直流電動(dòng)機(jī)的典型控制系統(tǒng).ppt

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項(xiàng)目6數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),任務(wù)6.3直流電動(dòng)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(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLab）發(fā)明了晶閘管1957年美國(guó)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(shí)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(chǎng)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(gè)PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖。,(b)結(jié)構(gòu),晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào),可把晶閘管等效地看成由一個(gè)NPN型三極管V1和一個(gè)PNP型三極管V2組合而成。陽(yáng)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(shí)IG=0，盡管這時(shí)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間加有正向電壓，由于V1沒(méi)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(yáng)極通過(guò)電阻RA也加上正向電壓UA，使兩個(gè)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(shí)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(gè)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(yáng)極電壓，則V1和V2中的正向漏電流增大，當(dāng)陽(yáng)極電壓達(dá)到某一限度時(shí)，正向漏電流增大到能產(chǎn)生正反饋的程度，也會(huì)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(yáng)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(shí)對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極電流稱為維持電流，用IH表示。根據(jù)這個(gè)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(yáng)極與電源斷開或給陽(yáng)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(yáng)極電路(陽(yáng)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(yáng)極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。2.將陽(yáng)極電源斷開或者在晶閘管的陽(yáng)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(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)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(gè)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(lái)時(shí)刻稱為移相。,u經(jīng)過(guò)零值變負(fù)之后，由于電感反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升。,可見(jiàn)，在單相可控半波整流電路接電感性負(fù)載時(shí)，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(gè)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(shí)能及時(shí)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(gè)二極管。當(dāng)交流電壓u過(guò)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(dòng)勢(shì)eL產(chǎn)生的電流經(jīng)過(guò)這個(gè)二極管形成回路。因此這個(gè)二極管稱為續(xù)流二極管。這時(shí)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(wèn)：帶續(xù)流二極管的輸出電壓、電流波形？,當(dāng)電感足夠大時(shí)，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(lái)了，使輸出電壓在一個(gè)電源周期中由原來(lái)的只有一個(gè)脈波變成了有二個(gè)脈波，改善了波形，提高了輸出。,思考提問(wèn)：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐返妮敵鲭妷?、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(shí)，電流接近直線。,（5）三相半波可控整流電路（阻性負(fù)載）,,,三個(gè)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(shí)輸出出現(xiàn)負(fù)電壓a=900時(shí)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。回路中的電流為,順極性相連時(shí)，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(gè)電源短路的情況，一般不允許順極性相連！,,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，正、反組變流器交替工作，但不能同時(shí)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(wú)環(huán)流控制。,兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)：正反組變流器都封鎖即α正=α反=900，;電動(dòng)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(dòng)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(dòng)負(fù)載增大時(shí)，電動(dòng)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(cè)反饋，來(lái)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(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩提高了，使電動(dòng)機(jī)升速同理，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，控制電路的調(diào)節(jié)過(guò)程與上述相反。2．抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng),