fflSBANCOLLEGEOFFDJLWifflICDLlEANDFOIESTJyWm《交直流調(diào)速》課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)所在系信息與機(jī)電工程系姓名林超學(xué)號(hào)任課老師鄭金輝專業(yè)年級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化2011級(jí)2014年12月1日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1\o"CurrentDocument"題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1\o"CurrentDocument"2設(shè)計(jì)目的 1\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)方案的確定 1\o"CurrentDocument"4設(shè)計(jì)任務(wù) 1\o"CurrentDocument"5課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求： 26結(jié)束語(yǔ) 2直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3\o"CurrentDocument"1方案設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理由 3\o"CurrentDocument"1.2選擇PWM控制系統(tǒng)的理由 5\o"CurrentDocument"1.3選擇IGBT的H橋型主電路的理由 5\o"CurrentDocument"方案選定 5\o"CurrentDocument"雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理 6\o"CurrentDocument"主電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"2.1PWM變換器介紹 6\o"CurrentDocument"2.2橋式可逆PWM變換器的工作原理 7\o"CurrentDocument"H型主電路的波形分析 7\o"CurrentDocument"泵升電路 9\o"CurrentDocument"雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 11\o"CurrentDocument"雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 12\o"CurrentDocument"2.9雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 12\o"CurrentDocument"參數(shù)設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"3.1整流變壓器的選擇 13\o"CurrentDocument"IGBT管的參數(shù) 14\o"CurrentDocument"3.3緩沖電路的參數(shù) 14\o"CurrentDocument"3.4整流二極管的參數(shù) 14\o"CurrentDocument"泵升電路參數(shù) 15\o"CurrentDocument"系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"4.1PWM信號(hào)控制器 15\o"CurrentDocument"SG3525芯片的說(shuō)明 15\o"CurrentDocument"4.1.2SG3525芯片各部分功能 16\o"CurrentDocument"驅(qū)動(dòng)電路選用 17\o"CurrentDocument"UAA4002驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn) 17\o"CurrentDocument"正、反向驅(qū)動(dòng)的功能 18\o"CurrentDocument"5雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 19\o"CurrentDocument"電流環(huán)的設(shè)計(jì) 19\o"CurrentDocument"5.1.1確定時(shí)間常數(shù) 205.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 21選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 215.1.4檢驗(yàn)近似條件 215.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容 22\o"CurrentDocument"轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 22確定時(shí)間常數(shù) 22\o"CurrentDocument"522ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22523選擇ASR參數(shù) 235.2.4校驗(yàn)近似條件 235.2.5計(jì)算ASR電阻和電容 23檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 23校驗(yàn)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 24\o"CurrentDocument"反饋單元 24轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇 24電流檢測(cè)單元 24\o"CurrentDocument"結(jié)束語(yǔ) 25\o"CurrentDocument"系統(tǒng)總電路圖 25\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 27交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的1、對(duì)先修課程（電力電子學(xué)、自動(dòng)控制原理等）的進(jìn)一步理解與運(yùn)用2、運(yùn)用《電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)》的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。3、同時(shí)能夠加強(qiáng)同學(xué)們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。達(dá)到綜合提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。系統(tǒng)方案的確定自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷從“機(jī)械負(fù)載的調(diào)速性能（動(dòng)、靜）f電機(jī)參數(shù)f主電路f控制方案”（系統(tǒng)方案的確定）f“系統(tǒng)設(shè)計(jì)f仿真研究f參數(shù)整定f直至理論實(shí)現(xiàn)要求f硬件設(shè)計(jì)f制板、焊接、調(diào)試”等過(guò)程，其中系統(tǒng)方案的確定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主觀能動(dòng)作用，且避免方案及結(jié)果雷同，在選定系統(tǒng)方案時(shí)，規(guī)定外的其他參數(shù)由同學(xué)自已選定。1、 主電路采用二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器；2、 速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；U*nm=U*im=Ucm=10V3、 機(jī)械負(fù)載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）GD2二1.5Nm2；4、 主電源：可以選擇三相交流380V供電，變壓器二次相電壓為52V；5、 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：見(jiàn)習(xí)題集【4-19】（p96）nN=1000r/min,電樞回路總電阻R=2Q，電流過(guò)載倍數(shù)入=2；6、 PWM裝置的放大系數(shù)Ks=ll；PWM裝置的延遲時(shí)間Ts=0.4ms。設(shè)計(jì)任務(wù)a） 總體方案的確定；b） 主電路原理及波形分析、元件選擇、參數(shù)計(jì)算；c） 系統(tǒng)原理圖、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、主要硬件結(jié)構(gòu)圖；d） 控制電路設(shè)計(jì)、原理分析、主要元件/參數(shù)的選擇；e） 調(diào)節(jié)器、PWM信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)；f） 檢測(cè)及反饋電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算。課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求：1、不準(zhǔn)相互抄襲或代做，一經(jīng)查出，按不及格處理；2、 報(bào)告字?jǐn)?shù)：不少于8000字（含圖、公式、計(jì)算式等）。3、 形式要求：以《福建農(nóng)林大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)》（工科）的規(guī)范化要求撰寫。要求文字通順、字跡工整、公式書(shū)寫規(guī)范。報(bào)告書(shū)上的圖表允許徒手畫(huà)，但必須清晰、正確且要有圖題。4、 必須畫(huà)出系統(tǒng)總圖，總圖不準(zhǔn)徒手畫(huà)，電路圖應(yīng)清潔、正確、規(guī)范。未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的功能塊允許用框圖表示，且功能塊之間的連線允許用標(biāo)號(hào)標(biāo)注。6結(jié)束語(yǔ)直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)前言在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的交流機(jī)組，以線性組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器有模擬式進(jìn)入數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想概念上的一次飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分?，F(xiàn)代的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以及集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運(yùn)算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由R、C等元件構(gòu)成的無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)相比，又可以實(shí)現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律，于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果事先對(duì)這些典型系統(tǒng)作較深入的研究，把它們的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性當(dāng)作預(yù)期的特性，弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)校正指標(biāo)的關(guān)系，寫成簡(jiǎn)單的公式或制成簡(jiǎn)明的圖表，則在設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，只要能把它校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式，就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，這樣，就建立了工程設(shè)計(jì)的可能性。1方案設(shè)計(jì)1.1選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理由對(duì)于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，如龍門刨床等，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中，希望始終保持電流為允許的最大值，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這類理想的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程示于圖1-1，起動(dòng)電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程。

Id.圖1-1時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突變，為了是現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒定過(guò)程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。問(wèn)題是，應(yīng)該在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）連接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器是輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器。圖1-2轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖1.2選擇PWM控制系統(tǒng)的理由PWM調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性：（1） PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡(jiǎn)單，需要的功率器件少；（2） 開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較??；（3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣；（4） 如果可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；（5） 功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。1.3選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優(yōu)點(diǎn)：（1） IGBT的開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。（2） 在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。（3） IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。（4） IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電流MOSFET類似。在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，以H型PWM變換器最為常見(jiàn)。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無(wú)摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)就以H型PWM直流控制器為主要研究對(duì)象。1.4方案選定直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串極聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM裝置。其中脈寬調(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，達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？傮w方案簡(jiǎn)化圖如圖所示：RIdRUn圖1-3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過(guò)載能力的條件下獲得最佳過(guò)渡過(guò)程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。1.5雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是以直流電機(jī)調(diào)壓為基本調(diào)速方式，在電機(jī)負(fù)載擾動(dòng)或其它干擾存在時(shí)能表現(xiàn)出良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速性能，同時(shí)由于電流環(huán)控制及其限幅作用，使電機(jī)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中能在不超載情況下滿足轉(zhuǎn)速調(diào)整的快速性和起動(dòng)特性。采用H橋式電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限運(yùn)行，提高電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性。此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)方式為直流脈寬調(diào)制（PWM）方式，主電路中以兩橋臂對(duì)角線上的兩功率開(kāi)關(guān)管為一組，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，對(duì)角線上的功率管開(kāi)關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，互為對(duì)角線上的兩組功率管PWM信號(hào)互補(bǔ)。規(guī)定電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的正方向，對(duì)應(yīng)兩組功率管分別為正向驅(qū)動(dòng)和反向驅(qū)動(dòng)，當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)功率管占空比大于反向驅(qū)動(dòng)的占空比即50%,電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)。隨著正向驅(qū)動(dòng)脈沖占空比增大，電機(jī)正向電樞電壓增大，轉(zhuǎn)速升高，反之亦然。當(dāng)兩組功率管的占空比相等時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零。因此通過(guò)調(diào)節(jié)正反組的功率管的占空比，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反方向的調(diào)速。2主電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1PWM變換器介紹可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的橋式（H型）電路如圖4,電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨全控型電力電子器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)而改變?？赡鍼WM變換器的控制方式有單極式、雙極式、受限單極式等多種。而通常采用雙極式控制的可逆PWM變換器。2.2橋式可逆PWM變換器的工作原理可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的橋式（H型）電路如圖2-1，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨全控型電力電子器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)而改變?？赡鍼WM變換器的控制方式有單極式、雙極式、受限單極式等多種。而通常采用雙極式控制的可逆PWM變換器。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，從而平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。橋式可逆PWM變換器電路如圖4所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓U的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極AB性變化而變化。圖2-1橋式可逆PWM變換器電路2.3H型主電路的波形分析雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖5所示。四個(gè)電力晶體管分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為一組。同一組中兩個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓波形相同，而且它們的關(guān)系是：Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3o在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)OWtVton時(shí)，UAB二Us,電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)tonWtVT時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，UAB=-Us。因此，UAB在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來(lái)。

10Ug2Ugl0VT1VT4VD37T1XT4Ugl0VT1VT4VD37T1XT4VD3圖2-2雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓、輸出電壓和電流波形圖中匯出了雙極式控制時(shí)的電壓和電流波形。電動(dòng)機(jī)電樞電壓的平均值則體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton>T/2,則UAB的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖相等，ton=T/2,平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓UAB的正、負(fù)變化，使電流波形隨之波動(dòng)。電流波形存在兩種情況，如圖2-2的idl和id2。Id相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重的情況，這時(shí)負(fù)載電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電動(dòng)機(jī)始終工作在第I象限的電動(dòng)狀態(tài)。Id2相當(dāng)于負(fù)載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零,于是二極管終止續(xù)流，而反向開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。Id2電流中的線段3和4是工作在第二象限的制動(dòng)狀態(tài)。電樞電流的方向決定了電流是經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管VD還是經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)器件VT流過(guò)。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為

_ton2t■onT_ton2t■onTS-1若占空比p二分和電壓系數(shù)Y=的定義與不可逆變換器相同，則在雙極s式控制的可逆變換器中就和不可逆變換器的關(guān)系不一樣，占空比和電壓系數(shù)的關(guān)系式:丫二2p-l。調(diào)速時(shí)，p的可調(diào)范圍為0-1,相應(yīng)地，丫=-1~+1。當(dāng)p>1/2時(shí)，丫為正,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p<1/2時(shí)，丫為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)p=1/2時(shí)，丫=0，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓瞬時(shí)值并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也是有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起到所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)：電流一定連續(xù)；可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。2.4泵升電路當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)（減速或者停車），儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)能將變成電能，并通過(guò)PWM變換器回饋給直流電源。當(dāng)直流電源功率二極管整流器供電時(shí)，不能將這部分能量回饋給電網(wǎng)，只能對(duì)整流器輸出端的濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱作“泵升電壓”。過(guò)高的泵升電壓會(huì)損壞元器件，因此必須采取預(yù)防措施，防止過(guò)高的泵升電壓出現(xiàn)?？梢圆捎糜煞至麟娮鑂和開(kāi)關(guān)元件（電力電子器件）VT組成的泵升電壓限制電路，如圖所示：圖2-3泵升電壓限制電路當(dāng)濾波電容器C兩端的電壓超過(guò)規(guī)定的泵升電壓允許值時(shí)，VT導(dǎo)通，將回饋能量的一部分消耗在分流電阻R上。這種辦法簡(jiǎn)單實(shí)用，但能量有損失，且會(huì)使分流電阻R發(fā)熱，因此對(duì)于功率較大的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在分流電路中接入逆變，把一部分能量回饋到電網(wǎng)中去。但這樣系統(tǒng)比較復(fù)雜，我們就不選擇這種方式。2.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖H橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖2-4所示。PWM逆變器的直流電源由交流電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C0濾波，以獲得恒定的直流電壓Us由于電容量較大，突加電源時(shí)相當(dāng)短路，勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管。為了限制充電電流，在整流器和濾波電容之間串入限流電阻R0（或電抗），合上電源以后，延時(shí)用開(kāi)關(guān)將R0短路，以免在運(yùn)行中造成附加損耗。濾波電容器往往在PWM裝置的體積和重量中占有不小的份額，因此電容量的選擇是PWM裝置設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。但對(duì)于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)吸收運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓”為了限制泵升電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rb消耗掉這些能量，在泵升電壓達(dá)到允許值時(shí)接通VT5。

UcUc圖2-4橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖2.6雙閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm，圖中用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和。換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓AU在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器一般不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，所以，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō),只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。圖2-5圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。設(shè)置濾波環(huán)節(jié)的必要性是由于反饋信號(hào)檢測(cè)中常含有諧波和其他擾動(dòng)量，為了抑制各種擾動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)的影響，需增加低通濾波，這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)表示，其濾波時(shí)間常數(shù)按需要選定。然而，在抑制擾動(dòng)量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱做給定濾波環(huán)節(jié)。其意義讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶?lái)設(shè)計(jì)上的方便。圖2-6雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.9雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的UPE是直流PWM功率變換器。系統(tǒng)的特點(diǎn)：雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測(cè)。由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)由主電路、檢測(cè)電路、控制電路、給定電路、顯示電路組成。如圖2-7為雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。

f-I!；：『； 墜刑Hi腮Hili^i*1I散Tif-I!；：『； 墜刑Hi腮Hili^i*1I散Ti則i業(yè)圖2-7雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖1.Ml"Ii￡3參數(shù)設(shè)計(jì)3.1整流變壓器的選擇二次相電壓U2①的計(jì)算當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式整流電路并帶轉(zhuǎn)速反饋時(shí)，一般情況下變壓器二次側(cè)采用Y聯(lián)結(jié)：由給定條件U=52V2①一次、二次相電流的計(jì)算二次相電流I:I=KI，當(dāng)整流器用作電樞供電，一般取I=I=6A,TOC\o"1-5"\h\z2 2IVdN dN N通過(guò)查表可知:K=0.816,K=0.816,則I=KI=0.816x6=4.896A。IV IL 2 IVdN一次相電流I:變壓器的電壓比K=竹= -7.31 U522KI0.816x6貝UI=iln= 沁0.67A1K7.3變壓器的容量計(jì)算一次容量：通過(guò)查表可知;K=0.816.K=2.34,K=0.816TOC\o"1-5"\h\zIL UV IV\o"CurrentDocument"K 0816S=m71=3x x110x6沁690.46kVA\o"CurrentDocument"1 1Kd0dN 2.34UV

K0.816S二m—IVUI=3X xlioX6沁690.46kVA2 2K d0dN2.34UV則平均總?cè)萘縎=690.46kVAIGBT管的參數(shù)IGBT叫做絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開(kāi)關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開(kāi)關(guān)速度可達(dá)1ms，額定電流密度100A/cm2,，電壓驅(qū)動(dòng)，自身?yè)p耗小。設(shè)計(jì)中選的IGBT管型號(hào)中，其中最高反壓指BVceo（集電極與發(fā)射極之間最高反向擊穿電壓）、最大電流指Icm（集電極最大輸出電流）、最大耗散功率指Pcm（集電極最大耗散功率）。已知：電源電壓U二122V，功率開(kāi)關(guān)管應(yīng)承受（2?3）U的電壓，則ssBV=244?366V。該設(shè)計(jì)中選的IGBT管型號(hào)為IRGPC50U,其具體參數(shù)如下：ceo極限電壓Vm：600V、極限電流Im：27A、損耗功率P：200W、額定電壓U：220V、額定電流I：1.2A緩沖電路的參數(shù)H橋電路中采用了緩沖電路，有電阻和電容組成。IGBT的緩沖電路功能側(cè)重于開(kāi)關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于IGBT的工作頻率可以高達(dá)30-50KHZ；因此很小的電路電感就可能引起頗大的Ldic/dt從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的IGBT上形成了你變橋臂的瞬間貫穿短路,使ic出現(xiàn)尖峰，為此需要串人抑制電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出的參數(shù)為R=10KQ，電容C=0.75uF。分別應(yīng)滿足：3.4整流二極管的參數(shù)分別應(yīng)滿足：TOC\o"1-5"\h\z根據(jù)二極管的最大整流平均I和最高反向工作電壓UfR1.1XI 1.1X6I> O（AV^=——=3.3Af 2 2U>1.1X\2XU二1.1X\2X110二171VR 2選用大功率硅整流二極管，型號(hào)和參數(shù)如下所示：型號(hào)額定正向平均額定反向峰值正向平均反向平均散熱器電流I(A)電壓URM(V)壓降（V）漏電流I（mA）型號(hào)ZP10Af10200~2000F0.5~0.7R6SZ14

3.5泵升電路參數(shù)如圖2-3所示，泵升電路由一個(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè)VT組成。泵升電路中電解電容選取C=2000uF；電壓U=450V,VT選取IRGPC50U型號(hào)的IGBT管；電阻選取R=20Q。4系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)PWM信號(hào)控制器SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全、通用性強(qiáng)的單片機(jī)集成脈寬調(diào)制控制器。由于它簡(jiǎn)單可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)制。SG3525芯片的說(shuō)明電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。其中，腳16為SG3525的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1%）V,采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過(guò)流保護(hù)電路。腳5,腳6,腳7內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端（腳3）。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級(jí)差分放大器，直流開(kāi)環(huán)增益為70dB左右。根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。AJiiJtllWIrAClKT血II詢iuuLILILIAJiiJtllWIrAClKT血II詢iuuLILILInnnnrmnnI(11|13|3址|4劭VrcFVjiA.BWCMl術(shù)忡：ll月圖4-1SG3525芯片的引腳圖-a幾需泊I￡07 ―［予T而訂人1JI^HUWA欣莊U-a幾需泊I￡07 ―［予T而訂人1JI^HUWA欣莊U1“ 1…Tx；ftj-1 ——-—T*i""51V\<ill久」h艷應(yīng)圖4-2SG3525內(nèi)部引腳和框圖SG3525芯片各部分功能基準(zhǔn)電壓源：基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓VCC可在(8?35)V內(nèi)變化，通常采用+15V，其輸出電壓VST=5.1V，精度%1土，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá)400mA，沒(méi)有過(guò)流保護(hù)電路。振蕩電路： 由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓V=3-9V低門限電壓Vl=°?9V，內(nèi)部橫流源向CT充電，其端壓VC線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)Vc二Vh時(shí)比較器動(dòng)作，充電過(guò)程結(jié)束，上升時(shí)間tl為：\二0.67RCt。比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT放電，VC下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)Vc二Vl時(shí)比較器動(dòng)作，放電過(guò)程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間t2為：t2=1.3RdCt。鋸齒波的基本周期T為：T=ti+12=(0.67Rt+再叫匕因?yàn)镽d<<Rt二t2<<ti，由上可見(jiàn)鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)長(zhǎng)于下降沿，因此上升沿作為工作沿，下降沿作為回掃沿。誤差放大器：由兩級(jí)差分放大器構(gòu)成，其直流開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為80dB左右，電壓反饋信號(hào)uf從端子1接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準(zhǔn)電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V-5. 2V。PWM信號(hào)產(chǎn)生及分相電路：比較器的反相端接誤差放大器的輸出信號(hào)ue,而振蕩器的輸出信號(hào)uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號(hào)為PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)鎖存器鎖存，分相電路由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和兩個(gè)或非門構(gòu)成，其輸入信號(hào)為振蕩器的時(shí)鐘信號(hào),并用時(shí)鐘信號(hào)的前沿觸發(fā),輸出為頻率減半的互補(bǔ)方波,這些方波和PWM信號(hào)輸入到或非門邏輯電路。其結(jié)果是,所有的輸入為負(fù)時(shí)，輸出為正。這樣IP、2P的輸出每半周期交替為正，其寬度和PWM信號(hào)的負(fù)脈沖相等。脈沖很窄的時(shí)鐘信號(hào)輸入到邏輯或非門電路,可使兩個(gè)門的輸出同時(shí)有一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間。脈沖輸出級(jí)電路:輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)功率管時(shí)關(guān)斷速度更快.11腳和14腳相位相差1800，拉電流和灌電流峰值達(dá)200mA。由于存在開(kāi)閉滯后，使輸出和吸收間出現(xiàn)重迭導(dǎo)通。在重迭處有一個(gè)電流尖脈沖，起持續(xù)時(shí)間約為100ns?？梢栽?3腳處接一個(gè)約O.Luf的電容濾去電壓尖峰。4.2驅(qū)動(dòng)電路選用驅(qū)動(dòng)電路的作用將控制電路輸出的PWM信號(hào)放大至足以保證GTR可靠導(dǎo)通或。關(guān)斷的程度，同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路相隔離、故障后自動(dòng)保護(hù)及延時(shí)等功能。GTR的驅(qū)動(dòng)電路可由分立元件制作或采用專用集成電路，這里選用湯姆森公司生產(chǎn)的UAA4002型產(chǎn)品，該產(chǎn)品為大規(guī)模集成基極驅(qū)動(dòng)電路，可對(duì)GTR實(shí)現(xiàn)較理想的基極電流優(yōu)化驅(qū)動(dòng)和自身保護(hù)。其正向驅(qū)動(dòng)電流為0.5A,反向驅(qū)動(dòng)能力為-3A,具有對(duì)GTR實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)、最小導(dǎo)通時(shí)間限制(ton=1-12us)、最大導(dǎo)通時(shí)間限制、正反向驅(qū)動(dòng)電源電壓監(jiān)視以及自身過(guò)熱保護(hù)。4.2.1UAA4002驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)UAA4002是一種塑封16腳雙列直插式大規(guī)模集成電路，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。它具有一些特點(diǎn)：接受邏輯信號(hào)形式的導(dǎo)通指令，并將之變成可自動(dòng)調(diào)節(jié)的功率開(kāi)關(guān)管的基極電流，以維持功率開(kāi)關(guān)管處于臨界飽和狀態(tài)，縮短關(guān)斷時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間。UAA4002的最大輸出電流0.5A,如需要，可增添外部晶體管的個(gè)數(shù)，擴(kuò)大電流輸出能力。關(guān)斷時(shí)，UAA4002能給功率開(kāi)關(guān)管的基極施加一個(gè)3A的負(fù)電流，確保有效關(guān)斷和縮短存儲(chǔ)時(shí)間。UAA4002使用內(nèi)部集成的高速邏輯處理器保護(hù)功率開(kāi)關(guān)管。這個(gè)邏輯處理器監(jiān)視集電極-發(fā)射極飽和壓降和集電極電流；也監(jiān)視該集成電路的正、負(fù)電源電壓和芯片溫度；還可由用戶確定最小和最大導(dǎo)通時(shí)間；它能存儲(chǔ)并保持任何故障信息直到導(dǎo)通結(jié)束；從而避免反復(fù)開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。（4）使用靈活方便，如不需要，可取消一些功能。4.2.2正、反向驅(qū)動(dòng)的功能正向驅(qū)動(dòng)使功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。如圖4-5所示，合上開(kāi)關(guān)K1,達(dá)林頓管T1導(dǎo)通,可自行調(diào)節(jié)的積極驅(qū)動(dòng)電流Im流過(guò)功率管T，使之導(dǎo)通并維持在臨界飽和狀P態(tài)。這種自行調(diào)節(jié)的方式補(bǔ)償了功率開(kāi)關(guān)管的分散性,可使所需的控制功率最小,進(jìn)而優(yōu)化晶體管的開(kāi)關(guān)性能。反向驅(qū)動(dòng)使功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。閉合開(kāi)關(guān)K2,達(dá)林頓管T2導(dǎo)通，負(fù)極性電壓加到T的基極上，一個(gè)大的反向基極電流迅速清除了T中存儲(chǔ)的電荷。P P圖4-5UAA4002輸出電路圖5雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法的基本思路：先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定,同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里是:先從電流環(huán)人手，首先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。5.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)主電路采用二極管不可控整流，逆變器采用帶續(xù)流二極管的功率開(kāi)關(guān)管IGBT構(gòu)成H型雙極式控制可逆PWM變換器；速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器；U*nm=U*im=Ucm=10V機(jī)械負(fù)載為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）GD2二1.5Nm2；主電源：可以選擇三相交流380V供電，變壓器二次相電壓為52V；他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：H型雙極式PWM變換器的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。額定力矩為4.9N?m,電樞電阻Ra=1.64。，電樞回路總電感L=10.2mH，額定電流Inom=6A，額定電壓Unom=110V。調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流Io=lA，電源電壓Us=122V，電力晶體管集電極電阻Re=2.5。，設(shè)K1=K2=2。nN=1000r/min，電樞回路總電阻R=2Q,電流過(guò)載倍數(shù)入=2。PWM裝置的放大系數(shù)Ks=11；PWM裝置的延遲時(shí)間Ts=0.4ms。 ?l'Toi汁1W-.t-.-W—ACR—?KsTsS+1 11/R71S+1 ?*事.+閭 - ,2爽 ,W), 丄或E/TniS-1'v'XrSWi圖5-1電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖U—RI 110—1.64x6電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：C=—n a^= =0.1V?mm/ren 1000N5.1.1確定時(shí)間常數(shù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù):GD2R1.5x2xnT= = =0.08s=80msm375CC 375x0.12x30emL10.2x10-3= =0.0051s=5.1msR2(1)脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)tpwm與傳遞函數(shù)的計(jì)算tU122人廠人I=-= A=61AsR2a=丄=61沁10.176NT-丄=ce2nf 2x3.14x106kt=Tln1—rcek-0.951式中k1—晶體管導(dǎo)通時(shí)的過(guò)飽和驅(qū)動(dòng)系數(shù)，一般取k1=1.5~2,本題中取k 2k1=2，則t=Tln1 =0.159ln ps=0.103psr cek-0.95 2-0.951電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：T=l電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為Is:啟動(dòng)電流與額定電流比為:晶體管放大區(qū)的時(shí)間常數(shù)為:電流上升時(shí)間tr的計(jì)算公式為:電流下降時(shí)間t“的計(jì)算公式為:沁0.159pst=Tln

fce0.05+k2式中k2—晶體管截止時(shí)的負(fù)向過(guò)驅(qū)動(dòng)系數(shù)，一般取k2=1~2,本題中取k2=2,t=Tln1+^k2=0.1591n ps=0.061psfce0.05+k 0.05+22最佳開(kāi)關(guān)頻率為f=0.332op10.167=0.332Tl2（tr+f）開(kāi)關(guān)頻率f選為4.4kHz，此開(kāi)關(guān)頻率已能滿足電流連續(xù)的要求。于是開(kāi)關(guān)0.00512(0.103+0.061)x10-6"Z=4434.8Hz周期T= =0.23ms周期PWMf脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為Ud110TOC\o"1-5"\h\zK =—L= =11PWMU* 10i于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為K 11WPWM（S）= PW^TPWMS+1 0.00023s+1（2） 電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi取0.5ms（3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)T’=T“+T=0.23ms+0.5ms=0.73msZiPWMoi5.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，b%<5%,而且Tl/TZ.二5.1/0.73二6.99<10，因此可以按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為：W(s)=KACR5.1.3選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)t.=T=0.0051sil要求bi%<5%時(shí)，應(yīng)取KTy.=0.5，因此iZiKi=片=000073s-1=684.93s-1Zi又因?yàn)镻二U*im-XI又因?yàn)镻二U*im-XIN10二0.833V/A于是TRi BKPWM684.93x0.0051x2 =0.760.833x115.1.4檢驗(yàn)近似條件w.=K=684.93s-1ci i1)要求s-1現(xiàn)3TpWM1)要求s-1現(xiàn)3TpWM3x0.00023 ci2)1w< ci 3TPWM，3，現(xiàn)0.103x0.0051'J—130.8951<Wci3)要求2.2取R=4°kQ，則2.2取R=4°kQ，則R=KR=°.76x4°=3°.4kQ° ii°C丄=°.°°51x1°6pF=°.17pFiC=4T=iR°3°°°°4x°.°°°51x1°6pF=°.°5uF4°x1°3取Rj=3°kQ取°.22uF取°.1uF=982.95s=982.95s-1〉3.Ci3飛坊可出匚3\?！恪恪?3x0.°°°5可見(jiàn)均滿足要求。5.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容通過(guò)查表可知：電容標(biāo)準(zhǔn)值(卩F)°.1、°.15、°.22、°.33、°.47、1.°、1.5、片Et NtI如.丄魚(yú)■) 1暑I(lǐng)圖5-2含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為b=4.3%V5%，故滿足設(shè)計(jì)i要求。5.2轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)5.2.1確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2T—2x°.°°°73—°.°°146s=1.46ms為i取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)T—°.°°5s=5msonT—2T+T—°.°°146s+°.°°5s—°.°°646s=6.46msXn Xi on5.2.2ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為W (s)—KASR n

523選擇ASR參數(shù)取h=5,貝卩Tn-hTEn二5x0.00646s二0.0323s2h2T22x25x0.006462h2T22x25x0.006462s-2=2875.5s-2'Ln(h+1)PCT6x0.833x0.09016x0.1032haRT■e2x5x0.01x2x0.00646二35.925.2.4校驗(yàn)近似條件①二Kt二2875.5x0.0323二92.88s-1cn Nn111(1)要求W<，現(xiàn)二 二273