直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

專業(yè)：電氣工程與自動化年級：2010級 學(xué)院：北京交通大學(xué)海濱學(xué)院學(xué)生姓名：王開放學(xué)號：10131239

指導(dǎo)老師：石群主要內(nèi)容包括：

1.方案設(shè)計(jì)

2.直流調(diào)速系統(tǒng)

3.PWM脈寬調(diào)制

4.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真

方案設(shè)計(jì)方案一：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機(jī)軸上裝一臺測速發(fā)電機(jī)，引出與轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖1所示

圖1方案一原理結(jié)構(gòu)圖×整流觸發(fā)裝置電動機(jī)負(fù)載速度檢測電壓放大器×電壓×ASRACR整流觸發(fā)裝置電動機(jī)負(fù)載電流檢測速度檢測方案二：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用，系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)電流調(diào)節(jié)器；ACR和電流檢測反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)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(jié)構(gòu)圖直流調(diào)速系統(tǒng)

直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式（1–1）表示：

（1–1）

直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)一、靜態(tài)性能指標(biāo)（1）調(diào)速范圍

（1–2）（2）靜差率

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

tr—上升時(shí)間；ts—調(diào)節(jié)時(shí)間（2）抗擾性能指標(biāo)

一般是以系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行中，突加負(fù)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(biāo)。C(t)ttrtsc∞雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成圖4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

×ASR×Un*+_Ui*_+ACRUPEIUiTAMId+_Ud+_TGnUnPI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)如圖5所示：

圖5PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖

PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)：（1–4）Uin+_++R0R1C1Uex_Rab1調(diào)節(jié)器的具體設(shè)計(jì)一.電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)（3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)（4）校驗(yàn)近似條件二.速度環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)（3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)（4）近似校驗(yàn)（5）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量PWM脈寬調(diào)制

脈寬調(diào)制變換器脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)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(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

a）原理圖b)電壓波形圖圖6脈寬調(diào)制變換器-電動機(jī)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(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1—VT4共4個(gè)電力電子開關(guān)器件構(gòu)成橋式（或稱H形）可逆脈沖寬度調(diào)制（PULSEWIDTHMODULATION，簡稱PWM）變換器。VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，VT2和VT3同時(shí)通斷，使電動機(jī)M的電樞兩端承受電壓+Us或-Us。改變兩組開關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機(jī)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(diào)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(gè)驅(qū)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(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形它們之間的關(guān)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(diǎn)：（1）電流一定連續(xù)； （2）可使電動機(jī)在四象限運(yùn)行；（3）電動機(jī)停止時(shí)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(diào)速范圍可達(dá)1：20000左右；（5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)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(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。為了克服上述缺點(diǎn)，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(guān)次數(shù)和開關(guān)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(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖9所示

圖9系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖圖10ASR內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖