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时间:2020-03-09
《电机调速应用技术及实训 教学课件 作者 葛芸萍 主编 项目一6 脉宽调制PWM课件调速控制系统.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、任务6脉宽调制(PWM)调速控制系统自从全控型电力电子器件问世以后,就出现了采用脉冲宽度调制(PWM)的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统,简称直流脉宽调速系统,即直流PWM调速系统。PWM变换器的作用是:用PWM调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速。PWM变换器电路有多种形式,主要分为不可逆与可逆两大类,下面分别阐述其工作原理。1.不可逆PWM变换器(1)简单的不可逆PWM变换器简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主
2、电路原理图如图1-6-1所示,功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件,这样的电路又称直流降压斩波器。1.6.1脉宽调制变换器图1-6-1简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统VDUs+UgCVTidM+__E(a)电路原理图M•主电路结构21图中:Us为直流电源电压,C为滤波电容器,VT为功率开关器件,VD为续流二极管,M为直流电动机,VT的栅极由脉宽可调的脉冲电压系列Ug驱动。工作状态与波形在一个开关周期内,当0≤t3、断,电枢失去电源,经VD续流。U,iUdEidUsttonT0图1-6-1b电压和电流波形O电机两端得到的平均电压为(1-6-1)式中=ton/T为PWM波形的占空比,输出电压方程改变(0≤<1)即可调节电机的转速,若令=Ud/Us为PWM电压系数,则在不可逆PWM变换器=(1-6-2)(2)有制动的不可逆PWM变换器电路在简单的不可逆电路中电流不能反向,因而没有制动能力,只能作单象限运行。需要制动时,必须为反向电流提供通路,如图1-5-3a所示的双管交替开关电路。当VT1导通时,流过正向电流+id,VT2导通4、时,流过–id。应注意,这个电路还是不可逆的,只能工作在第一、二象限,因为平均电压Ud并没有改变极性。图1-6-2a有制动电流通路的不可逆PWM变换器主电路结构M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1工作状态与波形一般电动状态在一般电动状态中,始终为正值(其正方向示于图1-5-3a中)。设ton为VT1的导通时间,则一个工作周期有两个工作阶段:在0≤t≤ton期间,Ug1为正,VT1导通,Ug2为负,VT2关断。此时,电源电压Us加到电枢两端,电流id沿图中的回路1流通。一般电动5、状态(续)在ton≤t≤T期间,Ug1和Ug2都改变极性,VT1关断,但VT2却不能立即导通,因为id沿回路2经二极管VD2续流,在VD2两端产生的压降给VT2施加反压,使它失去导通的可能。因此,实际上是由VT1和VD2交替导通,虽然电路中多了一个功率开关器件,但并没有被用上。U,iUdEidUsttonT0O输出波形:一般电动状态的电压、电流波形与简单的不可逆电路波形(图1-5-3b)完全一样。b)一般电动状态的电压、电流波形工作状态与波形(续)制动状态在制动状态中,id为负值,VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过6、程中需要降速的时候。这时,先减小控制电压,使Ug1的正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电压Ud降低。但是,由于机电惯性,转速和反电动势E还来不及变化,因而造成EUd的局面,很快使电流id反向,VD2截止,VT2开始导通。制动状态的一个周期分为两个工作阶段:在0≤t≤ton期间,VT2关断,-id沿回路4经VD1续流,向电源回馈制动,与此同时,VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在ton≤t≤T期间,Ug2变正,于是VT2导通,反向电流id沿回路3流通,产生能耗制动作用。因此,在制动状态中,VT2和VD1轮流导通,而V7、T1始终是关断的,此时的电压和电流波形示于图1-5-3c。U,iUdEidUsttonT04444333VT2VT2VT2VD1VD1VD1VD1tUgO输出波形c)制动状态的电压﹑电流波形工作状态与波形(续)轻载电动状态有一种特殊情况,即轻载电动状态,这时平均电流较小,以致在关断后经续流时,还没有到达周期T,电流已经衰减到零,此时,因而两端电压也降为零,便提前导通了,使电流方向变动,产生局部时间的制动作用。轻载电动状态,一个周期分成四个阶段:第1阶段,VD1续流,电流–id沿回路4流通;第2阶段,VT1导通,电流id沿回路8、1流通;第3阶段,VD2续流,电流id沿回路2流通;第4阶段,VT2导通,电流–id沿回路3流通。在1、4阶段,电动机流过负方向电流,电机工作在制动状态;在2、3阶段,电动机流过正方向电流,电机工作在电动状态。因此,在轻载时,电流可在正负方向之间脉动,平均电流等于负载电流,其输出波形见图1
3、断,电枢失去电源,经VD续流。U,iUdEidUsttonT0图1-6-1b电压和电流波形O电机两端得到的平均电压为(1-6-1)式中=ton/T为PWM波形的占空比,输出电压方程改变(0≤<1)即可调节电机的转速,若令=Ud/Us为PWM电压系数,则在不可逆PWM变换器=(1-6-2)(2)有制动的不可逆PWM变换器电路在简单的不可逆电路中电流不能反向,因而没有制动能力,只能作单象限运行。需要制动时,必须为反向电流提供通路,如图1-5-3a所示的双管交替开关电路。当VT1导通时,流过正向电流+id,VT2导通
4、时,流过–id。应注意,这个电路还是不可逆的,只能工作在第一、二象限,因为平均电压Ud并没有改变极性。图1-6-2a有制动电流通路的不可逆PWM变换器主电路结构M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1工作状态与波形一般电动状态在一般电动状态中,始终为正值(其正方向示于图1-5-3a中)。设ton为VT1的导通时间,则一个工作周期有两个工作阶段:在0≤t≤ton期间,Ug1为正,VT1导通,Ug2为负,VT2关断。此时,电源电压Us加到电枢两端,电流id沿图中的回路1流通。一般电动
5、状态(续)在ton≤t≤T期间,Ug1和Ug2都改变极性,VT1关断,但VT2却不能立即导通,因为id沿回路2经二极管VD2续流,在VD2两端产生的压降给VT2施加反压,使它失去导通的可能。因此,实际上是由VT1和VD2交替导通,虽然电路中多了一个功率开关器件,但并没有被用上。U,iUdEidUsttonT0O输出波形:一般电动状态的电压、电流波形与简单的不可逆电路波形(图1-5-3b)完全一样。b)一般电动状态的电压、电流波形工作状态与波形(续)制动状态在制动状态中,id为负值,VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过
6、程中需要降速的时候。这时,先减小控制电压,使Ug1的正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电压Ud降低。但是,由于机电惯性,转速和反电动势E还来不及变化,因而造成EUd的局面,很快使电流id反向,VD2截止,VT2开始导通。制动状态的一个周期分为两个工作阶段:在0≤t≤ton期间,VT2关断,-id沿回路4经VD1续流,向电源回馈制动,与此同时,VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在ton≤t≤T期间,Ug2变正,于是VT2导通,反向电流id沿回路3流通,产生能耗制动作用。因此,在制动状态中,VT2和VD1轮流导通,而V
7、T1始终是关断的,此时的电压和电流波形示于图1-5-3c。U,iUdEidUsttonT04444333VT2VT2VT2VD1VD1VD1VD1tUgO输出波形c)制动状态的电压﹑电流波形工作状态与波形(续)轻载电动状态有一种特殊情况,即轻载电动状态,这时平均电流较小,以致在关断后经续流时,还没有到达周期T,电流已经衰减到零,此时,因而两端电压也降为零,便提前导通了,使电流方向变动,产生局部时间的制动作用。轻载电动状态,一个周期分成四个阶段:第1阶段,VD1续流,电流–id沿回路4流通;第2阶段,VT1导通,电流id沿回路
8、1流通;第3阶段,VD2续流,电流id沿回路2流通;第4阶段,VT2导通,电流–id沿回路3流通。在1、4阶段,电动机流过负方向电流,电机工作在制动状态;在2、3阶段,电动机流过正方向电流,电机工作在电动状态。因此,在轻载时,电流可在正负方向之间脉动,平均电流等于负载电流,其输出波形见图1
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