2)直流脉宽调速系统的机械特性 由于采用脉宽调制,严格地说,即使在稳态情况下,脉宽调速系统的转矩和转速也都是 脉动的,所谓稳态,是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态,机械特性是平均转 速与平均转矩(电流)的关系。 采用不同形式的PWM变换器,系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可 逆电路和双极式控制的可逆电路,电流的方向是可逆的,无论是重载还是轻载,电流波形都 是连续的,因此机械特性的关系比较简单。图1-20是电流连续时脉宽调速系统在第一、二象 限的机械特性。 y=0.75 y=0.5 教 Id -Te ld. Te 案 图1-20脉宽调速系统的机械特性曲线(电流连续),ms=U/Cε 3)PWM控制与变换器的数学模型 PwM控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。根据前面的波形 分析,当控制电压U改变时,pWM变换器输出平均电压Ud按线性规律变化,但其响应会 有延迟,最大的时延是一个开关周期T。因此,PWM控制与变换器也可以看成是一个滞后环 节,其传递函数可以写成: Ws(s) U4(s) U(s 式中 K-PWM装置的放大系数 Ts一PWM装置的延迟时间,Ts≤T0 与晶闸管装置一样,PWM装置可以近似看成是一个一阶惯性环节: (s)≈K 4)电能回馈与泵升电压的限制 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生,并采用大电容C 滤波,以获得恒定的直流电压 对于PWM变换器中的滤波电容,其作用除滤波外,还有当电机制动时吸收运行系统动 能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电,不可能回馈电能,电机制动时只好对滤波电 容充电,这将使电容两端电压升高,称作“泵升电压
教 案 2）直流脉宽调速系统的机械特性 由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转速也都是 脉动的，所谓稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转 速与平均转矩（电流）的关系。 采用不同形式的 PWM 变换器，系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可 逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都 是连续的，因此机械特性的关系比较简单。图 1-20 是电流连续时脉宽调速系统在第一、二象 限的机械特性。 3）PWM 控制与变换器的数学模型 PWM 控制与变换器的动态数学模型和晶闸管触发与整流装置基本一致。根据前面的波形 分析，当控制电压 Uc 改变时，PWM 变换器输出平均电压 Ud 按线性规律变化，但其响应会 有延迟，最大的时延是一个开关周期 T。因此，PWM 控制与变换器也可以看成是一个滞后环 节，其传递函数可以写成： 式中 Ks — PWM 装置的放大系数； T s — PWM 装置的延迟时间， T s ≤ T 0 。 与晶闸管装置一样， PWM 装置可以近似看成是一个一阶惯性环节： 4）电能回馈与泵升电压的限制 PWM 变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容 C 滤波，以获得恒定的直流电压。 对于 PWM 变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动 能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电 容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。 图1-20 脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0s＝Us /Ce n –Id , –Te O n0s 0.5n0s 0.25n0s Id , Te =1 = 0.75 = 0.5 = 0.25 T s K U s U s W s s e ( ) ( ) ( ) s c d s − = = 1 ( ) s s s + T s K W s
泵升电压的限制可以采用制动电阻来消耗电容上的过多储能来解决,电路如图1-22所 斥。当然对大容量的系统,为了提高效率,可以在直流回路接入逆变器,把多余的能量逆变 回馈到电网。 R,制动电阻 过电压信号 图1-22泵升电压的限制控制 教 案
教 案 泵升电压的限制可以采用制动电阻来消耗电容上的过多储能来解决，电路如图 1-22 所 示。当然对大容量的系统，为了提高效率，可以在直流回路接入逆变器，把多余的能量逆变 回馈到电网。 + - Us C Rb VTb 过电压信号 Us 制动电阻 VTb C + 图 1-22 泵升电压的限制控制
教学内容第1章闭环松制的算流调池系统 系统的稳态分析和设计 通过本节的学习,使得学生能够正确理解生产工艺对转速控制的要 求,正确理解稳态性能指标以及之间的关系。掌握闭环调速系统的组成以 教学目的及其静特性改善的本质,正确理解反馈控制的三个基本规律。掌握闭环直 流调速系统稳态参数的计算方法。正确理解引入电流截止负反馈的意义, 掌握带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统的有关计算方法。 调速系统的稳态性能指标的意义和它们之间的关系 教学重点 转速闭环直流调速系统的组成原理以及静特性分析 反馈控制三个基本规律的理解 电流截止负反馈的作用和系统构成原理及分析 建议学时3学时 教学教具与方法多媒体教学系统、讲授(PT 转速控制的要求和调速指标 根据实际现场生产工艺的需要,归纳出对调速系统转速控制的三方面要求,即调速、 稳速和加减速。引入调速系统的稳态性能指标:调速范围和静差率。说明调速范围、静差 率和稳态速降之间的关系 、开环调速系统及其存在的问题 通过例子说明,开环调速系统很难满足生产工艺所要求的性能指标 闭环调速系统的组成及其静特性 通过上面的分析可知,开环调速系统性能指标差的原因是电动机电枢回路的电阻所引 起的速度降落太大。为此,引入转速反馈构成转速闭环调速系统,分析转速闭环调速系统 教学过程 的原理和静特性。分析开环系统机械特性和转速闭环系统静特性的关系。深刻理解转速闭 环系统稳态速降减少的物理意义, 四、反馈控制规律 结合转速闭环调速系统原理图,深入分析反馈控制系统的三个基本特征或基本规律 五、闭环直流调速系统稳态参数的计算 通过例子说明闭环直流调速系统稳态参数的计算方法。 、带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统 引入电流截止负反馈的目的是解决转速闭环直流调速系统的起动问题以及过流保护 的问题。分析电流截止负反馈环节的原理以及电流检测的方法。分析带电流截止负反馈的 转速闭环直流调速系统的结构原理。画出系统的稳态结构图,分析系统的静特性。深刻理 解带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统静特性的特点。进行电流截止点和堵转点的 计算
教学内容 第 1 章 闭环控制的直流调速系统 1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 教学目的 通过本节的学习，使得学生能够正确理解生产工艺对转速控制的要 求，正确理解稳态性能指标以及之间的关系。掌握闭环调速系统的组成以 及其静特性改善的本质。正确理解反馈控制的三个基本规律。掌握闭环直 流调速系统稳态参数的计算方法。正确理解引入电流截止负反馈的意义， 掌握带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统的有关计算方法。 教学重点 调速系统的稳态性能指标的意义和它们之间的关系； 转速闭环直流调速系统的组成原理以及静特性分析； 反馈控制三个基本规律的理解； 电流截止负反馈的作用和系统构成原理及分析。 建议学时 3 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统、讲授（PPT） 教 学 过 程 一、转速控制的要求和调速指标 根据实际现场生产工艺的需要，归纳出对调速系统转速控制的三方面要求，即调速、 稳速和加减速。引入调速系统的稳态性能指标：调速范围和静差率。说明调速范围、静差 率和稳态速降之间的关系。 二、开环调速系统及其存在的问题 通过例子说明，开环调速系统很难满足生产工艺所要求的性能指标。 三、闭环调速系统的组成及其静特性 通过上面的分析可知，开环调速系统性能指标差的原因是电动机电枢回路的电阻所引 起的速度降落太大。为此，引入转速反馈构成转速闭环调速系统，分析转速闭环调速系统 的原理和静特性。分析开环系统机械特性和转速闭环系统静特性的关系。深刻理解转速闭 环系统稳态速降减少的物理意义。 四、反馈控制规律 结合转速闭环调速系统原理图，深入分析反馈控制系统的三个基本特征或基本规律。 五、闭环直流调速系统稳态参数的计算 通过例子说明闭环直流调速系统稳态参数的计算方法。 六、带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统 引入电流截止负反馈的目的是解决转速闭环直流调速系统的起动问题以及过流保护 的问题。分析电流截止负反馈环节的原理以及电流检测的方法。分析带电流截止负反馈的 转速闭环直流调速系统的结构原理。画出系统的稳态结构图，分析系统的静特性。深刻理 解带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统静特性的特点。进行电流截止点和堵转点的 计算