可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、 可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 第第 4 章章4.1 直流直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)可逆調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要n問題的提出n橋式可逆PWM變換器n直流PWM變換器的能量回饋n單片微機(jī)控制PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)4.1.0 問題的提出問題的提出 有許多生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地起動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說，需要可逆可逆的調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)。4.1.0 問題的提出（續(xù)）問題的提出（續(xù)） 改變電樞電壓的極性，或者改變勵磁磁通的方向，都能夠改變直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，這本來是很簡單的事。 然而當(dāng)電機(jī)采用電力電子裝置供電時，由于電力電子器件的單向?qū)щ?/p>

2、性電力電子器件的單向?qū)щ娦?，問題就變得復(fù)雜起來了，需要專用的可逆電力電子裝置和自動控制系統(tǒng)。4.1.1 直流直流PWM可可逆調(diào)速系統(tǒng)逆調(diào)速系統(tǒng)n 可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖4-2所示。n 這時，電動機(jī)M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4圖4-2 橋式可逆PWM變換器n H形主電路結(jié)構(gòu)n 雙極

3、式控制方式（1）正向運(yùn)行：n第1階段，在 0 t ton 期間， Ug1 、 Ug4為正， VT1 、 VT4導(dǎo)通， Ug2 、 Ug3為負(fù)，VT2 、 VT3截止，電流 id 沿回路1流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = +Us ；n第2階段，在ton t T期間， Ug1 、 Ug4為負(fù)， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3續(xù)流， 并鉗位使VT2 、 VT3保持截止，電流 id 沿回路2流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = Us ；（2）反向運(yùn)行：n第1階段，在ton t T 期間， Ug2 、 Ug3 為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4為負(fù)，使VT1 、 VT4保持截

4、止，電流 id 沿回路3流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = Us ；n第2階段，在 0 t ton 期間， Ug2 、 Ug3為負(fù)，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4截止，電流 id 沿回路4流通，電動機(jī)M兩端電壓UAB = +Us ；n 輸出波形U, iUdEid1+UsttonT0-UsOid2圖4-3 雙極式控制可逆PWM變換器輸出電壓、電流波形n 注意UAB在一個周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來；id1相當(dāng)于一般負(fù)載的情況，脈沖電流始終為正；id2相當(dāng)于輕載情況，電流在正負(fù)間脈動，但平均值為正，等于負(fù)載電流；電動機(jī)正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)

5、在驅(qū)動電壓正負(fù)脈沖寬窄上，當(dāng)正脈沖較寬tonT/2，則正轉(zhuǎn)。n 輸出平均電壓 雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為（4-1） 如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中 = 2 1 （4-2）注意：這里 的計(jì)算公式與不可逆變換器中的公式就不一樣了。sonsonsond) 12(UTtUTtTUTtUn 調(diào)速范圍 調(diào)速時， 的可調(diào)范圍為01， 1 0.5時， 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；n當(dāng) 0.5時， 為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；n當(dāng) = 0.5時， = 0 ，電機(jī)停止。注注 意：意： 當(dāng)電機(jī)停止時電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變

6、電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電機(jī)停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。n 性能評價 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）電流一定連續(xù)；（2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；（3）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右；（5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 n 性能評價（續(xù)） 雙極式控制方式的不足之處是： 在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋

7、臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。4.1.3 直流直流PWM變換器的能量回饋?zhàn)儞Q器的能量回饋 PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時對感性負(fù)載的無功功率起儲能緩沖作用。 n 泵升電壓產(chǎn)生的原因 對于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電機(jī)制動時吸收運(yùn)行系統(tǒng)動能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電機(jī)制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓泵升電壓”。 電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達(dá)到數(shù)千微法。 在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓，這時，可以采用鎮(zhèn)流電阻鎮(zhèn)流電阻 Rb 來消耗掉部分動能。分流電路靠開關(guān)器件 VTb 在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時接通。 n 泵升電壓限制n 泵升電壓限制（續(xù)） 對于更大容量的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，把多余的能量逆變后回饋電網(wǎng)。當(dāng)然，這樣一來，系統(tǒng)就更復(fù)雜了。4.1.4 單片微機(jī)控制單片微機(jī)控制PWM可逆直流調(diào)