PWM-电动机系统的优势与直流调速系统的动态性能分析

"电力拖动自动控制系统习题答案 陈伯时主编 机械工业出版社" 电力拖动自动控制系统是电气工程领域中的一个重要分支，主要研究如何通过电力驱动设备来实现对机械设备运动的精确控制。本资源提供了该领域的一份习题解答，由陈伯时主编，并由机械工业出版社出版，主要关注的是闭环控制的直流调速系统。 第一章的核心知识点是PWM（脉宽调制）-电动机系统的优点和有制动通路的不可逆PWM变换器的工作原理。PWM技术在直流调速系统中的应用显著提升了系统的动态性能。相比于传统的晶闸管-电动机系统，PWM系统具有以下优势： 1. **电路简化**：PWM系统主电路结构更为简洁，所需的功率器件数量减少。 2. **高频开关**：开关频率高，使得电流波形更平滑，减少了谐波，降低了电机的损耗和发热。 3. **优异的低速性能**：系统能提供高精度的稳速控制，调速范围广泛，可达到1:10000左右。 4. **快速响应**：与响应速度快的电动机配合，系统具有较宽的频带和快速的动态响应，增强了抗干扰能力。 5. **高效能**：功率开关器件主要工作在开关状态，导通损耗小，适当选择开关频率可减小开关损耗，提高装置效率。 6. **高功率因数**：如果直流电源采用不控整流，其对电网的功率因数高于相控整流器。 关于有制动通路的不可逆PWM变换器，当需要制动时，两个VT（功率开关器件）的工作模式如下：在电动运行过程中需要减速时，控制电压减小，导致电流反向，VT1导通产生能耗制动；当电流衰减至零，VT2会提前导通，电流反向，形成局部时间的制动作用。在轻载电动状态下，VT1和VT2交替导通，而VT1始终保持关断。 此外，习题中还涉及了调速范围和静差率的概念。调速范围（D）定义为电动机最高转速与最低转速之比，它反映了系统能提供的速度调节范围。静差率则描述了系统在恒定负载下，当速度变化时，输出转速与理想设定值之间的偏差比例。调速范围与静差率的关系体现在，较大的调速范围意味着更宽的速度控制区间，但同时也可能使得保持较低的静差率变得更具挑战性。因此，脱离了特定的调速范围，实现给定的静差率要求就相对容易一些，因为控制范围缩小了，系统的调整空间更大。 这份习题答案涵盖了电力拖动自动控制系统的重点内容，包括PWM调速系统的优势和具体工作原理，以及调速系统性能指标的分析，对于学习和理解电力拖动控制系统具有很高的参考价值。