闭环控制的直流调速系统是电力拖动领域中一种重要的调速方式,相较于传统的晶闸管-电动机系统,PWM(脉宽调制)-电动机系统具备诸多优势。PWM系统的主电路结构简洁,所需的功率器件数量较少,降低了硬件成本。由于其开关频率高,使得电流波形更接近于理想直流,减少了谐波,从而降低了电机的损耗和发热,提高了工作效率。此外,PWM系统在低速运行时表现出优秀的性能,能提供更高的稳速精度,调速范围广泛,可达1:10000左右。与响应速度快的电动机配合,系统频带宽,动态响应快,抗扰能力更强,且在功率开关器件工作在开关状态时,其导通损耗小,适当选择开关频率,开关损耗也不会太大,从而使得装置效率较高。如果采用不控整流的直流电源,电网功率因数也会比相控整流器更高。
在有制动通路的不可逆PWM变换器中,制动过程涉及VT1和VT2的工作状态。在电动运行需要减速时,通过改变控制电压,使得电枢电压平均值降低,但由于机电惯性,转速和反电动势来不及变化,导致电流反向,VT1截止,VT2导通,形成能耗制动。在轻载电动状态,平均电流小,VT1关断后,续流使电流反向,产生短暂制动作用。
调速范围(D)定义为电动机最高转速与最低转速的比值,反映了系统可调的转速范围。静差率(s)则是负载从理想空载增加到额定值时,转速降落与理想空载转速的比例,它是衡量系统稳态精度的指标。调速范围与静差率之间存在反比关系,若要求更严格的静差率,调速范围会相应减小。例如,一个调速系统最高转速为1500r/min,最低转速为150r/min,额定负载时速度降落为15r/min,其调速范围为10,静差率为10%。
在闭环调速系统中,如果要求静差率不超过2%,系统允许的静态速降计算公式为0.02 * (最高转速 - 最低转速),例如,系统最高转速1500r/min,最低转速150r/min,静态速降为30r/min。开环放大倍数(K)与闭环系统的静态速降成反比,即100r/min的开环速降对应于30r/min的闭环速降时,开环放大倍数应为100/30=3.33。当开环放大倍数提高到30时,速降将降低至8r/min;在相同静差率要求下,调速范围可扩大至原来的3.33倍,即从1500r/min到495r/min。
闭环控制的直流调速系统通过PWM技术实现了更优的性能,包括高效、精确的控制和良好的动态响应。调速范围和静差率的平衡决定了系统在不同工况下的稳定性和适用性。通过调整开环放大倍数,可以优化系统的静态速降,进而扩展调速范围,满足不同应用需求。