電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 目錄目錄 1 課題分析 .3 1.1 概述.3 1.2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) .4 1.3 單極式 PWM 變換器原理 .4 1.4 脈寬調(diào)制系統(tǒng)靜特性 .6 1.5 PWM 調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo).7 1.5.1 靜態(tài)性能.7 1.5.2 動(dòng)態(tài)性能 .8 2 電路設(shè)計(jì) .8 2.1 主電路設(shè)計(jì).8 2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì).9 2.2.1 ASR 設(shè)計(jì).9 2.2.2 ACR 設(shè)計(jì).10 2.3 驅(qū)動(dòng)電路.10 3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 .11 3.1 ACR 參數(shù)計(jì)算 .12 3.2 ASR 參數(shù)計(jì)算 .13 3.3 參數(shù)的校驗(yàn).14 3.3.1 電流參數(shù)的校驗(yàn) .14 3.

2、3.2 轉(zhuǎn)速參數(shù)的校驗(yàn).14 3.3.3 校驗(yàn)超調(diào)量.15 4 仿真結(jié)果 .15 4.1 轉(zhuǎn)速輸出.15 4.2 電流輸出.16 5 結(jié)果分析 .16 結(jié)束語(yǔ) .17 參考文獻(xiàn) .18 附錄 .19 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 摘要 對(duì) PWM 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究，以 PWM 電力電子變換器產(chǎn)生連續(xù) 可調(diào) 的直流電源，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)；選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和近似校 驗(yàn).并對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析，給出其仿真波形。機(jī)械特性上通 過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī) 械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定

3、運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 工業(yè)上 PWM 控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)還是日 益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán) 的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。在本次設(shè)計(jì)中，為了使調(diào)速達(dá)到高精度、高準(zhǔn)度的要求， 我使用了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，以此來組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。 這樣的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到任務(wù)要求的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。通過對(duì)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對(duì)其各種性能 加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對(duì)該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng) 的性能，使其能夠適用于各種工作場(chǎng)合，提高其使用效率。 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)電樞電壓的直流調(diào)速是應(yīng)用最廣

4、泛的一種調(diào)速方法。本文 設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 PWM 控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，并且設(shè) 計(jì)了完善的保護(hù)措施，既保障了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，又使系統(tǒng)具有較高的動(dòng)、靜態(tài)性能。 PWM 控制技術(shù)是一中廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域的技術(shù)，其原理是利用沖量相等而形狀相通的窄 脈沖加在具有慣的環(huán)節(jié)時(shí)候，效果基本相通。直流系統(tǒng)調(diào)速是由功率晶閘管、移相控制 電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速電路、積分電路、電流反饋電路、以及缺相和過流保護(hù)電路， 通常指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)螛O式 PWM 雙閉環(huán) 無靜差 可逆 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 直流單極式 PWM 調(diào)速系統(tǒng)

5、設(shè)計(jì)與仿真 1 課題分析 1.1 概述 脈寬調(diào)制變換器是把脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的一種直流斬波器，脈寬調(diào)制，是利用電力 電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的直流脈沖序列采用脈沖寬度調(diào)制的 高頻開關(guān)控制方式，形成脈寬調(diào)制變換器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系 統(tǒng)或直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。相較于 V-M 調(diào)速系統(tǒng)，PWM 系統(tǒng)在許多方面有優(yōu)越性，主電 路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā) 熱都較小；低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬；若是與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系 統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，道通損耗 小，當(dāng)

6、開關(guān)頻率適中時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。直流電流采用不控整流時(shí)， 電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。 直流脈寬調(diào)制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)基本取代了晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，在中、小容 量，并要求高動(dòng)態(tài)性能的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中尤為突出。 在各類電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中,由于直流電機(jī)具有良 好的起動(dòng)、制動(dòng)和大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào) 速的性能,直流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面.而脈寬調(diào)制 （PWM）控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛 應(yīng)用的控制方式，最常用的 PWM 直流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速 范圍寬和損耗低等特點(diǎn) 據(jù)此，我們可設(shè)計(jì)一個(gè)直流單極式可逆

7、 PWM 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 1.2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 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)的要求。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào) 節(jié)器串級(jí)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 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 2 制 PWM 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3 裝置。 系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)圖如下圖 1 所示。 圖 1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 1.3 單極式 PWM 變換器原理 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱

8、 PWM 變換器。直流電動(dòng)機(jī) PWM 控制系統(tǒng)分為不可逆和可逆系統(tǒng)。不可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)；可逆系統(tǒng) 是指電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于可逆系統(tǒng)，又可以分為單極性驅(qū)動(dòng)和雙極性驅(qū) 動(dòng)兩種方式。 單極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的；雙 極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是正負(fù)交替的?？赡?PWM 變換器的輸出電壓極性是隨控制電壓極性變化而變化的，因而可組成可逆的直流調(diào) 速系統(tǒng)。 常見的可逆 PWM 變換器主電路有 H 型和 T 型，本設(shè)計(jì)采用 H 型橋式可逆變換器。 單極式可逆 PWM 變換器電路如圖 2 所示。單極式可

9、逆 PWM 變換器的驅(qū)動(dòng)脈沖： ， VT1 和 VT2 交替導(dǎo)通（和雙極式一樣）、改成因電機(jī)的轉(zhuǎn)向而施 21 UgUg 3 Ug 4 Ug 加不同的直流控制信號(hào)。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，使 3 Ug恒為負(fù)， 4 Ug恒為正，則 VT3 截止而 VT4 常通。 如圖 3 所示，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，則 3 Ug恒為正,而 4 Ug恒為負(fù)，使 VT3 常通而 VT4 截止。 當(dāng)控制電壓為正即當(dāng)電機(jī)正向電動(dòng)時(shí)，在一個(gè)開關(guān)周期中有： 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 圖 2 可逆 PWM 變換器 當(dāng)時(shí)，和 4 Ug為正，晶體管 VT1 和 VT4 飽和導(dǎo)通; 和 3 Ug為負(fù)，0 on tt 1 Ug 2 Ug VT2 和 VT3

10、 截止。這時(shí)。當(dāng)時(shí)， 1 Ug 變負(fù)，VT1 和 VT3 截止, VT4 導(dǎo) sAB UU on ttT 通 ；變正，但 VT2 仍不通，正向電流沿 VD2 和 VT4 續(xù)流。這時(shí)。 2 Ug0 AB U t t t t on tT T 4 Ug 1 Ug AB U d i 0 0 0 0 圖 3 單極式 PWM 變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形 由圖可得，單極式變換器的輸出平均電壓是 s on d U T t U 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5 可以定義占空比，電壓系數(shù) on t T d s U U 那么在單極式可逆變換器中 在調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍應(yīng)為 01，而相應(yīng)的的范圍也應(yīng)為 01。此電路無高頻 微振，啟動(dòng)

11、較慢， 其低速性能不如雙極性的好。單極式變換器的開關(guān)損耗要比雙極式小， 裝置的可靠性提高了。單極式變換器的電力晶體管 VT3 和 VT4 兩者之中總有一個(gè)是常通 的，而另一個(gè)是截止的，運(yùn)行中不用頻繁地交替導(dǎo)通。 1.4 脈寬調(diào)制系統(tǒng)靜特性 求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械特性方程式，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的電壓 都是 ，平均電流用 表示，平均轉(zhuǎn)速 ，而電樞電感壓降 的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。因 為采用了脈寬調(diào)制，電流波形均是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單，電壓平衡方 程如下 .（導(dǎo)通時(shí)間） d sd di URiLE dt （關(guān)斷時(shí)間） d sd di URiLE dt 易得其平均值方程如下

12、 sdde URIERIC n 那么可得其機(jī)械特性方程式如下： 0 s dd eee URR nInI CCC 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 6 1.5 PWM 調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo) 1.5.1 靜態(tài)性能 （1）調(diào)速范圍 電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，提供的最高轉(zhuǎn)速 max n 與最低轉(zhuǎn)速 min n 之比，稱為調(diào)速范 圍，用符號(hào) D 表示，一般以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速，若額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降nN 落為nN，則可得調(diào)速范圍與靜差率之間的關(guān)系為： （式 1.2） （2）靜差率 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 與理 想空載轉(zhuǎn)速 之比。當(dāng) 值一定，如果對(duì)靜差率要求越高，即要求

13、 s 值愈小時(shí)，系統(tǒng)能夠允 許的調(diào)速范圍也愈小，一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率 的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 1.5.2 動(dòng)態(tài)性能 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括兩項(xiàng)，對(duì)給定信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào) 的抗擾性能指標(biāo)，設(shè)置調(diào)節(jié)器目的是改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 1. 跟隨性能指標(biāo) 上升時(shí)間 r t ，在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 c 所經(jīng)過的時(shí)間稱為上升時(shí)間，它表示動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。 超調(diào)量 % ，在階躍響應(yīng)過程中，超過以后，輸出量有可能繼續(xù)增加，到峰值時(shí)間rt 時(shí)達(dá)到最大值，然后回落。超過穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)稱作超調(diào)量，超調(diào)量反映ptmaxCma

14、xCC 系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，則相對(duì)穩(wěn)定性越好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。 調(diào)節(jié)時(shí)間 s t ，調(diào)節(jié)時(shí)間又稱過渡過程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)調(diào)節(jié)過程的快慢。理論上 要到 t 才穩(wěn)定，為了在線性系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線上表示調(diào)節(jié)時(shí)間，認(rèn)定穩(wěn)態(tài)值的 （或?。┑姆秶鳛樵试S誤差帶，以輸出量達(dá)到并不再超過該誤差帶所需的時(shí)5%2% %100%100 0 0 0 n nn n n s eded (1) N N n s D ns 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。顯然，調(diào)節(jié)時(shí)間既反映了系統(tǒng)的快速性，也包含著它的穩(wěn)定性。 2. 抗擾性能指標(biāo) 常用的抗擾性能指標(biāo)為動(dòng)態(tài)降落和恢復(fù)時(shí)間，系統(tǒng)中擾動(dòng)量的作用點(diǎn)通常不同

15、于給 定量的作用點(diǎn)，因而系統(tǒng)的抗擾動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)也異于跟隨動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 動(dòng)態(tài)降落，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，突加一定數(shù)值的擾動(dòng)（如額定負(fù)載擾動(dòng)）后引起maxC 轉(zhuǎn)速的最大降落值叫做動(dòng)態(tài)降落。maxC 恢復(fù)時(shí)間，從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差ft2C 進(jìn)入某基準(zhǔn)量的5%（或2%）范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間，其中bC稱bCft 為抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值。 一般而言，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)應(yīng)以抗擾性能為主。但在實(shí)際系統(tǒng)中，對(duì)于各種 動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求情況各異，必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體要求來設(shè)計(jì)。 2 電路設(shè)計(jì) 2.1 主電路設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速系統(tǒng)快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小，

16、在系統(tǒng)中能夠隨心所欲 地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過程。合上電源后，用延時(shí)開關(guān)將 Rz 短路，以免在運(yùn)行中造成 附加損耗。勢(shì)必產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞整流二極管，可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主 電路的如圖 4 所示。變換器的直流電源由二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以 6 C 獲得恒定的直流電壓，由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動(dòng)機(jī) s U 制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這式電容器兩端電壓升高稱作“泵升電壓” 。 圖 4 PWM 調(diào)速系統(tǒng)主電路 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 8 2.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外環(huán)擴(kuò)展。 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，

17、應(yīng)該首先設(shè)計(jì)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。主回路對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，副回路對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。為 了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必須對(duì)被控量進(jìn)行采樣，然后與給定值比較。 2.2.1 ASR 設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，設(shè)計(jì)系統(tǒng)成典型型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI 調(diào)節(jié)器，根 據(jù)和電流環(huán)一樣的原理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入相同時(shí)間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速 反饋電路如圖 7 所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾 波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)。0.012s on T 圖 5 PI 型 ASR 2.2.2 ACR 設(shè)計(jì) 為使在突加控制作用時(shí)電流沒

18、有太大的超調(diào)，電流環(huán)以跟隨性能為主，穩(wěn)態(tài)無靜差， 將電流內(nèi)環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器 ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器。電流檢測(cè)中常常含有 交流分量，為使其不影響調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。 ，為了平衡反饋通路中的濾波環(huán) 節(jié)帶來的延遲作用，電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入都加入了同等時(shí)間常數(shù)的濾波環(huán)節(jié). 此濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)表示，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)，以0.002s oi T 濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 9 圖 6 PI 型電流調(diào)節(jié)器 2.3 驅(qū)動(dòng)電路 一般而言，IGBT 驅(qū)動(dòng)可選用芯片 IR2110，IR2110 采用 DIP 封裝，有 14 個(gè)引出端， 排列如

19、下圖 7 所示。 HO UB Us Nc Vcc COM NC VSS LIN SD HIN VDD NC LO 圖 7 IR2110 引腳圖 芯片各引腳功能如下： 腳 1（LO）是低端通道輸出，腳 2（COM）是公共端，腳 3（Vss）是低端固定電源電壓，腳 5（Us）是高端浮置電源偏移電壓，腳 6(UB)是高端浮 置電源電壓；腳 7（HO）是高端輸出，腳 9（VDD）是邏輯電路電源電壓，腳 10（HIN） 、 腳 11（SD） 、腳 12（LIN）均是邏輯輸入，腳 13（Vss）是邏輯電路地電位端外加電源電 壓，其值可以為 0V，腳 4、腳 8、腳 14 均為空端。 IR2110 具有獨(dú)立

20、的高端和低端輸出通道；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達(dá) 500V，du/dt=50V/ns，在 15V 下的靜態(tài)功耗僅有 1.6mW。IGBT 驅(qū)動(dòng)電路如圖 8 所示。 輸出的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍為 1020V，邏輯電源電壓范圍為 515V，邏輯電源地電壓偏 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 移范圍為5V5V。IR2110 采用 CMOS 施密特觸發(fā)輸入，兩路具有滯后欠壓鎖定。 推挽式驅(qū)動(dòng)輸出峰值電流2A，負(fù)載為 1000pF 時(shí)，開關(guān)時(shí)間典型值為 25ns。兩路匹配傳 輸導(dǎo)通延時(shí)為 120ns，關(guān)斷延時(shí)為 94ns。 PWM1PWM2 VbHOVsLO HINLINSD COM Vb HO VsL

21、O HINLIN SD COM IR2110 R9 R10 R11R12 VD10 VD11 IR2110 C4 C5 PWM1PWM2 Ug1Ug2 Ug3Ug4 VssVss 圖 8 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 3 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 單刀雙擲開關(guān)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，滑動(dòng)變阻器 RP1、RP2 分別調(diào)節(jié)正反轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，RP3 可以改變電流的限幅值，下面分別進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的計(jì)算。 可得轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) rV n U N n min01 . 0 1000 10 * 電流反饋系數(shù) AV I U N i 12 . 0 555 . 1 10 5 . 1 * 在計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)前，先根據(jù)額定參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，額定狀態(tài)

22、運(yùn)行時(shí)有 NNaeN UI RC n 易得 rV n RIU C N aNN e min209 . 0 1000 2 . 055220 在此設(shè)定所有運(yùn)算放大器的 R0=40k，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)為 Tl=0.03s，Tm=0.18s，并設(shè)定電力電子變換器的內(nèi)阻為 Rrec=0.8。所以可得超前時(shí)間常 數(shù) i=Tl=0.03s，回路總電阻為 R=0.8+0.2=1。設(shè)定 PWM 控制電路的放大系數(shù)為 Ks=40。電流允許過載倍數(shù) =1.5。給定電壓設(shè)為 10V。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 11 3.1 ACR 參數(shù)計(jì)算 分析可得電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi=0.002s，通過查閱相關(guān)資料可得 PWM

23、調(diào)壓系統(tǒng)的滯 后時(shí)間 Ts=0.0001s，電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，實(shí)際系統(tǒng)不允許 電樞電流有太大的超調(diào)，而且要求系統(tǒng)電流無靜差，為此，電流環(huán)應(yīng)一跟隨性能為主， 可選用典型 I 型系統(tǒng)。 sTTT ois i 0021.0002.00001.0 可取傳遞函數(shù)為： 因要求，對(duì)電流開環(huán)增益，應(yīng)取，于是5% i i 0.5 I K T 于是電流調(diào)節(jié)器的 比例系數(shù)： 據(jù)此比例系數(shù)可得，取運(yùn)放的 R0=40k，各電阻和電容值： ，取 60KkRKR ii 6 . 594049 . 1 0 3.2 ASR 參數(shù)計(jì)算 確定時(shí)間常數(shù)，電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)測(cè) i 20.

24、0042Ts on T 速發(fā)電機(jī)的紋波情況取；0.01 on Ts 對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，按小時(shí)間常數(shù)盡速處理取 n T ni 20.0420.010.0142 on TTTs 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該設(shè)計(jì)為典型型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器也應(yīng)采用 PI 型，其傳遞函 數(shù)為 s sK sW i ii ACR ) 1( )( 1 1 . 238 0021 . 0 5 . 05 . 0 s sT K i I 49.1 12.040 103.0 1.238 s iI i K RK K 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 12 1 ( ) n ASRn n s WsK s 為使跟隨性和抗干擾性能都較好，可取。5h 那么 ASR

25、超前時(shí)間常數(shù) n 5 0.01420.071 n hTs 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 222 16 595.12 22 25 0.0142 N n h K h T 則 ASR 的比例系數(shù)為 1 . 19 0142 . 0 01 . 0 152 18 . 0 209 . 0 12 . 0 6 2 ) 1( n me n RTh TCh K 由運(yùn)放可得，各電阻和電容值計(jì)算如下：40 o Rk ，取 750kkRKR nn 76440 1 . 19 0 ，取 0.1uFuF R C n n n 094 . 0 1000750 071 . 0 ，取 1uFFRTC oonon 110)40/01 . 0 4(/4

26、 3 3.3 參數(shù)的校驗(yàn) 3.3.1 電流參數(shù)的校驗(yàn) 首先校驗(yàn)近似條件，電流環(huán)截止頻率，然后校驗(yàn) PWM 調(diào)壓系統(tǒng)傳 1 238.1 ciI Ks 遞函數(shù)的近似條件是否滿足。 1 3 ci s T 由于，故滿足近似條件。 11 3333.33 33 0.0001 ci s T 校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)近似條件。 1 3 T ci ml T 這里，明顯滿足近似條件。 11 3344.72 T0.15 0.03 ci ml T 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件。 11 3 ci soi TT 這里，明顯滿足條件。 1 1111 745.36 330.0001 0.002 ci soi

27、 s TT 根據(jù)上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。 3.3.2 轉(zhuǎn)速參數(shù)的校驗(yàn) 首先校驗(yàn)近似條件，轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率。 1 595.12 0.07142.25 cnNn Ks 校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件是否滿足。 n 1 5 cn T 這里，滿足近似條件。 1 i 11 95.24 55 0.0021 cn s T 校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件。 i 11 32 cn on T T 這里，明顯滿足條件。 i 1111 51.43 3232 0.01 0.0021 cn on T T 3.3.3 校驗(yàn)退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)量 突加階躍給定時(shí)，ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR 退

28、飽和的情況重 新計(jì)算超調(diào)量，在 h=5 時(shí)，查表可知，n=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上這是按線 性系統(tǒng)計(jì)算的。 則。%10%06 . 5 18 . 0 0142 . 0 1000 209 . 0 155 5 . 1% 2 . 812)(2 * max m nN b n T T n n z C C 由此可得，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足設(shè)計(jì)要求，可行且實(shí)用，可使系統(tǒng)達(dá)到快速、 準(zhǔn)確和穩(wěn)定。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 4 仿真結(jié)果 4.1 轉(zhuǎn)速輸出 圖 9 轉(zhuǎn)速輸出 4.2 電流輸出 圖 10 輸出電流波形 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 5 結(jié)果分析 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)

29、器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電 壓 Un*的變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，采用 PI 調(diào)節(jié)器課實(shí)現(xiàn)無靜差。對(duì)負(fù)載變化起抗 擾作用。其輸出幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。 電流調(diào)節(jié)器，作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟 隨其給定電壓 Ui*變化。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲 得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電 流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣有 利于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理分析，ASR 根據(jù)轉(zhuǎn)速給定 Un*和轉(zhuǎn)速反饋 Un 的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其 輸出作為電流給定 Ui*，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，控制電樞電流對(duì)應(yīng)控制電磁轉(zhuǎn)矩，因而可以控 制轉(zhuǎn)速。ACR 根據(jù)