PWM-电动机系统优势分析与直流调速系统习题解答

"《电力拖动自动控制系统》习题答案提供了关于电力拖动自动控制系统的深入解析，尤其关注闭环控制的直流调速系统。" 在电力拖动领域，闭环控制的直流调速系统是一个核心话题。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系统简化了主电路，减少了所需功率器件的数量。其次，由于其高开关频率，电流流动更加连续，导致电机的谐波损耗减少，发热也较低。这不仅改善了电机的低速性能，提高了稳速精度，而且实现了更宽的调速范围，通常可达1:10000。此外，与响应速度快的电动机配合，PWM系统能提供更宽的频率响应，确保快速动态响应和增强的抗干扰能力。最后，由于功率开关器件主要在开关状态下工作，效率较高，同时在适当开关频率下，损耗也相对较小。 对于有制动通路的不可逆PWM变换器，制动过程涉及VT（电压晶体管）的工作状态变化。在制动期间，电动机需要减速时，控制电压降低，导致电枢电压平均值下降。由于机电惯性，转速和反电动势来不及变化，使得电流反向，VT1导通，形成能耗制动。随后，当电流通过VT2反向流动，产生回馈制动。在轻载电动状态，平均电流小，VT1关闭后，电流在VT2续流，短时间内产生制动效果。 调速范围是衡量电动机速度调节能力的关键指标，定义为最高转速与最低转速之比。静差率则描述了系统在恒定负载下，负载变化时速度稳定性的指标，即速度误差与理想速度之比。调速范围与静差率之间存在关系，因为当调速范围扩大，保持特定的静差率变得更加困难。如果脱离了调速范围，意味着系统的运行范围变窄，那么在较小的范围内实现特定的静差率相对容易。 调速系统的设计目标通常是兼顾调速范围和静差率，以满足不同工况下的性能需求。例如，在生产机械中，电动机需要在不同速度下保持精确的控制，这要求具备宽广的调速范围和低静差率。然而，实现这两个指标的平衡是一个挑战，特别是在大范围调速时，保持极小的静差率可能变得复杂且成本高昂。因此，脱离了调速范围，要实现指定的静差率的确变得更加容易，但这并不意味着是理想的解决方案。设计良好的电力拖动控制系统应综合考虑这些因素，以实现最优的性能和效率。