可控直流电源-电动机系统.ppt

运动控制系统
第1篇
直流调速系统
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直流电动机的调速方法
直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系可表示为：
－转速（r/min）
－电枢电压(V)
－电枢电流(A)
－电枢回路总电阻(Ω)
－励磁磁通（Wb）
（b）电流断续
当负载电流较小时，电感中的储能较少，
等到Id下降到零时，造成电流波形断续。
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相控整流直流调速系统的 机械特性及数学模型
当电流连续时，V－M系统的机械特性方程式为
1．相控整流器－电动机系统的机械特性
（1－8）
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式（1-8）中
——电机在额定磁通下的电动势系数，
——电枢回路总电阻
，
——电枢回路电阻，
——电抗器电阻，
——整流装置内阻。
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当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方程要复杂得多。
电流断续区与电流连续区的分界线是 的曲线，当 时，电流便开始连续了。
——一个电流脉波的导通角。
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图1－6 V-M系统机械特性
在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。
在电流连续区，显示出较硬的机械特性；
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2．晶闸管触发电路和整流装置 的数学模型
晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。
在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节，
得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。
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放大系数的计算
图1-7 晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定
（1-12）
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晶闸管触发和整流装置的输入量是ΔUc，输出量是ΔUd，晶闸管触发电路和整流装置的放大系数Ks 。
如果没有得到实测特性，也可根据装置的参数估算。
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失控时间和纯滞后环节
滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。
失控时间是个随机值。
最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
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式中，f－交流电源频率(Hz)，
m——一周内整流电压的脉波数。
(1-13)
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图1－8 晶闸管触发与整流装置的失控时间
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Ts 值的选取
一般采用平均失控时间 。
如果按最严重情况考虑，则取 。
表1－2 晶闸管整流器的失控时间
整流电路形式
最大失控时间
Tsmax(ms)
平均失控时间 Ts(ms)
单相半波
单相桥式（全波）
三相半波
三相桥式
20
10


10
5


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晶闸管触发电路与整流装置的传递函数
滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。
输入输出关系为：
传递函数为
（1－14）
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传递函数的简化
按泰勒级数展开，可得
依据工程近似处理的原则，可忽略高次项，把整流装置近似看作一阶惯性环节
（1-16）
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动态结构框图
图1－9 晶闸管触发与整流装置动态结构图
准确的
近似的
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直流PWM变换器-电动机系统
直流PWM变换器
直流脉宽变换器，或称直流PWM变换器，是在全控型电力电子器件问世以后出现的能取代相控整流器的直流电源。
根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类。
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图1-10 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
Us—直流电源电压 C—滤波电容器 VT—功率开关器件
VD—续流二极管 M—直流电动机
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电压和电流波形
图1-10 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
（b）电压和电流波形
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在一个开关周期T内，
当0≤t＜ton时，Ug为正，VT饱和导通，电源电压Us通过VT加到直流电动机电枢两端。
当 ton ≤t＜T时，Ug为负，VT关断，电枢电路中的电流通过续流二极管VD续流，直流电动机电枢电压等于零。
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输出电压方程
直流电动机电枢两端的平均电压为
改变占空比 ，即可改变直流电动机电枢平均电压。
令 为PWM电压系数，则在不可逆PWM变换器中
（1-17）
（1-18）
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有制动电流通路的不可逆 PWM-直流电动机系统
(a) 电路原理图
图1-11 有制动电流通路的不可逆PWM——直流电动机系统
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电动状