1、运动控制系统 大连理工大学城市学院 电子与自动化学院教师 梅彦平2010 2011学年春季学期 第1篇直流调速系统 直流电动机调速方法 第1篇直流调速系统 本篇主要内容第1章可控直流电源 电动机系统1 可调直流电源 相控整流器 直流PWM变换器2 开环调速系统 机械特性 性能指标及存在问题第2章闭环调速系统1 转速单闭环系统2 转速 电流双闭环系统3 调节器的设计方法 主要内容1 可调直流电源 1 相控整流器 2 直流PWM变换器2 开环调速系统 1 机械特性 2 性能指标 3 存在问题 第1章可控直流电源 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 1 1相控整流器 电动机系统 V M系统
2、一 工作原理 1 1相控整流器 电动机系统 一 工作原理 1 相控整流器 第1章可控直流电源 电动机系统 1 1相控整流器 电动机系统 一 工作原理 2 存在问题 第1章可控直流电源 电动机系统 只能单向运行 两组整流电路可以实现可逆运行 但使电路结构复杂 为避免逆变颠覆 应设置最大的移相角限制输出电压脉动 电流会出现断续的情况 1 1相控整流器 电动机系统 二 相控整流直流调速系统的机械特性 第1章可控直流电源 电动机系统 1 1相控整流器 电动机系统 三 晶闸管触发电路和整流装置的数学模型 第1章可控直流电源 电动机系统 放大环节 纯滞后环节 失控时间引起 1 1相控整流器 电动机系统 三
3、 晶闸管触发电路和整流装置的数学模型 第1章可控直流电源 电动机系统 拉氏变换 泰勒级数展开 近似处理 一阶惯性环节 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 引子 直流斩波器的基本结构 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 1 作用 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 2 主电路形式 不可逆和可逆 1 不可逆PWM变换器简单不可逆PWM变换器 直流电动机系统有制动的不可逆PWM变换器 直流电动机系统 2 桥式可逆PWM变换器
4、 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 1 不可逆PWM变换器 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 2 有制动电流通路的不可逆PWM变换器 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 2 有制动电流通路的不可逆PWM变换器 在制动状态中 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 但转速和反电动势E还来不及变化 因而造成E
5、 Ud的局面 使电流id反向 VD2截止 VT2开始导通 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 2 有制动电流通路的不可逆PWM变换器 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VT1始终是关断的 此时的电压和电流波形如图所示 1 2直流PWM变换器 电动机系
6、统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 3 桥式可逆PWM变换器 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 3 桥式可逆PWM变换器 正向运行 第1阶段 在0 t ton期间 Ug1 Ug4为正 VT1 VT4导通 Ug2 Ug3为负 VT2 VT3截止 电流id沿回路1流通 电动机M两端电压UAB Us 第2阶段 在ton t T期间 Ug1 Ug4为负 VT1 VT4截止 VD2 VD3续流 并钳位使VT2 VT3保持截止 电流id沿回路2流通 电动机M两端电压UA
7、B Us 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 3 桥式可逆PWM变换器 反向运行 第1阶段 在0 t ton期间 Ug2 Ug3为负 VT2 VT3截止 VD1 VD4续流 并钳位使VT1 VT4截止 电流 id沿回路4流通 电动机M两端电压UAB Us 第2阶段 在ton t T期间 Ug2 Ug3为正 VT2 VT3导通 Ug1 Ug4为负 使VT1 VT4保持截止 电流 id沿回路3流通 电动机M两端电压UAB Us 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器
8、 2 主电路形式 不可逆和可逆 3 桥式可逆PWM变换器 输出平均电压为 调速时 的可调范围为0 1 当 0 5时 Ud 0 电机正转 当 0 5时 Ud 0 电机反转 当 0 5时 Ud 0 电机停止 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 双极式桥式可逆PWM变换器 电动机系统的优点 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 系统的调速范围宽 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 一 直流PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 3 桥式可逆P
9、WM变换器 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 一 直流PWM变换器 3 桥式可逆PWM变换器 2 主电路形式 不可逆和可逆 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 二 直流PWM调速系统的机械特性 0 t ton ton t T 1 2直流PWM变换器 电动机系统 第1章可控直流电源 电动机系统 三 直流PWM控制器与变换器的数学模型 1 3调速系统性能指标 第1章可控直流电源 电动机系统 1 调速 在一定的最高转速和最低转速范围内 分挡地 有级 或平滑地 无级 调节转速 2 稳速 以一定的精度在所需转速上稳定运行 在各种干扰下不允
10、许有过大的转速波动 以确保产品质量 3 加 减速 频繁起 制动的设备要求加 减速尽量快 以提高生产率 不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起 制动尽量平稳 一 系统对转速控制的要求 1 3调速系统性能指标 第1章可控直流电源 电动机系统 1 调速范围D 二 调速性能指标 稳态指标 2 静差率S 结论 调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的 必须同时提才有意义 调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准 1 3调速系统性能指标 第1章可控直流电源 电动机系统 三 开环调速系统及其存在的问题 1 开环调速系统 1 3调速系统性能指标 第1章可控直流电源 电动机系统 三 开环调速系统及其存在
11、的问题 2 存在问题 静差率难以满足生产工艺的要求 例 某PWM变换器 电动机调速系统 直流电动机的额定参数为 PN 60KW Un 220V IdN 305A nN 1000r min 回路总电阻R 0 18 电动机电势系数Ce 0 2V min r 要求D 20 S 5 若采用开环系统 额定转速降 nN IdNR Ce 275r min额定转速时的静差率SN nN nN nN 21 6 第1章可控直流电源 电动机系统 本章重点掌握内容1 可控直流电源电路的基本类型 2 桥式可逆PWM变换器结构图 图1 12 及工作原理 理解其平均整流电压及其数学模型 3 直流PWM调速系统的机械特性及特点 4 理解稳态性能指标与开环系统存在的问题 思考题 P301 21 41 51 71 101 11习题 P311 31 51 8
