WM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)

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1、第8章PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理8.2脈寬調(diào)速系統(tǒng)的控制電路8.3PWM直流調(diào)速裝置的系統(tǒng)分析8.4由PWM集成芯片組成的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)實例8．1．1．不可逆、無制動力PWM變換器不可逆PWM變換器就是直流斬波器，其原理如圖8—2所示。它采用了全控式的電力晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)數(shù)十千赫。直流電壓US由不可控整流電源提供，采用大電容濾波，二極管VD在晶體管VT關(guān)斷時為電樞回路提供釋放電感儲能的續(xù)流回路。大功率晶體管VT的基極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓ub驅(qū)動，當(dāng)ub為正時，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓Us通過VT的集電極回路加到電動機電樞兩端；當(dāng)ub為負(fù)時，V

2、T截止，電動機電樞兩端無外加電壓，電樞的磁場能量經(jīng)二極管VD釋放（續(xù)流）。電動機電樞兩端得到的電壓UAB為脈沖波，8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回其平均電壓為式中,＝ton/T為一個周期T中，大功率晶體管導(dǎo)通時間的比率，稱為負(fù)載電壓系數(shù)或占空比,的變化范圍在0~1之間。一般情況下周期T固定不變，當(dāng)調(diào)節(jié)ton，使ton在0~T范圍內(nèi)變化時，則電動機電樞端電壓Ud在0~Us之間變化，而且始終為正，因此，電動機只能單方向旋轉(zhuǎn)，為不可逆調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)節(jié)方法也稱為定頻調(diào)寬法。圖8—3所示為穩(wěn)態(tài)時電動機電樞的脈沖端電壓ud、電樞電壓平均值Ud、電動機反電勢E和電樞電流id的

3、波形。8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回上一頁由于晶體管開關(guān)頻率較高，利用二極管VD的續(xù)流作用，電樞電流Id是連續(xù)的，而且脈動幅值不是很大，對轉(zhuǎn)速和反電勢的影響都很小，為突出主要問題，可忽略不計，即認(rèn)為轉(zhuǎn)速和反電勢為恒值。8．1．2．不可逆、有制動力PWM變換器圖8－2所示的簡單不可逆電路中，電流id不能反向，因此不能產(chǎn)生制動作用，只能作單象限運行。需要制動時，必須具有反向電流一id的通路。因此應(yīng)該設(shè)置控制反向通路的第二個功率晶體管，如圖8－4(a)所示。這種電路組成的PWM傳動系統(tǒng)可在一、二兩個象限運行。8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回上一頁此時，功率晶

4、體管VT1、和VT2的驅(qū)動電壓大小相等、方向相反，即UG1＝－UG2。當(dāng)電機在電動狀態(tài)下運行時，平均電壓應(yīng)為正值，一個周期內(nèi)分兩段變化。在0≤t≤TON期間(TON為VT1導(dǎo)通時間)，UG1為正，VT1飽和導(dǎo)通；UG2為負(fù)，VT2截止。此時，電源電壓US加到電樞兩端，電流id沿圖中的回路1流通。在TON≤t≤T期間，UG1、UG2都變極性，VT1截止，但由于電流id沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流。在VD2兩端產(chǎn)生的壓降(其極性如圖8－4(a)所示)給VT2施加反壓，VT2并不導(dǎo)通。因此，實際上是VT1、VD2交替導(dǎo)通，VT2而始終不通，8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回

5、上一頁其電壓和電流波形如圖8－4(b)所示，波形和圖8－3的情況一樣。如果在電動運行中要降低轉(zhuǎn)速，則應(yīng)該先減小控制電壓，使UG1的正脈沖變窄，負(fù)脈變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但由于慣性的作用，轉(zhuǎn)速和反電動勢還來不及立即變化，造成反電動勢E>Ud的局面。這時VT2就在電機制動中發(fā)揮作用?，F(xiàn)在分析處于制動狀態(tài)的工作情況。在TON≤t≤T期間，UG2變正，VT2導(dǎo)通，產(chǎn)生的反向電流－id沿回路3通過VT2流通，產(chǎn)生能耗制動，直到t＝T為止。在T≤t≤T＋TON（也就是0≤t≤TON）期間，VT2截止，－id沿回路4通過VD1續(xù)流，對電源回饋制動，8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作

6、原理下一頁返回上一頁同時在VD1上的壓降使VT1不能導(dǎo)通。在制動過程中VT2和VD1輪流導(dǎo)通，而VT1始終截止，電壓和電流波形如圖8－4(c)所示。反向電流的制動作用使電機轉(zhuǎn)速下降，直到新的穩(wěn)態(tài)。最后應(yīng)該指出，當(dāng)直流電源采用半導(dǎo)體整流裝置時，在回饋制動階段電能不可能通過它回送電網(wǎng)，只能向濾波電容C充電，從而造成瞬間的電壓升高，稱“泵升電壓”。如果回饋能量大，泵升電壓太高，將危及功率開關(guān)器件和整流二極管，必須采取措施加以限制。8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回上一頁8．1．3．可逆PWM變換器為了克服不可逆變換器的缺點，提高調(diào)速范圍，使電動機在四個象限中運行，可采用可

7、逆PWM變換器。可逆PWM變換器在控制方式上可分雙極式、單極式和受限單極式三種。1.雙極式PWM變換器雙極式PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有H型和T型兩種，我們主要討論常用H型變換器。如圖8—5所示，雙極式H型PWM變換器由四個晶體管和四個二極管組成，其連接形狀如同字母H，因此稱為“H型”PWM變換器。它實際上是兩組不可逆PWM變換器電路的組合。8.1直流脈寬調(diào)制電路的工作原理下一頁返回上一頁“H型”可逆輸出的PWM脈寬調(diào)制電路，根據(jù)輸出電壓波形的極性可分為雙極式和單極式兩種方式，它們的電路連接形式是一樣的，如圖8—