第四章 可逆调速控制系统和 全数字调速控制器 2019/5/1.

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1 第四章 可逆调速控制系统和 全数字调速控制器 2019/5/1

2 本讲主要内容： 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、脉宽调速系统的控制电路 五、脉宽调制控制系统的特殊问题
第四章 可逆调速控制系统和 全数字调速控制器 第453讲 本讲主要内容： 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、脉宽调速系统的控制电路 五、脉宽调制控制系统的特殊问题 2019/5/1

3 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的输入与输出之间应 该满足变化规律： 2019/5/1

4 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的输入与输出之间应 该满足变化规律： PWMR的输入与输出之间存在的变化规律是什么？ 2019/5/1

5 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 假设：脉宽调速控制系统主电路中的脉宽调制变换器是“H”形双极 式控制方式。那么，所构造的脉宽调制器PWMR的输入与输出之间应 该满足变化规律： PWMR的输入与输出之间存在的变化规律是什么？ 2019/5/1

6 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 　输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。 2019/5/1

7 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 　输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。 2019/5/1

8 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 　输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。 构造要点：脉宽调制器一般采用三角波和锯齿波的原因是：输出能够同时产生与输入幅值成正比和成反比的宽度。 2019/5/1

9 第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真
第五节 直流脉宽调速控制系统及其控制系统仿真 四、 脉宽调速系统的控制电路 1.脉宽调制器PWMR的构造过程及工作原理 PWMR的输入与输出之间的变化规律是： 　输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成正比；一组成反比。 构造要点：脉宽调制器一般采用三角波和锯齿波的原因是：输出能够同时产生与输入幅值成正比和成反比的宽度。 2019/5/1

10 四、 脉宽调速系统的控制电路 根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电
四、 脉宽调速系统的控制电路　 根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电 压比较器。运算放大器工作在开环状态， 稍微有一点输入信号就可使其输出电压达 到饱和值。 2019/5/1

11 四、 脉宽调速系统的控制电路 根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电
四、 脉宽调速系统的控制电路　 根据输入与输出的关系构造出的脉宽 调制器如下图所示。脉宽调制器本身是一 个由运算放大器和几个输入信号组成的电 压比较器。运算放大器工作在开环状态， 稍微有一点输入信号就可使其输出电压达 到饱和值。 2019/5/1

12 四、 脉宽调速系统的控制电路 当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。 　加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。 　一个输入信号是三角波调制信号Uts，由三角波发生器提供，其频率是主 电路所需的开关调制频率T，—般为1～150kHz。 2019/5/1

13 四、 脉宽调速系统的控制电路 当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就 完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。 　加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号。 　一个输入信号是三角波调制信号Uts，由三角波发生器提供，其频率是主 电路所需的开关调制频率T，—般为1～150kHz。 2019/5/1

14 四、 脉宽调速系统的控制电路 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　另—个输入信号是控制电压Uct，其极性与大小随时可变，与Uts相减，从 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。 　增加延时电路是为了避免同一桥臂上下两个开关管可能出现的直通现 象，此延时电路仅对由低电平变成高电平时进行延时，对高电平变成低电 平不延时。 2019/5/1

15 四、 脉宽调速系统的控制电路 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　另—个输入信号是控制电压Uct，其极性与大小随时可变，与Uts相减，从 而在运算放大器的输出端得到周期不变、脉冲宽度可变的调制输出电压。 　增加延时电路是为了避免同一桥臂上下两个开关管可能出现的直通现 象，此延时电路仅对由低电平变成高电平时进行延时，对高电平变成低电 平不延时。 2019/5/1

16 四、 脉宽调速系统的控制电路 由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 输入电压Ub为偏移电压，其作用
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　　由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 　　输入电压Ub为偏移电压，其作用 是：修正Uct使其满足控制要求。 　　假设：偏移电压Ub=0，其时序如 右图所示。 2019/5/1

17 四、 脉宽调速系统的控制电路 由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 输入电压Ub为偏移电压，其作用
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　　由于两个输出信号大小相等极性 相反，所以要增加一个反相器。 　　输入电压Ub为偏移电压，其作用 是：修正Uct使其满足控制要求。 　　假设：偏移电压Ub=0，其时序如 右图所示。 2019/5/1

18 当Uct>0时， Uct 的作用和Uts相
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　当Uct>0时， Uct 的作用和Uts相 减，经运算放大器倒相后，输出脉冲 电压Ug2 的正半波变窄， Ug1 的正半 波变宽,如右图 所示。 2019/5/1

19 当Uct>0时， Uct 的作用和Uts相
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　当Uct>0时， Uct 的作用和Uts相 减，经运算放大器倒相后，输出脉冲 电压Ug2 的正半波变窄， Ug1 的正半 波变宽,如右图 所示。 2019/5/1

20 当Uct<0时， Uct 的作用和Uts相减，
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　当Uct<0时， Uct 的作用和Uts相减， 经运算放大器倒相后，则情况相反， 输出脉冲电压Ug2 的正半波变宽， Ug1 的正半波变窄，如右图 (红色)所示。 2019/5/1

21 四、 脉宽调速系统的控制电路 只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　　只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。 2019/5/1

22 四、 脉宽调速系统的控制电路 只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　　只要三角波的线性度足够好，输出 脉冲的宽度与控制电压Uct 的幅值：一 组成正比；一组成反比的。 2019/5/1

23 四、 脉宽调速系统的控制电路 总之：所构造的PWMR不但能满足 “输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成 正比；一组成反比”的要求，还能通过
四、 脉宽调速系统的控制电路　 　　总之：所构造的PWMR不但能满足 “输入幅值与输出脉冲的宽度，一组成 正比；一组成反比”的要求，还能通过 控制死区时间避免发生同一桥臂上下两 个开关管同时导通的现象。 2019/5/1

24 四、 脉宽调速系统的控制电路　 2.脉宽调制器PWMR的仿真技术 仿真系统与三角波脉宽调制器原理图对应关系如图所示。 2019/5/1

25 四、 脉宽调速系统的控制电路　 2.脉宽调制器PWMR的仿真技术 　观看三角波脉宽调制器的工作原理仿真结果。 2019/5/1

26 四、 脉宽调速系统的控制电路　 2.脉宽调制器PWMR的仿真技术 　观看三角波脉宽调制器的工作原理仿真结果。 2019/5/1

27 四、 脉宽调速系统的控制电路 3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 开环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。 2019/5/1

28 四、 脉宽调速系统的控制电路　 3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。 2019/5/1

29 四、 脉宽调速系统的控制电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。 3.可逆PWM调速系统原理仿真电路
四、 脉宽调速系统的控制电路　 3.可逆PWM调速系统原理仿真电路 单闭环可逆PWM调速系统仿真电路如图所示。 请观看PWM调速系统仿真实验！(DCPWM ) 2019/5/1

30 四、 脉宽调速系统的控制电路 4.PWM调速控制系统的特点 主电路线路简单，需用的功率器件少；
开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； 系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 2019/5/1

31 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 1.泵升电压问题 制控制系统就存在着下述问题。 如果脉宽调制控制系统主电路是由下图所示电路构成，那么脉宽调
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32 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 + _ 当变换器的输出电压低于电机的电枢电压时，电机将处于再生制动状态，
拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使电容上的直流电压不断上升(称为 泵升电压)，甚至损坏电容。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉， 使电容上的直流电压保持在允许范围内。 + _ 2019/5/1

33 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 _ + 当变换器的输出电压低于电机的电枢电压时，电机将处于再生制动状态，
拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使电容上的直流电压不断上升(称为 泵升电压)，甚至损坏电容。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉， 使电容上的直流电压保持在允许范围内。 _ + 2019/5/1

34 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 图中制动电阻RB和制动单元 VB的功能是消耗泵升电压。制动单元VB
由大功率晶体管GTR及其驱动电路构成，其功能是控制流经 RB的放电电 流。 2019/5/1

35 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 对于大容量的系统，一般采用可控整流，把多余的能量逆变后回馈给
电网。尽管这样作会提高初次投资，但是，系统投入运行后，时间不 长，系统节省的电费就会补偿回来。 2019/5/1

36 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 对于不宜采用能量回馈方法的脉宽调速控制系统，可采用直流共母线
　对于不宜采用能量回馈方法的脉宽调速控制系统，可采用直流共母线 的方法解决泵升电压问题，如下图所示，使用时注意不要让它们同时都 处于能量回馈状态。 2019/5/1

37 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 2.电压变化率过大问题
对于脉宽调速控制系统，人们总希望开关频率越高越好，但是，随着开关频率的提高，电压变化率随着增大，当超过大功率开关管(电力电子器件)的最高电压变化率du/dt限制时，将会导致开关管的损坏。因此，需要增加缓冲电路来降低V1～V4在每次从关断到导通时的电压增长率。 2019/5/1

38 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 2.电压变化率过大问题 与大功率开关管并联的三个元件：电阻、电容和二极管组成缓冲电
路。缓冲电路的形成过程如下： 2019/5/1

39 缓冲电路的形成过程 2019/5/1

40 缓冲电路的形成过程 2019/5/1

41 缓冲电路的形成过程 2019/5/1

42 缓冲电路的形成过程 2019/5/1

43 五、 脉宽调制控制系统的特殊问题 2.电压变化率过大问题
与大功率开关管并联的三个元件：电阻、电容和二极管组成缓冲电路。缓冲电路的形成过程如下： 2019/5/1

44 课间休息!