直流電動機(jī)的典型控制系統(tǒng).ppt

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項目6數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動系統(tǒng),任務(wù)6.3直流電動機(jī)的典型控制系統(tǒng),單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng),不可逆PWM和橋式可逆PWM變換器主電路PWM控制電路轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),,6.3.1晶閘管直流調(diào)速控制系統(tǒng),一、晶閘管二、晶閘管可控整流電路三、介紹單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)四、介紹雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)五、可逆直流調(diào)速系統(tǒng),晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，也稱可控硅（SiliconControlledRectifier——SCR）1956年美國貝爾實(shí)驗室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國通用電氣（GE）公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品1958年商業(yè)化，開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代在電力電子器件中承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位。外形有螺栓型和平板型兩種封裝,螺旋式,平板式,一、晶閘管,G,晶閘管是具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號如圖。,(b)結(jié)構(gòu),晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號,可把晶閘管等效地看成由一個NPN型三極管V1和一個PNP型三極管V2組合而成。陽極A是V2的發(fā)射極，陰極K是V1的發(fā)射極，V1的基極與V2的集電極相連成為控制極G，而V2的基極與V1的集電極也連在一起。,（1）控制極不加電壓時IG=0，盡管這時晶閘管的陽極和陰極之間加有正向電壓，由于V1沒有基極電流輸入，因此V1和V2中只有很小的漏電流，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。,（2）控制極加正向電壓UG，而陽極通過電阻RA也加上正向電壓UA，使兩個三極管的發(fā)射結(jié)均為正向偏置，集電結(jié)均為反向偏置，均處于放大狀態(tài)。此時IG就是V1的基極電流IB1，經(jīng)V1放大后，得到V1的集電極電流IC1，而IC1又是V2的基極電流IB2，再經(jīng)V1放大，得到V2的集電極電流IC2。IC2又流入V1基極，再次放大，這樣循環(huán)下去，反復(fù)放大，形成強(qiáng)烈的正反饋，使兩個三極管迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)，即晶閘管導(dǎo)通。導(dǎo)通后，其壓降很小，電壓UA幾乎全部加到負(fù)載電阻RA上，所以晶閘管導(dǎo)通后的電流大小取決于外電路參數(shù)。,(3)若控制極不加正向電壓，而提高陽極電壓，則V1和V2中的正向漏電流增大，當(dāng)陽極電壓達(dá)到某一限度時，正向漏電流增大到能產(chǎn)生正反饋的程度，也會導(dǎo)致晶閘管的導(dǎo)通。,(4)晶閘管導(dǎo)通后，再把開關(guān)S打開，使控制電流IG消失，但由于管子本身的正反饋?zhàn)员３肿饔?，晶閘管仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此，控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，控制極就失去了控制作用。若要晶閘管回到阻斷狀態(tài)，必須使陽極電流減小到不能維持其正反饋的數(shù)值，晶閘管自行關(guān)斷，此時對應(yīng)的陽極電流稱為維持電流，用IH表示。根據(jù)這個道理，使晶閘管由導(dǎo)通狀態(tài)回到阻斷狀態(tài)，也可以將陽極與電源斷開或給陽極與陰極之間加一反向電壓。,晶閘管導(dǎo)通的條件：,1.晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。2.晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。,晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。,晶閘管關(guān)斷的條件：,1.必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。2.將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。,晶閘管的特性小結(jié),將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的變換稱為整流。所謂可控整流是指整流輸出的直流電壓是可控制的。將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，這種對應(yīng)于整流的逆向過程稱為逆變。由此產(chǎn)生整流器、逆變器以及既能實(shí)現(xiàn)整流又能實(shí)現(xiàn)逆變的變換器。,二、晶閘管可控整流電路,（1）單相半波可控整流電路（阻性負(fù)載）,u2為變壓器二次側(cè)電壓。ug為觸發(fā)脈沖。ud為輸出給負(fù)載的電壓，由于是阻性負(fù)載，電流與電壓波形一致。uVT為晶閘管兩端電壓。,從晶閘管承受正壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度稱為觸發(fā)角a而晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角θ。改變a的大小，即改變觸發(fā)脈沖到來時刻稱為移相。,u經(jīng)過零值變負(fù)之后，由于電感反電動勢eL的存在，只要eL>u，晶閘管繼續(xù)承受正向電壓，電流仍將繼續(xù)流通；從eL等于u2開始，晶閘管才開始關(guān)斷，晶閘管關(guān)斷后電壓電流變?yōu)?。,（2）單相半波可控整流電路（感性負(fù)載和續(xù)流二極管）,思考：電流能突變嗎？,由于電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電動勢(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升。,可見，在單相可控半波整流電路接電感性負(fù)載時，晶閘管的導(dǎo)通角θ將增大。負(fù)載電感愈大，導(dǎo)通角θ愈大，在一個周期中負(fù)載上負(fù)電壓所占比重就愈大，整流輸出電壓平均值就愈小。為了使晶閘管在電源電壓降到零值時能及時關(guān)斷，使負(fù)載上不出現(xiàn)負(fù)電壓，必須采取相應(yīng)措施。,解決的方法是在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個二極管。當(dāng)交流電壓u過零值變負(fù)后，二極管因承受正向電壓而導(dǎo)通，于是負(fù)載上由感應(yīng)電動勢eL產(chǎn)生的電流經(jīng)過這個二極管形成回路。因此這個二極管稱為續(xù)流二極管。這時負(fù)載兩端電壓近似為零，晶閘管因承受反向電壓而關(guān)斷。負(fù)載電阻上消耗的能量是電感元件釋放的能量。,思考提問：帶續(xù)流二極管的輸出電壓、電流波形？,當(dāng)電感足夠大時，電流始終連續(xù)，甚至接近直線。,（3）單相橋式全控整流電路（阻性負(fù)載）,單相橋式整流電路與單相半波整流電路相比，橋式整流把電源電壓的負(fù)半波也利用起來了，使輸出電壓在一個電源周期中由原來的只有一個脈波變成了有二個脈波，改善了波形，提高了輸出。,思考提問：單相橋式整流電路的輸出電壓、電流波形？,（4）單相橋式全控整流電路（感性負(fù)載和續(xù)流二極管）,當(dāng)電感足夠大時，電流接近直線。,（5）三相半波可控整流電路（阻性負(fù)載）,,,三個晶閘管的導(dǎo)通順序:,a=00（換相點(diǎn)為自然換相點(diǎn)）,a=300,a=600,電流波形io與電壓波形一致。,（6）三相半波可控整流電路（感性負(fù)載）,a=600,感性負(fù)載的三相半波可控整流電路:0300時輸出出現(xiàn)負(fù)電壓a=900時正負(fù)電壓面積相等900E1；(c)順極性連接,圖(a、b)表示直流電源E1和E2反極性相連?；芈分械碾娏鳛?電源E1、E2之間有能量傳遞，有部分電能消耗在R上。圖(c)表示直流電源E1和E2順極性相連?；芈分械碾娏鳛?順極性相連時，輸出的電能全部消耗在電阻R上。如果電阻值很小，則電路中的電流必然很大；若R=0，則形成兩個電源短路的情況，一般不允許順極性相連！,,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)時，正、反組變流器交替工作，但不能同時工作（否則相當(dāng)于兩電源順極性連接），這種控制稱為邏輯無環(huán)流控制。,兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路,電動機(jī)不轉(zhuǎn)：正反組變流器都封鎖即α正=α反=900，;電動機(jī)正轉(zhuǎn)：將正組變流器的觸發(fā)角移相使α正900反組變流器處于逆變狀態(tài)，電動機(jī)正轉(zhuǎn)慣性能量回饋電網(wǎng)；停止到反轉(zhuǎn)：正組變流器仍封鎖，反組變流器的觸發(fā)角移相使α反0，電機(jī)正轉(zhuǎn)；Uc=0，電機(jī)停止；Uc<0，電機(jī)反轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)Uc大小，則調(diào)節(jié)了脈沖的占空比，也就調(diào)節(jié)了輸出電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)了輸出轉(zhuǎn)速。,,,-,+,,,,,,-,脈寬調(diào)制,速度調(diào)節(jié)器,電流調(diào)節(jié)器,PWM基極,,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,,三角波發(fā)生器,,電流負(fù)反饋,,If,Uf,UC,四、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),M,,,TA,,,TG,,,Un,In,+,ΔU,ΔI,,1、抗負(fù)載擾動負(fù)載增大時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，速度反饋電壓Uf減小，則ΔU一定增大，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器輸出，電流指令I(lǐng)n也增大，在負(fù)載增加的瞬間，電流檢測反饋，來不及改變，則ΔI增大，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制電壓Uc增大，占空比增大，輸出電樞電壓的平均值增大，電樞電流也增大，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩提高了，使電動機(jī)升速同理，當(dāng)負(fù)載減小時，控制電路的調(diào)節(jié)過程與上述相反。2．抗電網(wǎng)電壓擾動,