PWM-电动机系统优势与直流调速系统分析

"电力拖动自动控制系统答案，包含电力拖动控制系统第3版课后习题的完整PDF格式答案，专注于电拖领域的解答。" 在电力拖动自动控制系统中，直流调速系统的动态性能至关重要。PWM（脉宽调制）-电动机系统相比传统的晶闸管-电动机系统，具有显著优势。首先，PWM系统的主电路结构简洁，所需的功率器件数量较少。其次，由于其开关频率高，使得电流近似连续，产生的谐波少，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色，具有高稳速精度和宽调速范围（约1:10000）。如果配合响应快速的电动机，系统能实现更宽的频率响应，动态响应迅速，对扰动的抑制能力增强。再者，由于功率开关器件主要工作在开关状态，其导通损耗小，适当选择开关频率还可降低开关损耗，提高装置效率。最后，采用不控整流的直流电源，对电网的功率因数比使用相控整流器时更高。 对于有制动通路的不可逆PWM变换器，制动过程涉及到两个VT（晶闸管）的工作状态。在需要减速时，控制电压减小，导致平均电枢电压下降。由于电机的机电惯性，反电动势无法立即跟随变化，从而使电流反向，VT1截止，VT2导通，形成能耗制动。当电流减小至零，VT2也会提前导通，使电流反向，对电源回馈能量，同时防止VT1导通。在轻载电动状态下，电流在VT1截止后尚未衰减到零时，VT2会提前导通，产生短暂的制动效果。 调速范围是衡量电力拖动系统性能的重要指标，定义为电动机最高转速与最低转速的比值，通常指在额定负载下的转速范围。静差率是指在系统稳定运行时，负载变化引起的转速变化与理想无静差状态下的转速差值的比例。调速范围、静差率和静差速降之间存在关系：静差率越小，意味着系统在不同速度下的转速稳定性越好，但实现这样的静差率可能需要更大的调速范围。反之，如果脱离了调速范围的限制，要满足特定的静差率就会变得相对容易，因为可以在更小的速度范围内调整，但这也可能导致系统在某些速度下的性能下降。因此，设计电力拖动控制系统时，需要综合考虑调速范围、静差率和实际应用需求来达到最佳性能平衡。