实验三十三 双闭环控制的直流脉宽调速系统(H桥)一、实验目的(1) 了解PWM全桥直流调速系统的工作原理2) 分析电流环与速度环在直流调速系统中的作用二、实验所需挂件及附件序号编号备注1・DJK01电源控制屏该挂件包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块2.DJK08可调电阻、电容箱3.DJK09单相调压与可调负载4.DJK17双闭环H桥DC/DC变换直流 调速系统5.DD03-2电机导轨、测速发电机及转 速表或DD03-2电机导轨、光码盘测速系统及数显转速表6.DJ13-1直流发电机7.DJ15 H流并励电动机8.042三相口J调电阻9.慢扫描示波器口备10.万用表三、实验线路及原理本实验系统原理框图如图5-12所示:ua图5-12双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统原理框图(1) 系统组成给定值Ug与速度反馈量Um叠加后经速度调节器ASR的PI调节作为电流 环的给定输入，它与电流反馈量Ufi叠加后经电流调节器ACR的PI调节向PWM 调节器输出一控制电平Uc, PWM调制器产生一频率不变的矩形脉冲波，其脉 冲宽度即占空比将随Uc值的变化而改变，其占空比可调范围0 lo此PWM脉冲经逻辑延时，功放、隔离等处理后，送到开关器件(IGBT管)的栅 极。
外加直流电源Us经H全桥逆变电路输出一与占空比 相对应的调制电压, 经平波电抗器Ld张动直流电机M,发电机G则作为电动机的负载，由同轴上 的测速发电机取得速度反馈信号电流反馈信号取口主电路的取样电阻Rs 两端2) PWM的生成原理在图5-12中，PWM调制器用于产生一路PWM脉冲波，它是由专用芯片TL494 产生，其内部原理图如图5-13所示:NoinvInputInvInputComp InputDeadtimeControlCtRtGrou ndClNoinvInputInvInputVrefOutput ControlVccC2E2El图5-13 TL494的内部原理图在本实验中，把PWM调制器接成图5-14所示:图5-14 PWM波形发生器外围接线图上图中只利用了 TL494的一组输出脉冲只要控制TL494的输入端即“1”脚 输入一电平，即可以在输出端“8”脚相应地得到占空比可调节的PW脉冲, 其中PWM脉冲的频率为5. 7KHzo(3) H桥逆变电路结构原理II桥DC/DC逆变电路的结构图如图5-15所示DCU$-220VVT1VT3Vd3VD1ZKVT4VD4VT2UG2 —Rs\/n9■ZKUg4 —ZKZKSI JIC3 I g —CMLLII &nl□ I50 —图5-15双闭环H桥DC/DC变换直流调速系统功能原理框图本实验系统的主电路采用单极性PWM控制方式，其中主电路由四个IGBT 管构成H桥，G1〜G4分别由PWM产生电路产生后经过驱动电路放大，再送到 IGBT相应的栅极，用以控制IGBT管的通断。
单极性的控制方式是这样进行 控制的：在图5-15中，左边两个管子的驱动脉冲Ugi=-Ug2,使VT1和VT2交 替导通；而右边两管VT3、VT4因电机的转向施加不同的直流控制信号在电 机正转时，VG4恒为正，VG3恒为负，使VT4常通，VT3截止在电机反转时,VT4截止而VT3常通四个快恢复二极管VD1〜VD4用于逆变电路的续流其中电流调节器的电流反馈量是由主冋路中的取样电阻Rs进行取样的 速度反馈量取自测速发电机输出的电压值本实验系统可设定不同的给定量、速度反馈量及电流反馈量，以完成开环、 电流单闭环、速度单闭环及双闭环的调速实验由于给定量Ug恒为正，因此速度反馈量必须为负值，在需用到速度闭环 时必须检测测速发电机提供的输出电压的极性，将正端连接到面板T1端，负 值端连接到而板的T2端(而板上左边的接线柱为T1,右边的接线柱为T2端) 面板上的转向选择开关改变，速度信号与Ti、T2端的连线也相应改变四、 实验内容(1) 观测并记录在电机正、反转时，H桥四个臂开关器件的不同控制逻辑2) 观测并记录电枢回路电流Id随给定电压际负载电阻Rg改变的波形3) 电机的正、反转机械特性n二f (Id)的测定。
4) 电机的正、反转控制特性n=f (Ug)的测定五、 预习题(1) 在驱动脉冲形成过程中，为什么要加逻辑延时(死区)，延时过长会 影响那些指标？(2) H桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点？(3) 加大传速反馈深度会对调速系统哪些指标产生影响？六、实验方法(1) 电机在正、反转时II桥开关器件控制波形的观测:按系统原理图1-1连接线路此吋测速发电机输出暂不接入控制系统中 电流反馈量电位器调至零，使系统处于开环状态闭合本调速系统的控制电 源，再闭合捉供的直流电源Us用示波器观测TL494输出的PWM脉冲，通过调节给定电压量调节电位器 使输出脉冲占空比为 二100%,用万用表测量此时的UC二Ucmax,并记录之调节Ug至占空比约50%,用双踪示波器同时观测而板上驱动正脉冲G1-E1 与负脉冲G2-E2的输出信号，适当调节示波器扫描时间使脉冲上升、下降沿 关系清晰，并记录之给定电压Ug由最小值0逐渐上调使Uc逐渐上升至Ucmax,将此过程中 Gl-El、G2-E2、G3-E3、G4-E4的占空比变化过程填入下表：、PRM\利试点转向G1-E1G2-E2G3-E3G4-E4为了在实验中用双踪示波器测量G1〜G4的波形而不造成短路现象，因此 G1〜G4的波形是在光耦隔离器的输入端取出的，它只反映波形的占空比随输 入控制电平及正反转控制的变化，并不能代表送到TGBT管的栅极的实际波 形。
木实验中，Gl, G2的波形是通过射极跟随输出的，它的峰值约为4. 4V, 而送到IGBT管的实际驳动波形的峰值为15Vo在实验中对这个现象能加以分 析2) 电枢回路电流波形的观测：重复步骤lo为了观测电枢冋路的电流波形，将图5-12电枢冋路中A点处连线断开，串入1 /10W固定电阻R,将面板上的转向选择开关拨到“正转”，示波器探头接R两端，闭合直流电源将Ug逐渐调至Uc=Ucmax,调节发电机的负载电阻RG使Td=Ted,慢慢减少 LN的值，观测电动机电枢回路电流"的变化，选典型波形记录之调节给定电位器血使Uc由高电平快速下降，观测Id的稳定过程3) 系统开环机械特性的测定重复步骤(一)中的1逐渐增加给定电压Ug使电机启动，升速；调节给定Ug与负载电阻Rg使 电动机Id二led, n=1200rpmo Jt中led指电机的额定电流W不变，改变Rg使Id逐渐下降，测出相应的转速n及电流平均值Id, 记录于下表：n (rpm)Id (A)(4) 系统闭环特性的测定将电流反馈量调节电位器调到最高端转向选择开关拨至“正向”，Ug 0,电动机启动后，测量测速发电机 输出电压，将高电位端接入速度反馈的T1端，低电位端接入T2,以保证速 度反馈为负值。
闭环机械特性的测定① 调节给定L'g＞转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1200rpm, 这时Un=-O. 9V, Ui二0.4V, Ug=1.89Ve改变负载电阻Rg,将平均电流Id及转 速n记录于下表② 调节给定Lg＞转速反馈和电流反馈调节电位器使电机转速n=1000rpm, 这时Un=-O. 76V, Ui=O. 33V, Ug=l. 58V,改变负载电阻Rg,将相关Id与n记 录于下表转速： 电流：n (rpm)1200Id (A)n (rpm)1000Id (A)③将转向选择开关为“反向”重复确定测速发电机电压的接入极性；再测定其闭环机械特性，如实验方法中的4,并记录于上表闭环控制特性的测定调节给定Ug及负载电阻Rg,使系统稳定在Id二led, n=1200rpm,逐渐降低Ug,记录相关的Ug与n于下表正转n (rpm)Ug (V)反转n (rpm)Ug (V)动态波形的观测①使电机稳定于n=1200rpm, Ug不变；突加、突减负载（60%Id〜100Id)时的id、n波形②改变电流反馈量及转速反馈量，重复上述(1)的步骤七、 实验报告(1) 按照实验方法3记录的波形描述导通臂与关断臂切断状态时的控制 逻辑原则。
2) 画出上述实验中记录的各工作特性曲线n二f (zd),并比较它们的静 差率3) 画出闭环控制特性曲线n二f (Ug)o八、 注意事项(1) 为保证系统在负反馈状态下运行,测速发电机输出电压极性与控制系 统的连接必须正确2) 在测量电枢电流时，应将转速开关拨到“正向”，以保证示波器“地” 为低电位3) 在Ug下调，使电机减速时，应缓慢调节专业好文档梢心整理欢迎下载。