PWM-电动机系统优势分析与直流调速系统解析

"《电力拖动自动控制系统》习题答案——陈伯时版" 在电力拖动自动控制系统中，闭环控制的直流调速系统是重要的研究领域。PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）-电动机系统相对于传统的晶闸管-电动机系统具有显著的优势。首先，PWM系统的主电路设计更为简洁，所需的功率器件数量较少，降低了系统复杂性。其次，由于开关频率高，PWM调制使得电流近似于连续，减少了谐波，进而降低了电机的损耗和发热。这不仅提高了电机的运行效率，还改善了低速性能，实现更高的稳速精度和更宽的调速范围，可以达到1:10000左右。 此外，PWM系统的动态响应非常快，与快速响应电动机配合使用时，系统的频带宽，抗扰动能力强。功率开关器件主要在开关状态下工作，其导通损耗小，适当选择开关频率还能有效控制开关损耗，提高装置效率。在直流电源采用不控整流的情况下，与相控整流器相比，PWM系统能提供更高的电网功率因数。 在有制动通路的不可逆PWM变换器中，制动过程涉及到两个VT（电压晶体管）的工作状态切换。在需要减速时，控制电压减小，导致VT1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使电枢电压平均值下降。由于机电惯性，转速和反电动势无法立即变化，因此会出现负向电流，此时VT1截止，VT2导通，形成能耗制动。在电流反向并达到一定条件后，VT2会关断，电流通过VT1续流，向电源回馈，同时VT1两端的电压钳位，防止VT2再次导通。在轻载电动状态，电流衰减较快，VT1会提前导通，产生短暂的制动效果。 调速范围是衡量电动机调速能力的重要指标，定义为最高转速与最低转速之比，通常以D表示。静差率则描述了在额定负载下，系统在设定速度下运行时，实际速度与设定速度之间的差异。调速范围大意味着系统能够覆盖更广的速度区间，而静差率小则表明系统的速度稳定性高。静差速降是指在调速范围内，速度的变化量。调速范围和静差率之间的关系在于，调速范围越宽，意味着在更广泛的转速区间内可以保持较低的静差率，但随着调速范围的增大，维持特定静差率的难度也会增加。因此，如果脱离了调速范围讨论静差率，那么理论上可以轻易实现非常低的静差率，但这并不意味着在实际应用中能够轻易达到这样的性能。 总结来说，《电力拖动自动控制系统》中的习题涉及了PWM调速系统的优势、制动过程中的VT工作原理以及调速系统的关键性能参数调速范围和静差率的定义及其相互关系。理解这些知识点对于深入掌握电力拖动系统的控制策略和性能评估至关重要。