电力拖动自动控制系统第四章课件

电力拖动自动控制系统第四章第四章6464 第四章 直流脉宽调速系统本章提要本章提要 问题的提出问题的提出 脉宽调制变换器脉宽调制变换器 直流脉宽调速系统的机械特性直流脉宽调速系统的机械特性 PWMPWM调速系统控制电路调速系统控制电路 第四章 直流脉宽调速系统问题的提出问题的提出 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现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（了采用脉冲宽度调制（PWMPWM）的高频开关控制方）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器式形成的脉宽调制变换器直流电动机调速系统，直流电动机调速系统，简称简称直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统，即，即直流直流直流直流PWMPWMPWMPWM调速系统调速系统调速系统调速系统。对于直流电机调速，可控直流电源可以有两对于直流电机调速，可控直流电源可以有两种方式：种方式：晶闸管整流；晶闸管整流；斩波电源或脉宽调制斩波电源或脉宽调制变换器。变换器。斩波电源利用不可控直流电源经过电子开关斩波电源利用不可控直流电源经过电子开关的高频通断切换来实现对负载电压供电。的高频通断切换来实现对负载电压供电。第四章 直流脉宽调速系统 V-M V-M直流调速系统通过调节触发装置直流调速系统通过调节触发装置GTGT的控制的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压U Ud d，从而实现平滑调速。与，从而实现平滑调速。与G-MG-M系统相比系统相比V-MV-M系统有系统有很多优越性，但它也有缺点：很多优越性，但它也有缺点：电流是脉动的，产生谐波分量，尤其在低速时，因电流是脉动的，产生谐波分量，尤其在低速时，因此需要加平波电抗器。设备投入大，体积增加，同时电感此需要加平波电抗器。设备投入大，体积增加，同时电感大又限制了系统的快速性。大又限制了系统的快速性。当系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使当系统在较低速运行时，晶闸管的导通角很小，使系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，引起电网系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变殃及附近的用电设备，也限制了调速范围。电压波形畸变殃及附近的用电设备，也限制了调速范围。对过电压、过电流敏感，要注意保护。对过电压、过电流敏感，要注意保护。第四章 直流脉宽调速系统直流直流PWMPWM调速系统优点：调速系统优点：主电路简单，不用电抗器，用电机本身的电感，从而主电路简单，不用电抗器，用电机本身的电感，从而获得脉动很小的直流电流；获得脉动很小的直流电流；开关频率高，电枢电流容易连续，无电流断续问题；开关频率高，电枢电流容易连续，无电流断续问题；系统的低速运行平稳，调速范围较宽；系统的低速运行平稳，调速范围较宽；频带宽，响应快；频带宽，响应快；功率因素高。电流和电压永远相同，无无功功率问题。功率因素高。电流和电压永远相同，无无功功率问题。PWM PWM 调速系统和调速系统和 V-M V-M 调速系统主要区别在主电路调速系统主要区别在主电路和和PWMPWM控制电路。闭环控制系统以及静、动态分析和控制电路。闭环控制系统以及静、动态分析和设计基本一样。设计基本一样。PWM PWM 脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制变换器。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制变换器。第四章 直流脉宽调速系统4-1 4-1 脉宽调制变换器脉宽调制变换器本节提要本节提要 不可逆不可逆PWMPWM变换器变换器 可逆可逆PWMPWM变换器变换器 4-1 脉宽调制变换器一、不可逆一、不可逆PWMPWM变换器变换器 （一）（一）简单的不可逆简单的不可逆PWMPWM变换器变换器(直流降压斩波器直流降压斩波器 )1.1.组成组成简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统VDUs+UgCVTid+_EM21Us：由二极管整流电路提供；电容C：大容量，滤波；二极管VD：在晶体管VT关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流回路；功率开关器件VT由脉宽可调的脉冲电压Ug驱动。4-1 脉宽调制变换器 2.2.基本原理基本原理 由二极管整流桥完成：交由二极管整流桥完成：交直直 UsUs恒定，控制恒定，控制VTVT在一个周期内导通的长短，即在一个周期内导通的长短，即脉冲宽度，来改变电枢平均电压脉冲宽度，来改变电枢平均电压UdUd 可控。可控。tttusUsUsUSududUd1Ud2f2ftontontontonTT2T2T 在一个开关周期在一个开关周期T T 内，当内，当0tt0ttonon时时，UgUg为正，为正，VTVT饱和饱和导通，导通，u u d d=u u s s。当当tontTtont U U d1d1。4-1 脉宽调制变换器电压和电流波形电压和电流波形U,iUdEidUsttonT0O 4-1 脉宽调制变换器 电机两端得到的平均电压为电机两端得到的平均电压为式中式中=ton/T=ton/T为为 PWM PWM 波形的占空比，波形的占空比，改变改变（001 U Ud d 的局的局ududtontonTTUd1Ud2EE面，由面，由U Ud0 d0=E E+I Id d R R 可知，很快使电流可知，很快使电流idid反向，反向，这时希望这时希望VT2VT2发挥作用。发挥作用。4-1 脉宽调制变换器 制动状态的一个周期分为两个工作阶段，先分制动状态的一个周期分为两个工作阶段，先分析析t tononT T 阶段。阶段。a a）在）在t tonontTtT期间，期间，U Ug2 g2 变正，于是变正，于是VT2VT2导通，导通，E EU Ud d使电流使电流 i id d反向，沿回路反向，沿回路 3 3 流通，流通，M M：处于能耗：处于能耗制动。制动。b b）在）在TtT+tTtT+tonon (下一周期的下一周期的0tton)0tton)期间，期间，VT2 VT2 关断，关断，-i id d 沿回路沿回路4 4经经 VD1 VD1 续流，向电续流，向电源回馈制动，同时在源回馈制动，同时在 VD1 VD1 两端上的压降使两端上的压降使VT1 VT1 不不能导通。能导通。制动状态电流流向如下图。制动状态电流流向如下图。4-1 脉宽调制变换器制动状态电流流向：制动状态电流流向：M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E43CUs+MVT2Ug2VT1Ug1 4-1 脉宽调制变换器 在整个制动状态中，在整个制动状态中，VT2VT2和和VD1VD1轮流导通，而轮流导通，而VT1VT1始终是关断的。此时的电压和电流波形如下图：始终是关断的。此时的电压和电流波形如下图：U,iUdEidUsttonT04444333VT2VT2VT2VD1VD1VD1VD1tUgO制动状态的电压电流波形 4-1 脉宽调制变换器 由于制动作用使电动机转速下降由于制动作用使电动机转速下降(nn、EE)，直到新的稳态，直到新的稳态，(U Ud d E E )又回到又回到 VT1VT1和和 VD2VD2轮流导通，轮流导通，M M重新回到电动状态。重新回到电动状态。注意：当注意：当U US S（直流电源）采用半导体整流装（直流电源）采用半导体整流装置时，其单向导电性，在回馈制动阶段电能不置时，其单向导电性，在回馈制动阶段电能不可能通过它送回电网，只能向滤波电容可能通过它送回电网，只能向滤波电容C C充电，充电，从而造成瞬间电压升高，称作从而造成瞬间电压升高，称作“泵升电压泵升电压”。它的值太高时，对电力晶体管和整流二极管都它的值太高时，对电力晶体管和整流二极管都不利，限制的措施书中有介绍。不利，限制的措施书中有介绍。4-1 脉宽调制变换器 轻载电动状态轻载电动状态 有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均有一种特殊情况，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，还没有到达周电流较小，以致在关断后经续流时，还没有到达周期期 T T，电流已经衰减到零，此时，电流已经衰减到零，此时，VT2 VT2 两端电压也两端电压也降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局部时间的制动作用。部时间的制动作用。轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：第一阶段，第一阶段，VD1VD1续流，电流续流，电流 iid d 沿回路沿回路4 4流通；流通；第二阶段，第二阶段，VT1VT1导通，电流导通，电流 i id d 沿回路沿回路1 1流通；流通；第三阶段，第三阶段，VD2VD2续流，电流续流，电流 i id d 沿回路沿回路2 2流通；流通；第四阶段，第四阶段，VT2VT2导通，电流导通，电流 iid d 沿回路沿回路3 3流通。流通。4-1 脉宽调制变换器 在一、四阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态；在一、四阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态；在二、三阶段，电动机流过正方向电流，电机工作在电动状态。在二、三阶段，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，其输出波形见下图：负载电流，其输出波形见下图：轻载电动状态的电流波形4123Tton0U,iUdEidUsttonT041 23O 4-1 脉宽调制变换器小结小结不可逆PWM变换器的不同工作状态 4-1 脉宽调制变换器二、可逆二、可逆PWMPWM变换器变换器 可逆可逆PWMPWM变换器主电路有变换器主电路有H H型、型、T T型多种形型多种形式，最常用的是桥式（亦称式，最常用的是桥式（亦称H H型）电路，如下型）电路，如下图所示。图所示。这时，电动机这时，电动机 M M 两端电压的极性随开关两端电压的极性随开关器件基极驱动电压极性的变化而改变，其控制器件基极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWMPWM变换器。变换器。4-1 脉宽调制变换器（一）（一）双极式可逆双极式可逆PWMPWM变换器变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器1.1.主电路结构主电路结构4个大功率晶体管VT（开关管）VT1，VT4一组；VT2，VT3一组4个续流二极管VD1VD4驱动电压：Ug1=Ug4；Ug2=Ug3=-Ug1 4-1 脉宽调制变换器2.2.工作状态与波形工作状态与波形 正向运行：正向运行：在在0tton 0tton 期间，期间，U Ug1g1=U Ug4g4为正，为正，VT1 VT1、VT4VT4导通，导通，U Ug2g2 =U Ug3g3为负，为负，VT2 VT2、VT3VT3截止，电流截止，电流i id d沿沿回路回路1 1流通，电动机流通，电动机 M M两端电压两端电压U UABAB=+=+U Us s ；在在tontT tontT 期间，期间，U Ug1g1=U Ug4g4为负，为负，VT1 VT1、VT4VT4截止；由于电感储存很大能量，放电，维持电流截止；由于电感储存很大能量，放电，维持电流方向不变，这时通过方向不变，这时通过VD2 VD2、VD3VD3续流，并钳位使续流，并钳位使VT2 VT2、VT3VT3保持截止，电流保持截止，电流 i id d 沿回路沿回路2 2流通，电流通，电动机动机 M M两端电压两端电压U UABAB=U Us s 。4-1 脉宽调制变换器正向运行电流流向：正向运行电流流向：+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器Ug1=Ug4=+Ug1=Ug4=-4-1 脉宽调制变换器 反向运行：先分析反向运行：先分析 t tononT T 阶段阶段 在在tontTtontT期间，期间，U Ug2g2=U Ug3g3为正，为正，VT2VT2、VT3VT3导通，导通，U Ug1g1=U Ug4g4为负，使为负，使VT1VT1、VT4VT4截止，电截止，电流流i id d 沿回路沿回路3 3流通，电动机流通，电动机M M两端电压两端电压U UABAB =U Us s；在在TtT+ton(TtT+ton(下一周期的下一周期的0tton)0tton)期间，期间，U Ug2 g2=U Ug3g3为负，为负，VT2 VT2、VT3VT3截止，截止，VD1VD1、VD4 VD4 续流，并钳位使续流，并钳位使 VT1VT1、VT4VT4截止，电流截止，电流 i id d 沿回路沿回路4 4流通，电动机流通，电动机M M两端电压两端电压U UABAB=+U Us s 。4-1 脉宽调制变换器 反向运行电流流向：反向运行电流流向：+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT33AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器Ug2=Ug3=+Ug2=Ug3=-4-1 脉宽调制变换器U,iUdEid+UsttonT0-UsO正向电动运行波形U,iUdEid+UsttonT0-UsO反向电动运行波形 输出波形输出波形 4-1 脉宽调制变换器 输出平均电压输出平均电压 双极式控制可逆双极式控制可逆PWMPWM变换器的输出平均电压为变换器的输出平均电压为为占空比为占空比 当当 0 0时，时，t ton on T/2T/2 ，U Ud d=+=+，电机正转；，电机正转；当当 0 0时，时，t ton on T/2 T/2，U Ud d=-=-，电机反转；，电机反转；当当 =0=0时，时，t ton=T/2on=T/2，电机停止。，电机停止。4-1 脉宽调制变换器注意：注意：当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力动力润滑润滑”的作用。的作用。双极式可逆双极式可逆PWMPWM制动时情况比较复杂，根据制动时情况比较复杂，根据VT3VT3、VT2VT2的通断情况，电机可能处在能耗制动、再生发电的通断情况，电机可能处在能耗制动、再生发电或反接制动，产生制动时一定具备上述其中一个制或反接制动，产生制动时一定具备上述其中一个制动过程。动过程。4-1 脉宽调制变换器 性能评价性能评价 双极式可逆双极式可逆PWMPWM变换器的优点：变换器的优点：a a）电流一定连续；电流一定连续；b b）可使电机在四象限运行；可使电机在四象限运行；c c）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；d d）低速平稳性好，系统的调速范围可达低速平稳性好，系统的调速范围可达1:200001:20000 左右；左右；e e）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，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。有利于保证器件的可靠导通。4-1 脉宽调制变换器 双极式可逆双极式可逆PWMPWM变换器的缺点：变换器的缺点：a a）在工作过程中，）在工作过程中，4 4个大功率晶体管可能都处于个大功率晶体管可能都处于 开关状态，开关损耗大；开关状态，开关损耗大；b b）在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，）在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止上述情况，在上、下桥臂的驱动脉冲之为了防止上述情况，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。间，应设置逻辑延时。（二）单极式可逆（二）单极式可逆PWMPWM变换器变换器 为克服双极式变换器的上述缺点，可采用为克服双极式变换器的上述缺点，可采用单极式单极式PWMPWM变换器。电路图与双极式的一样，如变换器。电路图与双极式的一样，如下图所示。下图所示。4-1 脉宽调制变换器1.1.单极式可逆单极式可逆PWMPWM变换器主电路结构变换器主电路结构+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器驱动电压：Ug1=-Ug2VT1与VT2交替导通VT3与VT4由转向决定常通常通正转时，VT4直通，VT3截止反转时，VT3直通，VT4截止 4-1 脉宽调制变换器2.2.工作状态与波形工作状态与波形 正向运行：正向运行：在在 0 tt0 ttonon 期间，期间，U Ug1g1、U Ug4g4为正，为正，VT1VT1、VT4VT4导导通，通，U Ug2g2 、U Ug3g3为负，为负，VT2 VT2、VT3VT3截止，电流截止，电流 i id d 沿回路沿回路1 1流通，电动机流通，电动机 M M两端电压两端电压U UABAB=+=+U Us s；在在t tonon tT tT期间，期间，U Ug4g4为正为正VT4VT4继续导通，继续导通，U Ug1g1、U Ug3g3为负为负 VT1 VT1、VT3VT3截止；由于电感储存很大能量，截止；由于电感储存很大能量，放电，维持电流方向不变，这时虽然放电，维持电流方向不变，这时虽然U Ug2g2为正，但电流为正，但电流通过通过 VT4VT4、VD2VD2续流，并钳位使续流，并钳位使VT2 VT2 保持截止，电流保持截止，电流 i id d 沿回路沿回路2 2流通，电动机流通，电动机 M M两端电压两端电压U UABAB=0=0。4-1 脉宽调制变换器正向运行电流流向：正向运行电流流向：+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABMVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器Ug1=Ug4=+Ug4=+4-1 脉宽调制变换器 反向运行：先分析反向运行：先分析 t tononT T 阶段阶段 在在tontT tontT 期间，期间，U Ug2g2=U Ug3g3为正，为正，VT2 VT2、VT3VT3导通，导通，U Ug1g1=U Ug4g4为负，使为负，使VT1 VT1、VT4VT4截止，电截止，电流流i id d 沿回路沿回路3 3流通，电动机流通，电动机M M两端电压两端电压U UABAB=U Us s；在在 TtT+ton(TtT+ton(下一周期的下一周期的0tton)0tton)期间，期间，U Ug3 g3 为正为正 VT3VT3导通，导通，U Ug1g1为正为正也不导也不导通，通，VT3VT3、VD1VD1续流，并钳位使续流，并钳位使 VT1 VT1 截止，电流截止，电流i id d 沿回路沿回路4 4流通，电动机流通，电动机M M两端电压两端电压U UABAB=0=0。4-1 脉宽调制变换器 反向运行电流流向：反向运行电流流向：+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT33AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4桥式可逆PWM变换器Ug2=Ug3=+Ug3=+4-1 脉宽调制变换器U,iUdEid+UsttonT0O正向电动运行波形U,iUdEidttonT0-UsO反向电动运行波形 输出波形输出波形单极式在一个周期内有一段UAB=0，因而被称作 第四章 直流脉宽调速系统4-2 4-2 直流脉宽调速系统的机械特性直流脉宽调速系统的机械特性本节提要本节提要 带制动的不可逆电路电压方程带制动的不可逆电路电压方程 双极式可逆电路电压方程双极式可逆电路电压方程 机械特性方程机械特性方程 4-2 直流脉宽调速系统的机械特性 由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的，所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载的，所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电流）的关系。转矩（电流）的关系。采用不同形式的采用不同形式的PWMPWM变换器，系统的机械特变换器，系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，现在就分析这种情而机械特性关系式比较简单，现在就分析这种情况。况。4-2 直流脉宽调速系统的机械特性一、带制动的不可逆电路电压方程一、带制动的不可逆电路电压方程 对于带制动电流通路的不可逆电路，电压平对于带制动电流通路的不可逆电路，电压平衡方程式分两个阶段衡方程式分两个阶段 （0tt0ttonon）（t tonontTtT）式中式中 R R、L L 电枢电路的电阻和电感。电枢电路的电阻和电感。4-2 直流脉宽调速系统的机械特性二、双极式可逆电路电压方程二、双极式可逆电路电压方程 对于双极式控制的可逆电路，只在第二个方对于双极式控制的可逆电路，只在第二个方程中电源电压由程中电源电压由 0 0 改为改为 Us Us，其他均不变。，其他均不变。于是，电压方程为于是，电压方程为（0tt0ttonon）（t tonontTtT）式中式中 R R、L L 电枢电路的电阻和电感。电枢电路的电阻和电感。4-2 直流脉宽调速系统的机械特性三、机械特性方程三、机械特性方程 按电压方程求一个周期内的平均值，即可导按电压方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式。无论是上述哪一种情况，电出机械特性方程式。无论是上述哪一种情况，电枢两端在一个周期内的平均电压都是枢两端在一个周期内的平均电压都是 U Ud d=U Us s（=U Ud d/U Us s为为PWMPWM电压系数），只是电压系数），只是与占与占空比空比 的关系不同，在不可逆的关系不同，在不可逆 PWM PWM 变换器：变换器：=，在双极式控制的可逆变换器：，在双极式控制的可逆变换器：=2=21 1。平均电流和转矩分别用平均电流和转矩分别用I Id d 和和T Te e 表示，平均转表示，平均转速速n n=E E/Ce/Ce，而电枢电感压降的平均值，而电枢电感压降的平均值 L Ld di id d/d/dt t 在在稳态时应为零。稳态时应为零。4-2 直流脉宽调速系统的机械特性 于是，无论是上述哪一组电压方程，其平均于是，无论是上述哪一组电压方程，其平均值方程都可写成值方程都可写成 机械特性方程机械特性方程或用转矩表示，或用转矩表示，式中式中Cm=KmCm=KmN N 电机在额定磁通下的转矩系数；电机在额定磁通下的转矩系数；n n0 0=Us/Ce Us/Ce 理想空载转速，与电压系数成正比。理想空载转速，与电压系数成正比。4-2 直流脉宽调速系统的机械特性 PWM PWM调速系统机械特性调速系统机械特性 nId,TeOn0s0.75n0s0.5n0s0.25n0sId,Te=1=0.75=0.5=0.25脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0sUs/Ce 4-2 直流脉宽调速系统的机械特性说说 明明 图中所示的机械曲线是电流连续时脉宽调速图中所示的机械曲线是电流连续时脉宽调速系统的稳态性能。系统的稳态性能。图中仅绘出了第一、二象限的机械特性，它图中仅绘出了第一、二象限的机械特性，它适用于带制动作用的不可逆电路，双极式控制适用于带制动作用的不可逆电路，双极式控制可逆电路的机械特性与此相仿，只是更扩展到可逆电路的机械特性与此相仿，只是更扩展到第三、四象限了。第三、四象限了。第四章 直流脉宽调速系统4-3 PWM4-3 PWM调速系统控制电路调速系统控制电路双闭环脉宽调速系统的原理框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如下：U*n+-UnU*iUi-+UcASRACRGMUPWDLDGDPWMFATAMTG瞬时动作的限流保护 4-3 PWM调速系统控制电路 PWMPWM调速系统的起动过程与前面讲的晶闸管供电调速系统的起动过程与前面讲的晶闸管供电系统都是一样的。系统都是一样的。控制电路仍采用转速、电流双闭环控制方案以控制电路仍采用转速、电流双闭环控制方案以提高系统的动、静态性能。与晶闸管供电的双闭环提高系统的动、静态性能。与晶闸管供电的双闭环系统不同的是从系统不同的是从UPMUPM到到PWMPWM部分。部分。1.GM 1.GM调制波发生器，提供调制波形，可以是锯调制波发生器，提供调制波形，可以是锯齿波、三角波等。齿波、三角波等。2.UPM 2.UPM脉宽调制器。是将脉宽调制器。是将ACRACR输出的控制电压输出的控制电压U Uc c变换成脉冲宽度与其成正比的脉冲信号，以控制变换成脉冲宽度与其成正比的脉冲信号，以控制PWMPWM变换器。变换器。4-3 PWM调速系统控制电路 脉宽调制器有多种形式，现脉宽调制器有多种形式，现以锯齿波脉宽调制以锯齿波脉宽调制以锯齿波脉宽调制以锯齿波脉宽调制器为例器为例器为例器为例说明其原理。脉宽调制器本身是一个由运算说明其原理。脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器。运算放放大器和几个输入信号组成的电压比较器。运算放大器工作在开环状态，稍微有一点输入信号就可以大器工作在开环状态，稍微有一点输入信号就可以使其达到饱和，如下图。使其达到饱和，如下图。UsaUbUc-+-+Upw输入三个：输入三个：U Usasa锯齿波调制信号锯齿波调制信号(由由GMGM提供提供 )。U Ub b00偏压偏压(使当使当U Uc=0 c=0 正、反脉宽相等正、反脉宽相等 )。U Uc c控制电压，控制电压，U Uc0c0c0反转。反转。锯齿波脉宽调制波形略。锯齿波脉宽调制波形略。4-3 PWM调速系统控制电路3.DLD3.DLD逻辑延时环节逻辑延时环节VT1VT1有关断时间，有关断时间，VT2VT2有开通时间，有开通时间，为避免短路直通，需加延时。为避免短路直通，需加延时。用用RCRC电路实现。电路实现。VT1VT24.4.GDGD是是VTVT驱动电路驱动电路GDGD驱动电路驱动电路驱动、功率较大，以驱动大功率晶体管。驱动、功率较大，以驱动大功率晶体管。保护作用（让保护作用（让VTVT饱和导通，但不能深度饱和导通，但不能深度 饱和，否则退饱和慢）。饱和，否则退饱和慢）。4.4.隔离作用（主电路和控制电路隔开，隔离作用（主电路和控制电路隔开，光光5.5.电耦合）电耦合）。4-3 PWM调速系统控制电路 目前，在中、小容量的脉宽调速系统中，目前，在中、小容量的脉宽调速系统中，由于由于IGBTIGBT已经得到普遍的应用，其开关频率已经得到普遍的应用，其开关频率一般在一般在10kHz10kHz左右，这时，最大电流脉动量在左右，这时，最大电流脉动量在额定电流的额定电流的5%5%以下，转速脉动量不到额定空以下，转速脉动量不到额定空载转速的万分之一，可以忽略不计。脉宽调载转速的万分之一，可以忽略不计。脉宽调速系统得到广泛应用。速系统得到广泛应用。第四章 直流脉宽调速系统谢谢！谢谢！