【文章內(nèi)容簡介】 U sU sidid 1id 2 ttttto n Tto n T圖 15 H 形雙極式逆變器的驅(qū)動電壓波形他們的關(guān)系是： 。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當1423ggUU??時，晶體管 、 飽和導(dǎo)通而 、 截止，這時 。當0ont??VTVT2ABsU?時， 、 截止，但 、 不能立即導(dǎo)通，電樞電流 經(jīng) 、T1432 di2VD續(xù)流，這時 。 在一個周期內(nèi)正負相間，這是雙極式 PWM 變換3VDABsU??AB器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。電動機的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負脈沖的寬窄上。當正脈沖較寬時， ，則 的平均值為正，電動機正onTt?ABU轉(zhuǎn)，當正脈沖較窄時，則反轉(zhuǎn)；如果正負脈沖相等， ，平均輸出電壓為2onTt?零，則電動機停止。雙極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 21onononds stTttUU?????????如果定義占空比 ，電壓系數(shù)ont?ds?則在雙極式可逆變換器中 21???調(diào)速時， 的可調(diào)范圍為 0～1 相應(yīng)的 。當 時， 為正，?~??12???電動機正轉(zhuǎn)；當 時， 為負，電動機反轉(zhuǎn)；當 時， ，電動機停2???0止。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動機的損耗這是雙極式控制的缺點。但它也有好處，在電動機停止時仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動機在四象限運行。3）電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）低速平穩(wěn)性好，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。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的靜特性由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，因而機械特性關(guān)系式比較簡單，電壓平衡方程如下 .dsiURiLEt??(0)ont?? dsiit()ontT按電壓平衡方程求一個周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機械特性方程式，電樞兩端在一個周期內(nèi)的電壓都是 ，平均電流用 表示，平均轉(zhuǎn)速 ，dsU??dI/enEC?而電樞電感壓降 的平均值在穩(wěn)態(tài)時應(yīng)為零。于是其平均值方程可以寫成則diLt機械特性方程式0sddeeeURnInICC?????綜上所述，目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。但是晶閘管整流器也有它的缺點，主要表現(xiàn)在：1） 晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，不允許電流反向，這給電動機實現(xiàn)可逆運行造成困難2）對過電壓。過電流等十分敏感，只要一超過允許值都可能在很短的時間內(nèi)損壞元件3）晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，它對交流電源是一個感性負載，吸取滯后無功功率，因此功率因素很低，如果它在電網(wǎng)中容量大，將造成“電力公害”4）晶閘管整流裝置的輸出電壓時脈動的，而且脈動數(shù)總是有限的。由于以上原因，選擇脈寬調(diào)制變換器進行改變電樞電壓直流調(diào)速系統(tǒng)，因為 PWM 調(diào)速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：1）PWM 調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達 1：10000 左右4）如果可以與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因為裝置效率高。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用 PI 控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為 0，但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。還有單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。H 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖 21 所示。PWM 逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容 濾波，以獲得恒0C定的直流電壓 。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動sU機制動時只好對濾波電容充電，這時電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓” 。為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻 Rz 消耗掉這些能量，在泵升電壓達到允許值時接通 VTz。圖 21 H 橋式直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路主要參數(shù)如下：=1200V =16A =100 CERUcI*CNT??)(? 給定基準電源此電路用于產(chǎn)生177。15V 電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準電壓，如圖 22 所示：圖 22 給定基準電源電路 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器電路設(shè)計為了實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對被控量進行采樣，然后與給定值比較，決定調(diào)節(jié)器的輸出，反饋的關(guān)鍵是對被控量進行采樣與測量。 電流調(diào)節(jié)器由于電流檢測中常常含有交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時間常數(shù) ，以濾平電流檢測信號為準。為了平衡反饋信號的延遲，??給定通道上加入同樣的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時間上配合恰當。圖 23 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速反饋電路如圖 24 所示，由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，由初始條件知濾波時間常數(shù) 。根據(jù)和電流sTon05.?環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。圖 24 PI 型電轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 控制電路的設(shè)計雙閉環(huán)控制電路的工作原理對雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。分析穩(wěn)態(tài)工作原理的關(guān)鍵是要了解 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值；不飽和輸出未達到飽和狀態(tài)。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入值的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入與輸出間的聯(lián)系，相當于是該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)；不飽和的調(diào)節(jié)器，PI 的作用使輸入偏差電壓都為 0。在實際的正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的，因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是 0。而當轉(zhuǎn)速飽和時，ASR 輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開環(huán)轉(zhuǎn)態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生作用，雙閉環(huán)系統(tǒng)相當于一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR 的輸出量是由負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于轉(zhuǎn)速和負載電流。PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為 0，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于 Idm 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到 Idm 時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這樣的靜特性比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系