PWM-电动机系统动态性能优势分析及直流调速系统

"电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)++课后习题答案" 本文将深入探讨电力拖动自动控制系统的相关知识点，以第一章闭环控制的直流调速系统为例，重点关注PWM（脉宽调制）-电动机系统的优势以及有制动通路的不可逆PWM变换器的工作原理。 PWM—电动机系统相比晶闸管—电动机系统具有显著的动态性能优势。首先，PWM系统的主电路设计更为简洁，所需的功率器件数量较少。其次，由于其较高的开关频率，电流可以更平滑地变化，减少了谐波干扰，从而降低了电机的损耗和发热。此外，PWM系统在低速运行时表现出良好的性能，具备高稳速精度，调速范围广泛，可以达到1:10000左右。与响应速度快的电动机配合，PWM系统能实现宽频带和快速动态响应，增强了系统的抗扰动能力。最后，PWM系统的功率开关器件主要在开关状态下工作，导通损耗小，适当选择开关频率可减少开关损耗，提高装置效率。如果直流电源采用不控整流，与相控整流器相比，电网功率因数更高。 对于有制动通路的不可逆PWM变换器，其制动过程涉及到两个VT（功率开关器件）的工作状态。在需要减速的电动运行阶段，通过减小控制电压，导致平均电枢电压下降。然而，由于机电惯性，转速和反电动势来不及变化，使得电流方向反转。此时，VT1导通，电流沿特定回路产生能耗制动，而VT2则处于关断状态。在轻载电动状态，平均电流小，VT1关断后，电流在VT2续流至零之前反转，产生局部时间的制动作用。 调速范围和静差率是衡量控制系统性能的重要指标。调速范围是指电动机最高转速与最低转速之比，而静差率是系统在恒定负载下，运行速度与理想速度之间的偏差。调速范围大意味着系统可以适应更广泛的转速需求，而静差率小则表明系统的稳速精度高。调速范围、静差速降和最小静差率之间存在直接关系：调速范围越大，允许的静差率就越小，因为更大的调速范围意味着在更广的速度区间内需要保持稳定的精度。反之，如果脱离了调速范围，即只关注某一较小速度区间，那么满足较低的静差率变得相对容易。 电力拖动自动控制系统的核心在于实现高效、精确的调速，而PWM技术提供了这样的可能性。理解其工作原理和优势，以及如何通过调速范围和静差率来评估系统性能，对于设计和优化电力拖动控制系统至关重要。