PWM-电动机系统动态性能优势及制动原理详解

电力拖动自动控制系统是现代工业自动化中的重要组成部分，它主要涉及直流电动机的调速控制，以实现设备的高效运行和精确操作。本章节深入探讨了闭环控制的直流调速系统，特别是PWM（脉宽调制）电动机系统的优点。 1. PWM电动机系统相较于晶闸管-电动机系统，具有显著的动态性能优势。首先，其主电路设计简洁，所需功率器件较少，降低了复杂性和成本。其次，PWM技术采用高频开关，使得电流更易于连续，谐波干扰小，从而减少电机的损耗和发热。此外，PWM系统在低速运行时表现出色，稳速精度高，调速范围宽达1:10000，这对于精密控制至关重要。配合快速响应电动机，系统具有宽广的频带，动态响应快，抗扰动能力强，适合于对速度控制要求严格的场合。功率开关器件在开关状态下工作，导通损耗小，随着开关频率优化，损耗进一步降低，使得系统效率更高。最后，PWM系统采用不控整流，有利于提高电网的功率因数。 2. PWM变换器在有制动通路的情况下，如需减速，VT1和VT2元件协同工作。制动时，控制电压下降，导致VT1导通的正脉冲变窄，负脉冲变宽，平均电枢电压降低，驱动电流反向。VT2随后导通，产生能耗制动。当电流反向达到一定值时，VT1截止，电流通过续流二极管VD2和VT2回路回馈至电源，同时VT2保持导通以钳位电压，防止VT1重新导通。在轻载状态下，VT1关闭后，电流通过VD2很快衰减到零，VT2提前导通，短暂制动。 3. 调速范围是指电动机可提供的最高转速与最低转速的比值，反映了系统的动态调节能力。静差率则是衡量系统在稳定运行时转速与给定转速之间的偏差程度。调速范围、静差率和最小静差率之间存在相互制约关系。当系统接近其最大和最小转速时，静差率增大；反之，远离这些边界，静差率减小，因此在调速范围之外，为了满足特定的静差率要求，系统可以有更大的操作空间，控制起来相对更容易。 总结来说，闭环控制的直流调速系统，特别是PWM技术的应用，为电力拖动自动控制带来了高性能和高精度的优势，理解其工作原理和关键参数对于优化系统设计和实现高效能运行至关重要。同时，掌握制动过程中的VT控制策略，有助于在实际应用中灵活应对各种工况，确保系统的可靠性和稳定性。