第章可控直流电源电动机系统复习.pptVIP

运动控制系统--复习 直流电动机的调速方法 直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可表示为： 调节直流电动机的转速的方法 改变电枢回路电阻调速法 减弱磁通调速法 调节电枢电压调速法 三种调速方法之比较 改变电枢回路电阻调速只能对电动机转速作有级的调节，转速的稳定性差，调速系统效率低。 减弱磁通调速能够实现平滑调速，但只能在基速（额定转速）以上的范围内调节转速。 调节电枢电压调速所得到的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速（额定转速）以下实现平滑调速。 直流调速系统往往以调压调速为主，只有当转速要达到基速以上时才辅以弱磁调速。 1.1 相控整流器-电动机系统 （简称V-M系统） 直流调速系统的硬件结构至少包含了两个部分： 调节直流电动机电枢电压的直流电源 被调节转速的直流电动机 可控直流电源主要有两大类，第一类是相控整流器，它把交流电源直接转换成可控的直流电源。 1.1.1 相控整流器 晶闸管可控整流器的优缺点 功率放大倍数高 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。 响应速度快 晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。 调速方便 经济可靠 晶闸管可控整流器的优缺点 可逆运行有困难 由于晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。 要有保护措施 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近用电设备，造成电力公害。 需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 1.1.2 相控整流器-电动机系统的特殊问题 1．触发脉冲相位控制 在如图可控整流电路中，调节触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形，以及输出平均电压 Ud 的数值。 问题：可控硅导通、关 断的条件是什么？ 瞬时电压平衡方程 整流电压的平均值计算 表1-1 不同整流电路的整流电压值 整流与逆变状态 当 0 ? ?/2 时，Ud0 0 ，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧； 当 ?/2 ? ?max 时， Ud0 0 ，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。 为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。相控整流器的电压控制曲线如下图 逆变颠覆限制 2．电流脉动及其波形的连续与断续 输出电流是脉动电流 交流电源一周内存在的脉波数m与整流电 路的形式相关 由于电流波形的脉动，可能出现电流连 续和断续两种情况 电枢电流平均值Id由负载转矩决定 抑制电流脉动的措施 1）设置平波电抗器 2）增加整流电路的相数 3）采用多重化技术 平波电抗器的设置 按低速轻载时保证电流连续为条件来选择 平波电抗器的计算 单相桥式全控整流电路 三相半波整流电路 三相桥式整流电路 多重化整流电路 1.1.3 相控整流直流调速系统的 机械特性及数学模型 当电流连续时，V－M系统的机械特性方程式为 上述分析说明： 只要电流连续，晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。 电流断续情况 电流断续机械特性计算 当阻抗角? 值已知时，对于不同的控制角??，可用数值解法求出一族电流断续时的机械特性。 对于每一条特性，求解过程都计算到 ? = 2?/3为止，因为? 角再大时，电流便连续了。对应于 ? = 2?/3 的曲线是电流断续区与连续区的分界线。 V-M系统机械特性 2．晶闸管触发电路和整流装置的数学模型 晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。 在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节， 得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。 放大系数的计算 晶闸管触发和整流装置的输入量是ΔUc，输出量是ΔUd，晶闸管触发电路和整流装置的放大系数Ks 。 如果没有得到实测特性，也可根据装置的参数估算。 失控时间和纯滞后环节 滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。 失控时间是个随机值。 最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 Ts 值的选取 一般采用平均失控时间 。 如果按最严重情况考虑，则取 。 晶闸管触发电路与整流装置的传递函数 滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。 输入输出关系为： 传递函数的简化 按泰勒级数展开，可得 动态结构框图 1.2 直流PWM变换器-电动机系统 1.2.1 直流PWM变换器 直流脉宽变换器，或称直流PWM (Pu