直流电动机的典型控制系统.ppt

项目6数控机床的伺服驱动系统,任务6.3直流电动机的典型控制系统,单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆直流调速系统,不可逆PWM和桥式可逆PWM变换器主电路PWM控制电路转速、电流双闭环直流脉宽调速系统,6.3.1晶闸管直流调速控制系统,一、晶闸管二、晶闸管可控整流电路三、介绍单闭环直流调速系统四、介绍双闭环直流调速系统五、可逆直流调速系统,晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，也称可控硅（SiliconControlledRectifierSCR）1956年美国贝尔实验室（BellLab）发明了晶闸管1957年美国通用电气（GE）公司开发出第一只晶闸管产品1958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代在电力电子器件中承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的场合具有重要地位。外形有螺栓型和平板型两种封装,螺旋式,平板式,一、晶闸管,G,晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。,(b)结构,晶闸管的结构与符号,可把晶闸管等效地看成由一个NPN型三极管V1和一个PNP型三极管V2组合而成。阳极A是V2的发射极，阴极K是V1的发射极，V1的基极与V2的集电极相连成为控制极G，而V2的基极与V1的集电极也连在一起。,（1）控制极不加电压时IG=0，尽管这时晶闸管的阳极和阴极之间加有正向电压，由于V1没有基极电流输入，因此V1和V2中只有很小的漏电流，晶闸管处于阻断状态。,（2）控制极加正向电压UG，而阳极通过电阻RA也加上正向电压UA，使两个三极管的发射结均为正向偏置，集电结均为反向偏置，均处于放大状态。此时IG就是V1的基极电流IB1，经V1放大后，得到V1的集电极电流IC1，而IC1又是V2的基极电流IB2，再经V1放大，得到V2的集电极电流IC2。IC2又流入V1基极，再次放大，这样循环下去，反复放大，形成强烈的正反馈，使两个三极管迅速进入饱和状态，即晶闸管导通。导通后，其压降很小，电压UA几乎全部加到负载电阻RA上，所以晶闸管导通后的电流大小取决于外电路参数。,(3)若控制极不加正向电压，而提高阳极电压，则V1和V2中的正向漏电流增大，当阳极电压达到某一限度时，正向漏电流增大到能产生正反馈的程度，也会导致晶闸管的导通。,(4)晶闸管导通后，再把开关S打开，使控制电流IG消失，但由于管子本身的正反馈自保持作用，晶闸管仍然处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管导通，导通后，控制极就失去了控制作用。若要晶闸管回到阻断状态，必须使阳极电流减小到不能维持其正反馈的数值，晶闸管自行关断，此时对应的阳极电流称为维持电流，用IH表示。根据这个道理，使晶闸管由导通状态回到阻断状态，也可以将阳极与电源断开或给阳极与阴极之间加一反向电压。,晶闸管导通的条件：,1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。,晶闸管的特性小结,将交流电转换成直流电的变换称为整流。所谓可控整流是指整流输出的直流电压是可控制的。将直流电转换成交流电，这种对应于整流的逆向过程称为逆变。由此产生整流器、逆变器以及既能实现整流又能实现逆变的变换器。,二、晶闸管可控整流电路,（1）单相半波可控整流电路（阻性负载）,u2为变压器二次侧电压。ug为触发脉冲。ud为输出给负载的电压，由于是阻性负载，电流与电压波形一致。uVT为晶闸管两端电压。,从晶闸管承受正压起到触发导通之间的电角度称为触发角a而晶闸管在一个周期内导通的电角度称为导通角。改变a的大小，即改变触发脉冲到来时刻称为移相。,u经过零值变负之后，由于电感反电动势eL的存在，只要eLu，晶闸管继续承受正向电压，电流仍将继续流通；从eL等于u2开始，晶闸管才开始关断，晶闸管关断后电压电流变为0。,（2）单相半波可控整流电路（感性负载和续流二极管）,思考：电流能突变吗？,由于电感元件上产生阻碍电流变化的感应电动势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升。,可见，在单相可控半波整流电路接电感性负载时，晶闸管的导通角将增大。负载电感愈大，导通角愈大，在一个周期中负载上负电压所占比重就愈大，整流输出电压平均值就愈小。为了使晶闸管在电源电压降到零值时能及时关断，使负载上不出现负电压，必须采取相应措施。,解决的方法是在电感性负载两端并联一个二极管。当交流电压u过零值变负后，二极管因承受正向电压而导通，于是负载上由感应电动势eL产生的电流经过这个二极管形成回路。因此这个二极管称为续流二极管。这时负载两端电压近似为零，晶闸管因承受反向电压而关断。负载电阻上消耗的能量是电感元件释放的能量。,思考提问：带续流二极管的输出电压、电流波形？,当电感足够大时，电流始终连续，甚至接近直线。,（3）单相桥式全控整流电路（阻性负载）,单相桥式整流电路与单相半波整流电路相比，桥式整流把电源电压的负半波也利用起来了，使输出电压在一个电源周期中由原来的只有一个脉波变成了有二个脉波，改善了波形，提高了输出。,思考提问：单相桥式整流电路的输出电压、电流波形？,（4）单相桥式全控整流电路（感性负载和续流二极管）,当电感足够大时，电流接近直线。,（5）三相半波可控整流电路（阻性负载）,三个晶闸管的导通顺序:,a=00（换相点为自然换相点）,a=300,a=600,电流波形io与电压波形一致。,（6）三相半波可控整流电路（感性负载）,a=600,感性负载的三相半波可控整流电路:0300时输出出现负电压a=900时正负电压面积相等900E1；(c)顺极性连接,图(a、b)表示直流电源E1和E2反极性相连。回路中的电流为,电源E1、E2之间有能量传递，有部分电能消耗在R上。图(c)表示直流电源E1和E2顺极性相连。回路中的电流为,顺极性相连时，输出的电能全部消耗在电阻R上。如果电阻值很小，则电路中的电流必然很大；若R=0，则形成两个电源短路的情况，一般不允许顺极性相连！,实现电动机正反转时，正、反组变流器交替工作，但不能同时工作（否则相当于两电源顺极性连接），这种控制称为逻辑无环流控制。,两组变流器的反并联可逆线路,电动机不转：正反组变流器都封锁即正=反=900，;电动机正转：将正组变流器的触发角移相使正900反组变流器处于逆变状态，电动机正转惯性能量回馈电网；停止到反转：正组变流器仍封锁，反组变流器的触发角移相使反0，电机正转；Uc=0，电机停止；Uc0，电机反转；调节Uc大小，则调节了脉冲的占空比，也就调节了输出电压，进而调节了输出转速。,-,+,-,脉宽调制,速度调节器,电流调节器,PWM基极,转速负反馈,三角波发生器,电流负反馈,If,Uf,UC,四、转速、电流双闭环直流脉宽调速系统,M,TA,TG,Un,In,+,U,I,1、抗负载扰动负载增大时，电动机转速降低，速度反馈电压Uf减小，则U一定增大，经速度调节器输出，电流指令In也增大，在负载增加的瞬间，电流检测反馈，来不及改变，则I增大，经电流调节器输出的调制电压Uc增大，占空比增大，输出电枢电压的平均值增大，电枢电流也增大，电动机输出转矩提高了，使电动机升速同理，当负载减小时，控制电路的调节过程与上述相反。2抗电网电压扰动,