第十六讲（PWM直流调速系统）ppt课件.ppt

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1、PWM直流调速系统直流调速系统l一、一、PWM直流调速系统组成原理直流调速系统组成原理l二、二、可逆可逆PWM变换器及其变换器及其l 工作原理工作原理l三、三、脉宽调制器及其工作原理脉宽调制器及其工作原理l一、一、掌握可逆掌握可逆PWM变换器的结构、变换器的结构、l 特点及其工作原理特点及其工作原理l二、二、掌握掌握脉宽调制器工作原理的分析脉宽调制器工作原理的分析 l 方法方法l 采用电力晶体管等全控式电力电子器件采用电力晶体管等全控式电力电子器件构成的构成的PWM直流调速系统具有线路简单、直流调速系统具有线路简单、调速范围宽、动态性能好、功耗低、效率调速范围宽、动态性能好、功耗低、效率高和功

2、率因数高等高和功率因数高等优点而得到越来越广泛优点而得到越来越广泛的应用。的应用。l 闭环闭环PWM调速的静、动态分析和已学调速的静、动态分析和已学的相控式调速系统基本相同，只需对的相控式调速系统基本相同，只需对有所有所不同的主电路、不同的主电路、PWM控制电路以及一些特控制电路以及一些特殊问题殊问题进行讨论。进行讨论。l1 1、相控整流：、相控整流：通过改变晶闸管的触发通过改变晶闸管的触发l 角来改变其输出电压。角来改变其输出电压。l2 2、脉宽调制式整流：、脉宽调制式整流：通过改变脉冲宽度通过改变脉冲宽度l 以改变全控式电力电子器件以改变全控式电力电子器件( (如如GTO、l MOSFET

3、、IGBT等）的通断时间来达到等）的通断时间来达到l 改变其输出电压的目的。改变其输出电压的目的。lPWM直流调速系统直流调速系统是一种在是一种在VM系统系统的基础上以脉宽调制式可调直流电源取的基础上以脉宽调制式可调直流电源取代晶闸管相控整流电源后构成的直流电代晶闸管相控整流电源后构成的直流电动机转速调节系统。动机转速调节系统。l由于它采用全控型电力电子器件作为功由于它采用全控型电力电子器件作为功率开关元件，并按脉宽调制方式实现电率开关元件，并按脉宽调制方式实现电枢电压的调节，因此枢电压的调节，因此其主电路简单、性其主电路简单、性能优越，是新设计能优越，是新设计100KW以下直流调速以下直流调

4、速系统的首选方案。系统的首选方案。MPWM功率变换器GDGD驱动器驱动器DLDDLD延迟环节延迟环节UPWACRGMASRFATG 中、小功率的可逆直流调速系统多中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器(H形形PWM变换变换器器)。其中功率开关器件采用。其中功率开关器件采用IGBT ，在小容量系统中则可用将在小容量系统中则可用将IGBT、续、续流二极管、驱动电路以及过流、欠压流二极管、驱动电路以及过流、欠压保护等封装在一起的智能功率模块保护等封装在一起的智能功率模块IPM。 PWM可逆直流调速系统原理图可逆

5、直流调速系统原理图图中图中lUR整流器；整流器；lUPEM桥式可逆电力电子变换器，须要桥式可逆电力电子变换器，须要注意的是，直流变换器必须是可逆的；注意的是，直流变换器必须是可逆的； lGD驱动电路模块，内部含有光电隔离电驱动电路模块，内部含有光电隔离电路和开关放大电路；路和开关放大电路；lUPWPWM波生成环节，其算法包含在波生成环节，其算法包含在单片微机软件中；单片微机软件中；lTG为测速发电机，当调速精度要求较高为测速发电机，当调速精度要求较高时可采用数字测速码盘；时可采用数字测速码盘； lTA霍尔电流传感器；霍尔电流传感器； l给定量给定量 n*，I*d 和反馈量和反馈量 n，Id 都

6、已经是数都已经是数字量。字量。微机数字控制双闭环直流微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图调速系统硬件结构图 控制系统一般采用转速、电流双闭环控制，控制系统一般采用转速、电流双闭环控制，电流环电流环为为内环内环，转速环转速环为为外环外环，内环的采，内环的采样周期小于外环的采样周期。无论是电流样周期小于外环的采样周期。无论是电流采样值还是转速采样值都有交流分量，常采样值还是转速采样值都有交流分量，常采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延采用阻容电路滤波，但阻容值太大时会延缓动态响应，为此可采用缓动态响应，为此可采用硬件滤波与软件硬件滤波与软件滤波相结合滤波相结合的办法。的办法。 当转速给定

7、信号在当转速给定信号在-n*max 0 +n*max 之间之间变化并达到稳态后，由微机输出的变化并达到稳态后，由微机输出的PWM信信号占空比号占空比在在 0 0 的范围内变化，使的范围内变化，使UPEM的输出平均电压系数的输出平均电压系数 的变化范围的变化范围为为 1 0 +1实现双极式可逆控制。实现双极式可逆控制。 lPWM变换器：变换器：采用脉冲宽度调制的直采用脉冲宽度调制的直 l 流斩波器。流斩波器。 l l双极式可逆双极式可逆PWM变换器变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 桥式可

8、逆桥式可逆PWM变换器变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT312ABVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器U, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向电动重载运行波形正向电动重载运行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsU, iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2, 3+Us

9、Ug4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4VT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4 桥式可逆桥式可逆PWM变换器变换器U, iUdEid+UsttonT0-UsO(2) 正向电动轻载运行波形正向电动轻载运行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsU, iUdEid+UsttonT0-UsOUg1,4ttonT0-Ug2, 3 双极式控制可逆双极式控制可逆PWM变换器的输出平均变换器的输出平均电压为电压为 sonsonsond) 12(UTtUTtTUTtUU, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向电动运行波形正向电动运

10、行波形U, iUdEid+UsttonT0-Us(2) 反向电动运行波形反向电动运行波形U, iUdEid+UsttonT0-Us 双极式控制的桥式可逆双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：变换器有下列优点： 1）电流一定连续。）电流一定连续。 2）可使电机在四象限运行。）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。）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，系统的调速范围可达）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000 左右。左右。 5）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

11、。有利于保证器件的可靠导通。 双极式控制方式的不足之处是：双极式控制方式的不足之处是： 在工作过程中，在工作过程中，4个开关器件可能都个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。冲之间，应设置逻辑延时。- -+ +aUbUcUA A0R0R0R0RbRPWU脉宽调制器脉宽调制器l图中图中Ua可以是三角波或锯齿波，可以是三角波或锯齿波， lUb =- Uamax /2, lUc为电流控制器的输出控制电压为电流控制器的输出控制电压l改变改变Uc就可改变脉宽调制器输出脉冲的就可改变脉宽调制器输出脉冲的宽度，从而改变电机的端电压。宽度，从而改变电机的端电压。l当当U=Ua+Ub+Uc0时，时，Upw为负的最大为负的最大值；当值；当U=Ua+Ub+Uc0时，时，Upw为正的为正的最大值。最大值。Uc =0时，时，U=Ua+Ub，Upw的的平均值为零；平均值为零；Uc0时时, Upw的负脉冲宽、正脉冲窄，输的负脉冲宽、正脉冲窄，输出电压平均值小于零。出电压平均值小于零。Uc =0Uc =0Uc 0