PWM-电动机系统动态性能优势分析

"运动控制课后习题，包含陈博识第三版教材的解答，涉及直流调速系统、PWM技术和制动过程的分析，以及调速范围和静差率的定义和关系。" 在运动控制领域，闭环控制的直流调速系统是重要的研究对象。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系统的主电路设计更为简洁，所需的功率器件数量较少。其次，由于其较高的开关频率，使得电流波形更接近于理想直流，因此电机的损耗和发热都相对较小。此外，PWM系统在低速运行时表现出良好的性能，具备高稳速精度和宽调速范围，可达1:10000左右。如果配合响应速度快的电动机，系统可以实现更宽的频带，动态响应更快，对扰动的抑制能力更强。再者，功率开关器件在PWM系统中主要处于开关状态，降低了导通损耗，适当选择开关频率还能有效控制开关损耗，提高装置效率。最后，当直流电源采用不控整流时，电网功率因数相比相控整流器更高。 关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。在制动状态下，当需要减速时，通过调整控制电压使得电流反向，VT1导通，电流沿回路3流动，产生能耗制动；VT2则在特定时间后关断，电流通过VT1续流，同时两端电压被钳位，防止VT1再次导通。在轻载电动状态，平均电流小，VT1关断后电流迅速衰减至零，VT2会提前导通，产生短暂制动效果。 调速范围(D)是指电动机在额定负载下最高转速与最低转速的比值，用于衡量系统的速度调节能力。静差率(s)则是指系统在某一恒定负载下，当转速变化时，实际转速与理想无静差转速之间的差值与理想无静差转速的比率。调速范围、静差率和静差速降之间存在关联，因为在一个大的调速范围内，保持较低的静差率变得更具挑战性。当脱离了特定的调速范围，静差率的满足条件可能会变得相对容易，但这并不意味着系统性能得到提升，反而可能牺牲了速度控制的精确性。因此，设计时需要综合考虑调速范围和静差率，以确保系统在实际应用中的性能表现。