PWM-电动机系统优势与直流调速系统分析

"《电力拖动自动控制系统》-运动控制系统(第三版)习题答案包含的是关于电力拖动自动控制系统中的运动控制系统的练习题解答，主要关注闭环控制的直流调速系统及其相关知识点。" 在电力拖动自动控制系统中，闭环控制的直流调速系统是一个重要的研究领域。PWM—电动机系统相对于传统的晶闸管—电动机系统具有显著的优势。首先，PWM系统采用的主电路结构更简洁，需要的功率器件数量较少。其次，由于其开关频率高，电流波形更平滑，减少了谐波影响，电机运行时的损耗和发热较小。此外，PWM系统在低速运行时表现出良好的性能，能提供高稳速精度和宽广的调速范围，可达到约1:10000的比例。如果配合响应快速的电动机，系统的动态性能也会增强，响应速度快，对外部扰动的抑制能力更强。另外，由于功率开关器件主要在开关状态下工作，其导通损耗小，适当选择开关频率还可以降低开关损耗，提高整个装置的效率。最后，当直流电源采用不控整流时，对电网的功率因数影响更小。 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（功率开关元件）的工作状态。在需要减速时，通过调整PWM信号，使电枢电压的平均值降低。由于机电惯性，转速和反电动势来不及相应改变，导致电流反向，VT1截止，而VT2导通，形成能耗制动。在电流反向并达到一定条件后，VT1再次导通，形成回馈制动。在轻载电动状态，由于平均电流小，VT1关闭后电流可能在下一个PWM周期前就衰减至零，导致VT2提前导通，产生短暂的制动效果。 调速范围（D）定义为电动机最高和最低转速的比率，用于衡量系统的调速能力。静差率（S）则是指在恒定负载下，当电动机转速从高速降到低速时，转速的实际变化量与理想无静差状态下的转速变化量之比。调速范围、静差率和最小静差率之间的关系表明，一个系统的调速范围越宽，其能够实现的静差率越小，意味着在宽泛的速度范围内可以保持更精确的稳定。因此，如果脱离了调速范围讨论静差率，那么在理论上实现任意小的静差率变得更加容易，因为没有了速度变化范围的限制。然而，在实际应用中，考虑到设备的物理限制和控制复杂性，要在一个大的调速范围内实现非常小的静差率是非常具有挑战性的。