PWM-电动机系统的优势与直流调速系统分析

"电力拖动控制系统习题答案" 在电力拖动控制系统中，直流调速系统是一个关键领域，尤其在闭环控制中，PWM（Pulse Width Modulation）技术的应用显著提升了系统的性能。PWM—电动机系统相较于传统的晶闸管—电动机系统具有多方面的优势。首先，PWM系统采用了更简洁的主电路设计，需要的功率器件数量较少，降低了系统复杂度。其次，由于开关频率高，电流波形更加平滑，导致电机的损耗和发热减少，提高了效率。此外，PWM系统在低速运行时表现出优秀的性能，稳速精度高，调速范围宽，可以实现1:10000的宽范围调速。配合响应速度快的电动机，系统的动态响应也更为迅速，能有效抵抗外部干扰。 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（电压晶体管）的工作状态。在需要减速的情况下，通过调整控制电压使得VT1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，降低平均电枢电压。由于电机的机电惯性，反电动势E和转速无法立即改变，这导致电流i反向，VT2导通，形成能耗制动。当电流反向并达到一定条件后，VT1关断，电流沿回路4回馈到电源，同时，VT1和VT2交替导通，而VT2始终保持关断，以维持制动状态。 调速范围和静差率是衡量直流调速系统性能的两个重要指标。调速范围是指电动机最高转速与最低转速的比值，用D表示，即D = n_max / n_min。静差率则是在某一调速范围内，负载变化时电动机速度的变化率，通常用百分比表示。静差率越小，表明系统在不同负载下保持速度恒定的能力越强。调速范围和静差率的关系体现在，随着调速范围的扩大，保持相同静差率的难度增加，因为需要更精确地控制电机速度。因此，如果脱离了特定的调速范围，即使静差率较大，也相对容易实现，但这并不意味着系统的性能得到了改善，因为静差率大将导致速度稳定性下降。在设计控制系统时，需要综合考虑调速范围和静差率，以满足不同应用场合的需求。