如图4-3（b）所示，此期间 还没有被用上，所以电压、电流波形都和图4-1情况完全一样。 如果在电动机运行中要降低转速，则先要减小控制电压，使 正脉变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压 降低，但由于惯性的作用，转速n和反电动势E还来不及立即变化，造成E＞ 的局面。这时希望VT2能在电动机制动中发挥作用。现在先分析 ≤t＜ 这一阶段，由于 变正， 导通，E- 产生的反向电流 沿回路3经 流通，产生能耗制动，直到t= 时为止。在 ≤t＜ 期间， 截止， 沿回路4通过 续流，对电源回馈制动，同时在 上的压降使 受反偏压，而不能通。在整个制动过程中， 、 交替导通，而 始终截止，电压和电流波形示于图4-3（c）。反向电流 的制动作用电动机转速下降，直到新的稳态。最后应指出，当直流电源采用二极管构成的整流装置，在回馈制动阶段电能不能通过它送回电网时，只能向滤波电容器C充电，造成瞬间电压升高，称作“泵升电压”。如果回馈能量过大，泵升电压过高，将危及功率开关器件及整流二极管，须采取措施加以限制。 有一种特殊情况，在轻载电动状态中，由于负载电流较小，以致当 关断后id的续流时间短，很快衰减到零，如图4-3（d）中 ～ 期间的 时刻，此时 两端电压也降为零而截止，使 得以导通，反电动势E产生沿回路3流过的反向电流 ，产生短时的能耗制动作用。到了t= 时，VT2关断， 又开始沿回路4经 续流，直到t= 时 衰减到零， 才开始导通。这种状态下，一个开关周期内 、 、 、 四个管子轮流导通，电流波形图示于图4-3（d）。 4.1.2 可逆PWM变换器 可逆PWM变换器主电路的结构型式有H型、T型等类型。这里主要讨论常用的H型电路。它是由四个IGBT功率管和四个续流二极管组成的桥式电路，如图4-4所示，H型变换器在控制方式上分双极式、单极式和受限单极式几种工作制，下面分析它们的工作过程。 4.1.2 内容提要 双极式