《直流双极式脉宽调速系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流双极式脉宽调速系统设计（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-课程设计任务书学生姓名： 郭 锐 专业班级： 电气 0802 班 指导教师： 李向明 工作单位： 自动化学院 题 目: 直流双极式脉宽调速系统设计 初始条件：1.直流电机参数： PN3KW，UN220V，IN17A，nN1500r/min ，Ra0.2，励磁：它励，励磁电压 220V2.进线交流电源：三相 380V3.性能指标：系统可逆，转速、电流调节无静差要求完成的主要任务: 1.转速调节器及其反馈电路设计2.电流调节器及其反馈电路设计3.集成脉宽调制电路设计（如 3524）4.驱动电路设计（如 IR2110）5.PWM 主电路设计课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭
2、，雷同现象。满足如下要求：1对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证，说明系统工作原理。2. 画出单元电路图，说明工作原理，给出系统参数计算过程。3. 画出整体电路原理图，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。4. 可逆运行，转速和电流稳态无差转速超调量小于 10、电流超调量不超过5。时间安排：2011.6.202011.6.22 收集课程设计相关资料2011.6.232011.6.30 系统设计2011.7.12011.7.3 撰写课程设计及答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书年 月 日武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书
3、目录1 直流双极式脉宽调速原理及性能指标 .11.1 概述 .11.2 直流调速系统性能指标 .11.3 直流 PWM 可逆调速系统 .31.4 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 .52 电路设计 .62.1 电流调节器的设计 .82.2 转速调节器的设计 .102.3 集成脉宽电流设计 .112.4 驱动电路 .122.5 转速及电流检测电路 .133 调节器的参数整定 .133.1 电流调节器参数的计算 .143.2 转速调节器参数的计算 .154 心得体会 .17参考文献 .18武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书2直流双极式脉宽调速系统设计1 直流双极式脉宽调速原理及性
4、能指标1.1 概述自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统 1或直流 PWM调速系统。与 V-M 系统相比，PWM 系统在很多方面有较大的优越性：1）主电路线路简单，需用的功率器件少。2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。3）低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。4）若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。5）功率开关器件工作在开关状态，道通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高。6）直流电流采用不控整流时
5、，电网功率因素比相控整流器高。由于有以上优点直流 PWM 系统应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能中，已完全取代了 V-M 系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，脉宽调制，是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。1.2 直流调速系统的性能指标1.2.1 静态性能指标1） 调速范围 生产机械要求电动机在额定负载运行时，提供的最高转速 maxn与最低转武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书3
6、速 min之比，称为调速范围，用符号 D 表示 2） 静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落 与nN理想空载转速 之比，用百分数表示为：0n（式1.1）3）调速范围，静差率和额定速降之间的关系一般以电动机的额定转速 作为最高转速，若额定负载下的转速降落为 ，则可nN nN得调速范围与静差率之间的关系为：（式1.2）对于一个调速系统， 值一定，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统nN能够允许的调速范围也越小，一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围1.2.2 动态性能指标在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静，动态性
7、能。控制系统的动态性能指标包括对给定信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。1.跟随性能指标常用的阶跃响应跟随性能指标有上升时间，超调量和调节时间：1）上升时间 rt在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 c所经过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性。2）超调量 %在阶跃响应过程中，超过 以后，输出量有可能继续增加，到峰值时间 时达到最rt pt大值 ，然后回落。 超过稳态值 的百分数称作超调量，即maxCmaxCC（式1.3）超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比minax%10100nnseded(1)NsDmax武汉理工
8、大学运动控制系统课程设计说明书4较平稳。3）调节时间 st调节时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个调节过程的快慢。理论上要到t才稳定，为了在线性系统阶跃响应曲线上表示调节时间，认定稳态值的 （或取5%）的范围作为允许误差带，以输出量达到并不再超过该误差带所需的时间定义为调2%节时间。显然，调节时间既反映了系统的快速性，也包含着它的稳定性。2、抗扰性能指标在控制系统中，扰动量的作用点通常不同于给定量的作用点，因此系统的抗扰动态性能也不同于跟随动态性能。常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。1）动态降落 maxC系统稳定运行时，突加一定数值的扰动（如额定负载扰动）后引起转速的最大降落值 叫做动态
9、降落。max2）恢复时间 ft从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，距新稳态值 之差进入某基准2C量 的 （或 ）范围之内所需的时间，定义为恢复时间 ，其中 称为抗扰指标bC5% ftb中输出量的基准值。实际系统中对于各种动态指标的要求各有不同，要根据生产机械的具体要求而定。一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。1.3 直流 PWM 可逆调速系统可逆 PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称 H 型）电路如图 1 所示。武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书5图 1 桥式 PWM 变换器电路双极式控制可逆 PWM 变换器的四个驱动电压波形如图 2 所示。OOOOUg1
10、Ug4Ug2 Ug3UABUs-Usid id1id2 ttttton Tton T图 2 PWM 变换器的驱动电压波形他们的关系是： 。在一个开关周期内，当 时，143ggUU0ont，电枢电流 沿回路 1 流；当 时，电枢电流 回路 2 续流，这时ABsUdiontTdi。因此， 在一个周期内正负相间的脉冲波形，这是双极式 PWM 变换器的sAB特征。图 2 绘出了双极式控制时的电压和电流波形。电动机电枢电压的平均值则体现在驱动电压正，负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时， ，则 的平均值为正，电动机正2onTtABU转，反之，则反转；如果正负脉冲相等， ，平均输出电压为零，则电动机停止。t双极式控制可逆 PWM 变换器的输出平均电压为（式1onononds stttUT武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书61.4）若占空比 和电压系数 的定义与不可逆变换器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中有：（式211.5）调速时， 的可调范围为 01 相应的 。当 时， 为正，电
