直流脈寬調速系統(tǒng)的設計

專業(yè)：電氣工程與自動化年級：2010級 學院：北京交通大學海濱學院學生姓名：王開放學號：10131239

指導老師：石群主要內容包括：

1.方案設計

2.直流調速系統(tǒng)

3.PWM脈寬調制

4.雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真

方案設計方案一：單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)

單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是指只有一個轉速負反饋構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機軸上裝一臺測速發(fā)電機，引出與轉速成正比的電壓Uf與給定電壓Ud比較后，得偏差電壓ΔU，經(jīng)放大器FD產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF的控制電壓Uk，用以控制電動機的轉速，如圖1所示

圖1方案一原理結構圖×整流觸發(fā)裝置電動機負載速度檢測電壓放大器×電壓×ASRACR整流觸發(fā)裝置電動機負載電流檢測速度檢測方案二：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)

為了使轉速負反饋和電流負反饋分別起作用，系統(tǒng)設置了電流調節(jié)器ACR和轉速調節(jié)器ASR。轉速調節(jié)器ASR和轉速檢測反饋回路構成轉速環(huán)電流調節(jié)器；ACR和電流檢測反饋回路構成了電流環(huán)，稱為雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。該方案的原理框圖如圖2所示。圖2方案二原理結構圖直流調速系統(tǒng)

直流調速系統(tǒng)的調速原理直流電動機的轉速和其它參量的關系和用式（1–1）表示：

（1–1）

直流調速系統(tǒng)的性能指標一、靜態(tài)性能指標（1）調速范圍

（1–2）（2）靜差率

（1–3）機械特性硬度越大，△ned越小，靜差率就越小，轉速的穩(wěn)定度就越高。二、動態(tài)性能指標（1）跟隨性能指標圖3典型的階躍響應

tr—上升時間；ts—調節(jié)時間（2）抗擾性能指標

一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運行中，突加負載的階躍擾動后的動態(tài)過程作為典型的抗擾過程，并由此定義抗擾動態(tài)性能指標。C(t)ttrtsc∞雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成圖4轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)

×ASR×Un*+_Ui*_+ACRUPEIUiTAMId+_Ud+_TGnUnPI調節(jié)器PI調節(jié)器結構如圖5所示：

圖5PI調節(jié)器結構圖

PI調節(jié)器傳遞函數(shù)：（1–4）Uin+_++R0R1C1Uex_Rab1調節(jié)器的具體設計一.電流環(huán)的設計（1）確定時間常數(shù)（2）選擇電流調節(jié)器結構（3）選擇電流調節(jié)器的參數(shù)（4）校驗近似條件二.速度環(huán)的設計（1）確定時間常數(shù)（2）選擇轉速調節(jié)器結構（3）選擇調節(jié)器的參數(shù)（4）近似校驗（5）檢驗轉速超調量PWM脈寬調制

脈寬調制變換器脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速。

a）原理圖b)電壓波形圖圖6脈寬調制變換器-電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖如圖7a)所示，給出了一種可逆脈寬調速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1—VT4共4個電力電子開關器件構成橋式（或稱H形）可逆脈沖寬度調制（PULSEWIDTHMODULATION，簡稱PWM）變換器。VT1和VT4同時導通和關斷，VT2和VT3同時通斷，使電動機M的電樞兩端承受電壓+Us或-Us。改變兩組開關器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機兩端電壓波形。如圖7b)所示：

a)基本原理圖b)電壓波形圖7橋失可逆脈寬調速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形橋式可逆PWM變換器可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H型）電路，如圖4.3所示。

圖4.3橋式可逆PWM變換器

雙極式控制可逆PWM變換器的4個驅動電壓波形如圖8所示。

圖8雙極式控制可逆PWM變換器的驅動電壓、輸出電壓和電流波形它們之間的關系是：Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下列優(yōu)點：（1）電流一定連續(xù)； （2）可使電動機在四象限運行；（3）電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調速范圍可達1：20000左右；（5）低速時，每個開關器件的驅動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導通。雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個開關器件可能都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅動脈沖之間，應設置邏輯延時。為了克服上述缺點，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關次數(shù)和開關損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會略有降低。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真

仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結構圖的仿真方法，本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。系統(tǒng)仿真結構如圖9所示

圖9系統(tǒng)仿真結構圖圖10ASR內部結構圖