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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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