第1章 闭环控制及直流调速系统3月8日.ppt

* 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，可以采用下图中的镇流电阻 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。 对于带制动电流通路的不可逆电路，电压平衡方程式分两个阶段 式中 R、L —电枢电路的电阻和电感。 带制动的不可逆电路电压方程 （0 ≤ t ton） （1-21） （ton ≤ t T） （1-22） 对于双极式控制的可逆电路，只在第二个方程中电源电压由 0 改为 –Us ，其他均不变。于是，电压方程为 ( 0 ≤ t ton ) (1-23) 双极式可逆电路电压方程 (ton ≤ t T ) (1-24) 机械特性方程 按电压方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式。无论是上述哪一种情况，电枢两端在一个周期内的平均电压都是 Ud = ? Us，只是 ? 与占空比 ? 的关系不同，分别为式（1-18）和式（1-20）。 平均电流和转矩分别用 Id 和 Te 表示，平均转速 n = E/Ce，而电枢电感压降的平均值 Ldid / dt 在稳态时应为零。 于是，无论是上述哪一组电压方程，其平均值方程都可写成 (1-25) (1-26) 或用转矩表示， (1-27) 式中 Cm = Km?N —电机在额定磁通下的转矩系数； n0 = ? Us / Ce —理想空载转速，与电压系数成正比。 机械特性方程 n –Id , –Teav O n0s 0.75n0s 0.5n0s 0.25n0s Id , Teav ? = 1 ? = 0.75 ? = 0.5 ? = 0.25 PWM调速系统机械特性 图1-20 脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0s＝Us /Ce 说 明 图中所示的机械曲线是电流连续时脉宽调速系统的稳态性能。 图中仅绘出了第一、二象限的机械特性，它适用于带制动作用的不可逆电路，双极式控制可逆电路的机械特性与此相仿，只是更扩展到第三、四象限了。 对于电机在同一方向旋转时电流不能反向的电路，轻载时会出现电流断续现象，把平均电压抬高，在理想空载时，Id = 0 ，理想空载转速会翘到 n0s＝Us / Ce 。 目前，在中、小容量的脉宽调速系统中，由于IGBT已经得到普遍的应用，其开关频率一般在10kHz左右，这时，最大电流脉动量在额定电流的5%以下，转速脉动量不到额定空载转速的万分之一，可以忽略不计。 1.3.3 PWM控制与变换器的数学模型 图1-21绘出了PWM控制器和变换器的框图，其驱动电压都由 PWM 控制器发出，PWM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。 按照上述对PWM变换器工作原理和波形的分析，不难看出，当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应会有延迟，最大的时延是一个开关周期 T 。 Uc Ug Ud PWM 控制器 PWM 变换器 图1-21 PWM控制与变换器框图 因此PWM控制与变换器（简称PWM装置）也可以看成是一个滞后环节，其传递函数可以写成 （1-28） 其中 Ks — PWM装置的放大系数； Ts — PWM装置的延迟时间， Ts ≤ T0 。 当开关频率为10kHz时，T = 0.1ms ，在一般的电力拖动自动控制系统中，时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节，因此, （1-29） 与晶闸管装置传递函数完全一致。 C C + 1.3.4 电能回馈与泵升电压的限制 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。 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”。 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