PWM-电动机系统动态性能优势与直流调速系统分析

"《电力拖动自动控制系统》第二版，由陈伯时编写，机械工业出版社出版，包含运动控制相关内容，提供了课后答案，主要探讨电力拖动自动控制系统的相关知识，尤其是直流调速系统和闭环控制技术。" 在电力拖动自动控制系统中，直流调速系统是一个重要的研究领域。本资源主要关注的是第二版教材中的闭环控制的直流调速系统，特别是PWM（脉宽调制）-电动机系统与传统的晶闸管-电动机系统的对比。PWM技术在现代电力拖动系统中广泛应用，因为它能提供更好的动态性能。 1. PWM-电动机系统的优势在于： - 系统结构简洁，使用的功率器件数量较少。 - 高开关频率使得电流波形更平滑，谐波减少，电机的损耗和发热较低。 - 能实现优异的低速性能，稳速精度高，调速范围广泛（可达到约1:10000）。 - 结合快速响应的电动机，系统的频带宽度增加，动态响应速度快，动态抗扰能力增强。 - 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，适当选择开关频率可使开关损耗保持在较低水平，提高装置效率。 - 当直流电源采用不控整流时，对电网的功率因数改善优于相控整流器。 2. 在有制动通路的不可逆PWM变换器中，制动过程涉及到VT（电压晶体管）的工作状态切换。在需要减速时，通过改变PWM信号的占空比来降低平均电枢电压。由于机电惯性，即使电枢电压降低，转速和反电动势的改变需要时间，这可能导致电流反向，VT2导通，形成能耗制动。在电流反向后，VT1会关断，电流沿特定回路流动，向电源回馈能量，同时VT1两端的压降被钳位，防止VT1再次导通，实现制动效果。 3. 调速范围（D）是指电动机最高和最低稳定转速之比，反映了系统可调速的广度。静差率（S）是系统在满负荷和空负荷下的速度差与满负荷速度的比率，它衡量了系统在不同负载下的速度稳定性。调速范围越大，允许的静差率也相应增大。如果脱离了调速范围讨论静差率，意味着在极端的速度条件下，由于负载变化对速度影响相对较小，更容易实现理想的静差率，但这并不适用于实际应用中的大部分工况。 本资源深入剖析了直流调速系统的理论与实践，特别是PWM技术的应用和控制系统的设计原理，以及性能指标如调速范围和静差率的含义与相互关系。这些内容对于理解电力拖动自动控制系统的运作机制，以及优化系统设计和性能具有重要意义。