《双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录交直流调速课程设计任务书11、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计12、设计目的13、系统方案的确定14、设计任务15、课程设计报告的要求16、参考资料双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计31、设计分析1.1双闭环调速系统的结构图31.2调速系统起动过程的电流和转速波形31.3 H桥双极式逆变器的工作原理31.4 PWM调速系统的静特性52、电路设计2.1给定基准电源62.2双闭环调节器电路设计72.2.1电流调节器72.2.2转速调节器72.3信号产生电路82.4 IGBT基极驱动电路原理102.5基于EXB841驱动电路设计102.6 锯齿波信号发生电路112.7转速及电流检测电
2、路122.7.1转速检测电路122.7.2电流检测电路123、调节器的参数整定133.1电流环的设计133.2转速环的设计154、电路图总体设计185、参考文献19交直流调速课程设计任务书1、题目：双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计2、设计目的2.1 对先修课程（电力电子学、自动控制原理等）的进一步理解与运用2.2 运用电力拖动控制系统的理论知识设计出可行的直流调速系统，通 过建模、仿真验证理论分析的正确性。也可以制作硬件电路。2.3 同时能够加强同学们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用 以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。达到综合提高学生工程设计与动 手能力的目的。3、系统
3、方案的确定自动控制系统的设计一般要经历从“机械负载的调速性能（动、静）一电机 参数f主电路f控制方案”（系统方案的确定）f “系统设计f仿真研究f参数 整定一直到理论实现要求一硬件设计一制版、焊接、调试”等过程，其中系统方 案的确定至关重要。为了发挥同学们的主管能动作用，且避免方案及结果雷同， 在选定系统方案时，规定外的其他参数有同学自己选定。3.1 主电路采用二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器；3.2 速度调节器和电流调节器采用 PI 调节器；3.3机械负载为反抗性恒转矩负载，调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及 传动机构）3.4主
4、电源：可以选择单相交流220V供电；变压器二次电压为67V；3.1 他励直流电动机的参数：略4、设计任务4.1 总体方案的确定；4.2 主电路原理及波形分析、元件选择、参数计算；4.3 系统原理图、稳态结构图、动态结构图、主要硬件结构图；4.4 控制电路设计、原理分析、主要元件、参数的选择；4.5调节器、PWM信号产生电路的设计；4.6 检测及反馈电路的设计与计算；5、课程设计报告的要求：5.1 不准相互抄袭或代做，一经查出，按不及格处理；5.2报告字数：不少于8000字（含图、公式、计算式等）。5.3 形式要求：以福建农林大学本科生课程设计（工科）的规范化要求 撰写。要求文字通顺、字迹工整、
5、公式书写规范、报告书上的图表允许徒手画， 但必须清晰、正确且要有图题。5.4必须画出系统总图，总图不准徒手画，电路图应清洁、正确、规范。未 进行具体设计的功能块允许用框图表示，且功能块之间的连线允许用标号标注。6、参考资料6.1电气传动控制系统设计指导 李荣生主编机械工业出版社 2004.6 6.2新型电力电子变换技术 陈国呈中国电力出版社6.3电力拖动自动控制系统，上海工业大学 陈伯时机械工业出版社6.4电力电子技术 王兆安黄俊主编 机械工业出版社 2000.11. 设计分析1.1双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联 结，转速调节器的输出作
6、为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制 PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出 电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。图1-1双闭环调速系统的结构图1.2调速系统起动过程的电流和转速波形如图1-2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最 大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。(a)（a）带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程（b）理想快速起动过程图1-2调速系统起动过程的电流和转速波形1.3 H桥双极式逆变器的工作原理脉宽调制器的作用是：
7、用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制 成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转 速。H形双极式逆变器电路如图1 -3所示。这时电动机M两端电压U的极性随AB开关器件驱动电压的极性变化而变化。-11、r= _ _! VCh + i1厂一丄2 - /1 1叽*1 ! |vd!：.iIi1L_ +1申 * TL-岸-L -2*1丄-fi_LId图1-3 H形双极式逆变器电路 双极式逆变器的四个驱动电压波形如图4所示。OO|Ug4t*tonTJF牛U Qg3tJJFUgi图1-4 H形双极式逆变器的驱动电压波形他们的关系是：U二U =-U =-U。在一个开关周期
8、内，当0 t t时,g1g 4g 2g 3on晶体管VT、VT饱和导通而VT、VT截止，这时U = U。当t t -,则U 的平均值为正，电动机正转，当正脉冲较窄时,on 2 AB则反转；如果正负脉冲相等，t二T，平均输出电压为零，则电动机停止。on 2双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为1-1)如果定义占空比p二”，电压系数丫= Us则在双极式可逆变换器中Y= 2 p-1（1-2）1调速时，p的可调范围为01相应的丫 =-1+1。当p -时，Y为正，电211动机正转；当P-时，Y为负，电动机反转；当p二-时，丫二0，电动机停止。22但电动机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交
9、变脉冲电压，因而 电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零，不产生平均转矩，徒然增大电 动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电动机停止时仍然有高频 微震电流，从而消除了正、反向时静摩擦死区。双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点：1）电流一定连续。2）可使电动机在四象限运行。3）电动机停止时有微震电流，能消除静摩擦死区。4）低速平稳性好，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可 靠导通。1.4 PWM调速系统的静特性由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下1-3)1-4)U = Ri + Ldtd + E(0 t t )s
10、d dtonU = Ri + L巴 + E(t t T)s d dton按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两 端在一个周期内的电压都是U =y U，平均电流用I表示，平均转速n二E / C，dsde而电枢电感压降Ldid的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成dt(15)Y U = RI + E = RI + Cnsdd e则机械特性方程式R T=n - I 0 C de(16)y URn = 丄 一 ICCdee2. 电路设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图2-1所示。PWM逆变器的直流电 源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，
11、以获得恒定 0的直流电压U。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机s制动时只好对滤波电容充电，这时电容器两端电压升高称作“泵升电压”为了 限制泵升电压，用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通 VTz。图2-1 H桥式直流脉宽调速系统主电路 四单元IGBT模块型号：20MT120UF主要参数如下：二 3.05VCE (sat)U =1200V I =16A T * =100 C P 二 0.9kW UCERcCNCM2.1给定基准电源此电路用于产生15V电压作为转速给定电压以及基准电压，如图2-2所示:图2-2给定基准电源电路2.2双闭环调节器电路设计为了实现闭
12、环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值比较，决定调节 器的输出，反馈的关键是对被控量进行采样与测量。2.2.1电流调节器由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通 滤波。此滤波环节传递函数可用一阶惯性环节表示，由初始条件知滤波时间常数 T二0.001s，以滤平电流检测信号为准。为了平衡反馈信号的延迟，在给定通道 oi上加入同样的给定滤波环节，使二者在时间上配合恰当。图2-3含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器2.2.2转速调节器转速反馈电路如图2-4所示，由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹 波，因此也需要滤波，由初始条件知滤波时间常数T二0.005s。根据和
13、电流环on一样的原理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。Cl图2-4含给定滤波与反馈滤波的PI型电转速调节器2.3信号产生电路本设计采用集成脉宽调制器SG3524作为脉冲信号发生的核心元件。根据主 电路中IGBT的开关频率，选择适当的R、C值即可确定振荡频率。tt电路中的PWM信号由集成芯片SG3524产生，SG3524采用是定频PWM电 路,DIP-16型封装。由SG3524构成的基本电路如图2-5所示，由15脚输入+15V电压，用于产 生+5V基准电压。在6、7引脚之间接入外部阻容元件构成PI调节器，可提高稳 态精度。12、13引脚通过电阻与+15V电压源相连，供内部晶体管工作，由电流 调节器输出的控制电压作为2引脚输入，通过其电压大小调节12、13引脚的输 出脉冲宽度，实现脉宽调制变换器的功能实现。UIN-116REF OUTIN+ 215j VCCOSC OUT 314EMIT 2CURR LIM+ 413COL 2CURRLIM-512COL1RT611EMIT1CT710SHUTDOWNGND 89COMP图2-5 SG3524管脚图1S2kLw2 1lol1虹w2 1-F 砧 E
