两种直流PWM-M可逆调速系统的比较研究

两种直流PWM-M可逆调速系统的比较研究

李一鸣;邓斌;荣军;易学良

【摘要】直流电机具有优异的起动、调速及制动性能在直流调速领域应用广泛.研究了两种直流PWM-M调速系统,分析了它们的工作原理,并在.Matlab/Simulink.中对它们进行建模与仿真,最后对仿真结果进行了比较分析.仿真结果表明双极式PWM-M调速和受限单极式PWM-M调速系统都具有优异的动静态特性,它们均能实现直流电机的正反转,而且可以实现电机的无极调速.区别在于受限单极式PWM-M调速系统的稳定性比双极式PWM-M调速系统更加好.%DC motor with excellent starting, speeding and braking performance is widely used in the field of DC regulating speed. Two kinds of regulating speed control system for DC PWM-M are studied, and their working principles are analyzed, and the modeling and simulation of them are carried out based on

Matlab/Simulink. Finally, the simulation results are compared and analyzed, and the simulation results show that the control system of bipolar PWM-M regulating speed and the restricted unipolar PWM-M regulating speed have excellent dynamic and static characteristics, and they can all realize forward and reverse, and can also realize stepless regulating speed for DC motor. The difference is that the stability of the restricted unipolar PWM-H regulating speed system is better than the bipolar PWM-M regulating speed system.

【期刊名称】《湖南理工学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2015(028)004

【总页数】5页(P41-45)

【关键词】直流调速;双极式PWM-M调速;受限单极式PWM-M调速;建模与仿真【作者】李一鸣;邓斌;荣军;易学良

【作者单位】湖南理工学院计算机学院,湖南岳阳 414006;湖南理工学院计算机学院,湖南岳阳 414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳 414006;湖南理工学院计算机学院,湖南岳阳 414006

【正文语种】中文

【中图分类】TP341

跟异步电动机和同步电动机相比, 直流电动机是一个弱耦合系统, 它具有非常好的机械特性, 因此直流调速系统具有极好的运行性能和控制特性. 正是因为直流调速具有这么多的优点, 使得直流调速系统一直占据比较重要的地位[1,2]. 直流调速方法很多, 很多文献都介绍过, 而且取得了不错的效果[3,4]. 其中基于PWM控制技术的直流PWM-M可逆调速是最为常见的一种调速方法, 在生产和生活中比较常用. 正是基于这个原因, 本文对PWM-M直流调速中应用最广泛的双极式控制直流PWM-M调速和受限单极式控制直流PWM-M调速进行了比较研究, 最后在MATLAB/Simulink中对其进行了建模与仿真, 并对仿真结果进行了比较分析. 1.1 直流电动机调速方法

由电机与拖动理论知识可知, 直流电动机转速公式为[5]:

其中n为转速(r/min);Ia为电枢电流(A);Ua为电枢电压(V);CE为由电机结构决定的电动势常数;Ra为电枢回路总电阻(Ω); Φ为励磁磁通(Wb).

由式(1)可知, 直流电动机的调速有三种方法: 改变电枢电压Ua、通过改变励磁电流If来改变励磁磁通Φ和改变电枢电阻Ra. 本文主要针对改变电枢电压Ua进行直

流电机调速研究.

1.2 改变电枢电压调速的基本原理

由文[6]可知直流电机通过改变电枢电压的方式来改变电机速度. 在任一时刻, 只要改变占空比就可以改变电机的电枢电压, 从而可以改变电机的速度. PWM调制时电机电枢两端的电压波形如图1所示, 其电枢电压平均值可以表示为:

其中U为直流电源电压;U为电枢电压平均值;T为PWM波的周期;为PWM波的占空比;Ton为功率开关管在一个PWM周期的开通时间;

根据电机与拖动知识可知直流电动机的转速公式为[6]:

可见, 在恒转矩特性下, 直流电动机的转速n与PWM波的占空比Du成正比. 2.1 PWM控制技术的工作原理

直流电机供电电路是由电力电子器件组成的整流电路, 承担着电能的变换和控制作用. 电力电子器件以开通和关断的方式工作, 通过控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到改变电压大小的目的, 从而驱动直流电机运行, 即实现所谓的脉冲宽度调制(PWM)控制. 在直流电动机的控制中, 通过开关管的开通和关断, 在每半个周期中, 把电压的波形变换为一系列的矩形波. 假设ton为每个矩形波的宽度,toff为每两个矩形波之间的间隔宽度, 则矩形波的占空比Du可以表示为

由式(5)可知, 只要改变ton就可以轻松地改变占空比Du. 而由PWM控制技术知识可知, 直流电动机的电枢电压平均值与占空比Du成正比关系, 只需要改变占空比Du, 就可以去改变电枢电压, 这时就可以方便实现直流电机的无极调速.

2.2 双极式控制直流PWM-M调速系统的工作原理

目前常用H型的直流调速控制电路有三种, 分别为直流PWM-M调速系统、双极式控制直流PWM-M调速系统和受限极式直流PWM-M调速系统, 其中图2(a)和(b)分别为双极式H型PWM变换电路的工作原理图和工作波形图. 其工作原理分析如下:VT1和VT4的关断由Ub1和Ub4来驱动,VT2和VT3的驱动由Ub2和