16第十六讲(PWM直流调速系统)

第十六讲PWM直流调速系统内容一、PWM直流调速系统组成原理二、可逆PWM变换器及其工作原理三、脉宽调制器及其工作原理要求一、掌握可逆PWM变换器的结构、特点及其工作原理二、掌握脉宽调制器工作原理的分析方法第四章脉宽调制式（PWM）直流调速系统采用电力晶体管等全控式电力电子器件构成的PWM直流调速系统具有线路简单、调速范围宽、动态性能好、功耗低、效率高和功率因数高等优点而得到越来越广泛的应用。闭环PWM调速的静、动态分析和已学的相控式调速系统基本相同，只需对有所不同的主电路、PWM控制电路以及一些特殊问题进行讨论。1、相控整流：通过改变晶闸管的触发角来改变其输出电压。2、脉宽调制式整流：通过改变脉冲宽度以改变全控式电力电子器件(如GTO、MOSFET、IGBT等）的通断时间来达到改变其输出电压的目的。实现可控整流的两种控制方式4.1PWM直流调速系统的组成原理PWM直流调速系统是一种在V—M系统的基础上以脉宽调制式可调直流电源取代晶闸管相控整流电源后构成的直流电动机转速调节系统。由于它采用全控型电力电子器件作为功率开关元件，并按脉宽调制方式实现电枢电压的调节，因此其主电路简单、性能优越，是新设计100KW以下直流调速系统的首选方案。PWM直流调速系统原理图MPWM功率变换器GD驱动器DLD延迟环节UPWACRGMASRFATG单片微机控制的PWM可逆直流调速系统中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM变换器(H形PWM变换器)。其中功率开关器件采用IGBT，在小容量系统中则可用将IGBT、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块IPM。•系统组成PWM可逆直流调速系统原理图系统组成（续）图中UR—整流器；UPEM—桥式可逆电力电子变换器，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的；GD—驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放大电路；系统组成（续）UPW—PWM波生成环节，其算法包含在单片微机软件中；TG—为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用数字测速码盘；TA—霍尔电流传感器；给定量n*，I*d和反馈量n，Id都已经是数字量。微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图•系统控制控制系统一般采用转速、电流双闭环控制，电流环为内环，转速环为外环，内环的采样周期小于外环的采样周期。无论是电流采样值还是转速采样值都有交流分量，常采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延缓动态响应，为此可采用硬件滤波与软件滤波相结合的办法。系统控制（续）当转速给定信号在-n*max~0~+n*max之间变化并达到稳态后，由微机输出的PWM信号占空比ρ在0~½~0的范围内变化，使UPEM的输出平均电压系数的变化范围为–1~0~+1实现双极式可逆控制。4.2PWM变换器（PWM主电路）及其工作原理PWM变换器：采用脉冲宽度调制的直流斩波器。双极式可逆PWM变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器可逆PWM变换器1、常用的H形结构可逆PWM变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器双极式工作制正转电动运行重载时+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器U,iUdEid+UsttonT0-UsO(1)正向电动重载运行波形U,iUdEid+UsttonT0-UsU,iU,iU,iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2,3双极式工作制正转电动运行重载时+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4VT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器双极式工作制正转电动运行轻载时U,iUdEid+UsttonT0-UsO(2)正向电动轻载运行波形U,iUdEid+UsttonT0-UsU,iU,iU,iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2,3双极式工作制正转电动运行轻载时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sonsonsond)12(UTtUTtTUTtUU,iUdEid+UsttonT0-UsO(1)正向电动运行波形U,iUdEid+UsttonT0-Us(2)反向电动运行波形U,iUdEid+UsttonT0-UsU,iU,i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。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。泵升电压的产生和消除-+aUbUcUA0R0R0R0RbRPWU脉宽调制器4.4脉宽调制器及其工作原理图中Ua可以是三角波或锯齿波，Ub=-Uamax/2,Uc为电流控制器的输出控制电压改变Uc就可改变脉宽调制器输出脉冲的宽度，从而改变电机的端电压。当ΔU=Ua+Ub+Uc0时，Upw为负的最大值；当ΔU=Ua+Ub+Uc0时，Upw为正的最大值。Uc=0时，ΔU=Ua+Ub，Upw的平均值为零；Uc0时,Upw的正脉冲宽、负脉冲窄，输出电压平均值大于零；Uc0时,Upw的负脉冲宽、正脉冲窄，输出电压平均值小于零。Uc=0Uc=0Uc0Uc0