工學(xué)]8直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要問題(編輯修改稿)
2025-02-14 18:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 情況，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓都是 Ud = ? Us，只是 ? 與占空比 ? 的關(guān)系不同，分別為式（ 3）和式（ 4）。 平均電流和轉(zhuǎn)矩分別用 Id 和 Te 表示，平均轉(zhuǎn)速 n = E/Ce，而電樞電感壓降的平均值 Ldid / dt 在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。 于是，無論是上述哪一組電壓方程，其平均值方程都可寫成 (10) nCRIERIU edds ????? (11) 或用轉(zhuǎn)矩表示 (12) 式中 Cm —電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， Cm = Km?N ； n0—理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比， n0 = ? Us / Ce 。 de0dees ICRnICRCUn ???? ?? 機(jī)械特性方程 eme0emees TCCRnTCCRCUn ???? ?n –Id , –Te O n0s s Id , Te ? =1 ? = ? = ? = ? PWM調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性 圖 4 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線 （電流連續(xù)）， n0s＝ Us /Ce ? 說 明 –圖中所示的機(jī)械曲線是電流連續(xù)時(shí)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 –圖中僅繪出了第一、二象限的機(jī)械特性，它適用于帶制動(dòng)作用的不可逆電路，雙極式控制可逆電路的機(jī)械特性與此相仿，只是更擴(kuò)展到第三、四象限了。 –對(duì)于電機(jī)在同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)電流不能反向的電路，輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，把平均電壓抬高，在理想空載時(shí)， Id = 0 ，理想空載轉(zhuǎn)速會(huì)翹到 n0s＝ Us / Ce 。 目前，在中、小容量的脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，由于 IGBT已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，其開關(guān)頻率一般在 10kHz左右，這時(shí)，最大電流脈動(dòng)量在額定電流的 5%以下，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量不到額定空載轉(zhuǎn)速的萬分之一，可以忽略不計(jì)。 PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型 圖 5繪出了 PWM控制器和變換器的框圖， 其驅(qū)動(dòng)電壓都由 PWM 控制器發(fā)出，PWM控制與變換器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。 按照上述對(duì) PWM變換器工作原理和波形的分析，不難看出，當(dāng)控制電壓改變時(shí)， PWM變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會(huì)有延遲，最大的時(shí)延是一個(gè)開關(guān)周期 T 。 Uc Ug Ud PWM 控制器 PWM 變換器 圖 21 PWM控制與變換器的框圖 因此 PWM控制與變換器（簡(jiǎn)稱 PWM裝置）也可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成 （ 13） sTKsUsUsW se)()()(scds???式中 Ks — PWM裝置的放大系數(shù)； Ts — PWM裝置的延遲時(shí)間， Ts ≤ T0 。 當(dāng)開關(guān)頻率為 10kHz時(shí)， T = ，在一般的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，時(shí)間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，因此 , （ 14） 1)(sss ?? sTKsW與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題 ? 電流脈動(dòng) –單極式可逆電路 –雙極式可逆電路 ? 轉(zhuǎn)速脈動(dòng) ? 開關(guān)損耗 –飽和導(dǎo)通損耗，截止損耗，開關(guān)過程的動(dòng)態(tài)損耗 ? 最佳開關(guān)頻率 電流脈動(dòng)量 ? 由前面分析可知 ,脈寬調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) ,電樞兩端的脈動(dòng)電壓產(chǎn)生周期性脈動(dòng)變化的電流和轉(zhuǎn)速。電流脈動(dòng)量和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量的大小是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響呢？ ? 為簡(jiǎn)化分析作如下假定： – 電力電子期間為無慣性元件，忽略它的開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間； – 忽略 PWM變換器的內(nèi)阻變化，即認(rèn)為電樞回路電阻 R是常數(shù)； – 脈沖開關(guān)頻率足夠高，因此開關(guān)周期 T遠(yuǎn)小于系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間 Tm，認(rèn)為開關(guān)周期內(nèi)轉(zhuǎn)速 n和反電動(dòng)勢(shì) E不變。 單極式可逆電路 ? 在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電壓平衡方程式為 (15) (16) ? 在電流連續(xù)時(shí)，由上面兩式可以求出分段電流 和 ，波形圖為： )0(/11 ondds ttEdtLiRiU ?????)(/0 22 TttEdtLiRi ondd ?????)(1 tid )(2 tid單極式可逆電路 ? 當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，在開關(guān)周期內(nèi) 的變化可忽略不計(jì)，因此可以用平均壓降 代替瞬時(shí)壓降 這時(shí) ，近似可以得到 (17) (18) ? 在較短時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為 ， 都近似為常數(shù)，可以用直線來替代指數(shù)規(guī)律變化的電流曲線。求解上式，可以得到 (19) (20) dRiRId dRiRIEU dd ??)0(1 ondsd ttUUL d i ????)(2 TttUL d i ondd ????dtdid /1 dtdid /2)(/)()()()0(/)()0()(2211TttLttUtitittLtUUitionondonddondsdd??????????單極式可逆電路 ? 當(dāng) 時(shí)，有 ? 當(dāng) 時(shí)，有 ? 則有電樞電流的脈動(dòng)分量為 ? 用占空比 代替上式中的 ,有 ? 因此，電流脈動(dòng)量的大小隨占空比 的數(shù)值而變
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