直流脈寬(PWM)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究——調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文摘 要本課題是對直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究，主要是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。因此在本次設(shè)計(jì)中對直流調(diào)速的原理直流調(diào)速控制方式以及調(diào)速的特性、PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了全方面闡述。此次課題需要以電力電子學(xué)和電機(jī)調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)，為了得到較好的動(dòng)靜態(tài)性能，該控制系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)控制，同時(shí)速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都選用PI調(diào)節(jié)器。為了得到理想的效果，設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)采用橋式電路作為主電路，采用ASR與ACR作為調(diào)節(jié)器，觸發(fā)電路以集成PWM控制器SG3525為核心,保護(hù)電路以過流保護(hù)為主。這種系統(tǒng)在40年代廣泛應(yīng)用，但是它的缺點(diǎn)是占地大，效率低，運(yùn)行費(fèi)用昂貴，維護(hù)不方便等，特別是至少要包含

2、兩臺(tái)與被調(diào)速電機(jī)容量相同的電機(jī)。為了克服這些缺點(diǎn)，50年代開始使用水銀整流器作為可控變流裝置。這種系統(tǒng)缺點(diǎn)也很明顯，主要是污染環(huán)境，危害人體健康。50年代末晶閘管出現(xiàn)，晶閘管變流技術(shù)日益成熟，使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今主要的直流調(diào)速系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域范圍。關(guān)鍵詞：ASR；ACR；調(diào)速系統(tǒng)；直流調(diào)速器I目 錄1 緒論1 1.1 設(shè)計(jì)背景. 11.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)11.2.1 設(shè)計(jì)已知參數(shù)11.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)11.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由22 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)32.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)32.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)42.2.1 確定時(shí)間常數(shù)42.2.2

3、選擇電流調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)42.2.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)其參數(shù)52.2.4 校驗(yàn)近似條件52.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)其電阻和電容52.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)62.3.1 確定時(shí)間常數(shù)62.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)62.3.3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其參數(shù)62.3.4 檢驗(yàn)近似條件72.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容72.3.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量73 主電路設(shè)計(jì)93.1 主電路原理93.2 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.3 主電路參數(shù)計(jì)算104 控制電路設(shè)計(jì)124.1 主要原理124.2 SG3525A內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作特性125 保護(hù)電路設(shè)計(jì)155.1 過電流保護(hù)155.2 過電壓保護(hù)156 系統(tǒng)調(diào)試166.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果166.1.1 開環(huán)

4、機(jī)械特性測試166.1.2 閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試及閉環(huán)靜特性測定186.1.3 系統(tǒng)參數(shù)測定196.2 實(shí)驗(yàn)測試波形圖216.2.1 PWM控制器SG3525性能測試216.2.2 控制電路的測試236.2.3 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)波形的觀察24總 結(jié)25參考文獻(xiàn)261 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過程中，20世紀(jì)末以交流調(diào)速為主導(dǎo)方向調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，其性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，她的控制技術(shù)已居于世界先進(jìn)水平。但由于造價(jià)較高，目前在國內(nèi)應(yīng)用局限性較大，在較短的時(shí)間內(nèi)難以取代較為落后的直流調(diào)速。相對而言，PWM調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了這個(gè)空白。PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，功率元件少，開關(guān)頻率高，其控制

5、水平從1kHz可到達(dá)4kHz，電機(jī)電流連續(xù)，低速性能好，諧波少，穩(wěn)態(tài)精度高，脈動(dòng)小，損耗和發(fā)熱都較小，調(diào)速范圍快，調(diào)速系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。本設(shè)計(jì)是以直流PWM控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、以及電流調(diào)節(jié)器ACR并用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，對反饋信號(hào)進(jìn)行采集，處理起到無靜差效果。

6、1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)1.2.1 設(shè)計(jì)已知參數(shù)1、拖動(dòng)設(shè)備：直流電動(dòng)機(jī)： ，過載倍數(shù)。2、負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)： 3、機(jī)組：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)1、D，穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min,負(fù)載電流0.8A。3、電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。1.3 選擇PWM控制系統(tǒng)的理由SG3525是一種性能優(yōu)良，功能全，通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡單、可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：1、PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。2、開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損

7、耗及發(fā)熱都較小。3、低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1：10000左右。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。變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，在一些中小容量的動(dòng)態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。由此可見，變頻調(diào)速是非常值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，PWM調(diào)速方式尤為大家所重視，這是我們選取它作為研究對象的重要原因。2 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)圖2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖 圖2.1中，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器二者之間實(shí)行串級(jí)連接。把速度調(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)

8、節(jié)器的輸出去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)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般選擇PI調(diào)節(jié)器。 在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值決定了電流給定的最大值，電流給定的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。分析系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的特征，PI調(diào)節(jié)器一般存在兩種狀況：飽和-輸出達(dá)到限幅值，不飽和-輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，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)器退飽和，此時(shí)相當(dāng)于調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽

9、和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的作用是使輸入偏差電壓始終為零。2.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)2.2.1 確定時(shí)間常數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，查表得三相橋式電路平均失控時(shí)間電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是，為了基本濾平波頭應(yīng)有，則。電流小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理： (2-1) 2.2.2 選擇電流調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （2-2）檢查對電源電壓的抗擾性能： （2-3）如圖1.1為電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖 圖2.1 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖2.2.3 計(jì)算電流調(diào)節(jié)其參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：

10、=0.0065s取電流反饋系數(shù)： （2-4）電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，由表可得，取，因此 （2-5）于是，ACR的比例系數(shù)為： （2-6）2.2.4 校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：，滿足近似條件。忽略反電動(dòng)勢變化對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：，滿足近似條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足近似條件。2.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)其電阻和電容按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為：，?。?（2-7）,?。?（2-8）,取。 （2-9）2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)2.3.1 確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)： （2-10）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 （2

11、-11）2.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （2-12）2.3.3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)其參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為： （2-13）轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為： （2-14）電壓反饋系數(shù) （2-15）ASR的比例系數(shù)為： （2-16）如圖1.3所示為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖圖2.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖2.3.4 檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為： （2-17）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：2.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用運(yùn)算放大器取，則，取； （2-18），?。?（2-19），取。 （2-20）2.3.6 校核轉(zhuǎn)

12、速超調(diào)量按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當(dāng)時(shí),; （2-21）（2-22）3 主電路設(shè)計(jì)3.1 主電路原理直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖2.1所示。其中具有轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為外環(huán)，還有就是電流環(huán)，這里稱為內(nèi)環(huán)，外環(huán)由測速機(jī)采集信號(hào)經(jīng)過反饋系數(shù)得到電壓信號(hào)反饋給ASR，內(nèi)環(huán)我們這里采用直流PWM控制系統(tǒng)相結(jié)合，其中脈寬調(diào)速系統(tǒng)由調(diào)制波發(fā)生器GM、脈寬調(diào)制器UPM、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD以及絕緣柵雙極性晶體管的GD和脈寬調(diào)制變換器組成。直流PWM控制系統(tǒng)是直流脈寬調(diào)制式調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng)，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別在于用直流PWM變換器取代了晶閘管交流裝置，作為

13、系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)器。脈寬調(diào)制器是有一個(gè)運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)構(gòu)成電壓比較器。運(yùn)算放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，在電流調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)的控制下，產(chǎn)生一個(gè)等幅、寬度受Uc控制的方波脈沖序列，為PWM提供所需要的脈沖信號(hào)。邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD保證在一個(gè)管子發(fā)出關(guān)斷脈沖時(shí)，經(jīng)延時(shí)后再發(fā)出對另一個(gè)管子的開通脈沖，在延時(shí)環(huán)節(jié)中引入瞬時(shí)動(dòng)作限流保護(hù)FA信號(hào)，一旦橋臂電流超過允許最大電流值時(shí)，使工作管子同時(shí)封鎖，以保護(hù)電力晶體管。3.2 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.1 直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3.2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路圖3.3 主電路參數(shù)計(jì)算 設(shè)電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)a,采用的直流斬波得到的PWM波的最大占空比為b，三相不控整

14、流橋電壓系數(shù)為c，直流斬波器輸入電壓為，二次相電壓有效值,二次相電流有效值，變壓器功率P；電機(jī)過載倍數(shù)，電機(jī)電動(dòng)勢系數(shù)，電動(dòng)機(jī)額定電壓電機(jī)額定電流,額定轉(zhuǎn)速,電樞電阻，整流主裝置內(nèi)阻，則有：1、電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)系數(shù)： （3-1） 2、考慮電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)（-10%+5%）因此保證電網(wǎng)電壓最低時(shí)還能正常供電故應(yīng)考慮其最低值故取電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)a=0.9。3、直流斬波的最大占空比b=0.94、三相不控整流橋電壓系數(shù)c=2.34，因此代入數(shù)據(jù)即可得：即可得取V因此直流斬波器輸入電壓，考慮勵(lì)磁電流此時(shí)?。鹤儔浩骷~定容量 （3-2）4 控制電路設(shè)計(jì)4.1 主要原理集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心

15、，它采用恒頻脈寬調(diào)制控制方案，適合于各種開關(guān)電源、斬波器的控制。本實(shí)驗(yàn)電路中用SG3525 產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4.2 SG3525A內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作特性圖4.1 SG3525A引腳SG3525 采用16 端雙列直插DIP 封裝，各端子功能介紹如下:1 腳:INV. INPUT(反相輸入端):誤差放大器的反相輸入端，該誤差放大器的增益標(biāo)稱值為80db，其大小由反饋或輸出負(fù)載來決定，輸出負(fù)載可以是純電阻，也可以是電阻性元件和電容元件的組合。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1. 5V-5. 2V。此端通常接到與電源輸出電壓相連接的電阻分壓器上。負(fù)反饋控制時(shí)，將電源輸出電壓分壓后

16、與基準(zhǔn)電壓相比較。2 腳:NI. INPUT (同相輸入端):此端通常接到基準(zhǔn)電壓16 腳的分壓電阻上，取得2.5V 的基準(zhǔn)比較電壓與INV. INPUT 端的取樣電壓相比較。3 腳:SYNC(同步端):為外同步用。需要多個(gè)芯片同步工作時(shí)，每個(gè)芯片有各自的震蕩頻率，可以分別他們的4 腳和3 腳相連，這時(shí)所有芯片的工作頻率以最快的芯片工作頻率同步。也可以使單個(gè)芯片以外部時(shí)鐘頻率工作。4 腳:OSC. OUTPUT(同步輸出端):同步脈沖輸出。作為多個(gè)芯片同步工作時(shí)使用。但幾個(gè)芯片的工作頻率不能相差太大，同步脈沖頻率應(yīng)比震蕩頻率低一些。如不需多個(gè)芯片同步工作時(shí)，3腳和4腳懸空。4腳輸出頻率為輸出脈

17、沖頻率的2倍。輸出鋸齒波電壓范圍為0.6V到3.5V.5 腳:Cr(震蕩電容端):震蕩電容一端接至5腳，另一端直接接至地端。其取值范圍為0.001,uF到0.1uF。正常工作時(shí)，在Cr兩端可以得到一個(gè)從0.6V到3.5V變化的鋸齒波。6 腳:Rr(震蕩電阻端):震蕩電阻一端接至6腳，另一端直接接至地端。Rr的阻值決定了內(nèi)部恒流值對Cr充電。其取值范圍為2K到150K，Rr和Cr越大充電時(shí)間越長，反之則充電時(shí)間短。7 腳:DISCHATGE RD(放電端):Cr的放電由5，7兩端的死區(qū)電阻決定。把充電和放電回路分開，有利與通過死區(qū)電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，使死區(qū)時(shí)間調(diào)節(jié)范圍更寬。其取值范圍為0歐到50

18、0歐。放電電阻RD 和CT 越大放電時(shí)間越長，反之則放電時(shí)間短。8 腳:SOFTSTATR(軟啟動(dòng)):比較器的反相端即軟啟動(dòng)器控制端8,端8可外接軟啟動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部Vf的50uA恒流源充電。9 腳:COMPENSATION(補(bǔ)償端):在誤差放大器輸出端9腳與誤差放大器反相輸入端1腳間接電阻與電容，構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，補(bǔ)償系統(tǒng)的幅頻、相頻響應(yīng)特性。補(bǔ)償端工作電壓范圍為1.5V 到5.2V.10 腳:SHUTDOWN(關(guān)斷端):10端為PWM 鎖存器的一個(gè)輸入端，一般在10端接入過流檢測信號(hào)。過流檢測信號(hào)維持時(shí)間長時(shí)，軟起動(dòng)端8 接的電容C:將被放電。電路正常工作時(shí)，該端呈高電平，其電位高于鋸齒

19、波的峰值電位。在電路異常時(shí)，只要腳10電壓大于0. 7V，三極管導(dǎo)通，反相端的電壓將低于鋸齒波的谷底電壓(0.9V)，使得輸出PWM信號(hào)關(guān)閉，起到保護(hù)作用.11 腳:OUTPUT A,14 腳: OUTPUT B(脈沖輸出端):輸出末級(jí)采用推挽輸出電路，驅(qū)動(dòng)場效應(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。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收之間出現(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l00ns?？梢栽赩<處接一個(gè)約0.luf 的電容濾去電壓尖峰。12 腳:GROUND(接地端):該芯片上的所有電壓都是相對于GROUND 而言，即是功率地

20、也是信號(hào)地。在實(shí)驗(yàn)電路中，由于接入誤差放大器反向輸入端的反饋電壓也是相對與12腳而言，所以主回路和控制回路的接地端應(yīng)相連。13 腳:VC(推挽輸出電路電壓輸入端):作為推挽輸出級(jí)的電壓源，提高輸出級(jí)輸出功率?？梢院?5 腳共用一個(gè)電源，也可用更高電壓的電源。電壓范圍是1.8V-3.4V.15 腳:+VIN(芯片電源端):直流電源從15 腳引入分為兩路:一路作為內(nèi)部邏輯和模擬電路的工作電壓;另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生5.1 士1%V 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。如果該腳電壓低于門限電壓(Turn-off: 8V)，該芯片內(nèi)部電路鎖定，停止工作基準(zhǔn)源及必要電路除外)使之消耗的電流降至很小(約2mA

21、).另外，該腳電壓最大不能超過35V.使用中應(yīng)該用電容直接旁路到GROUND 端。16 腳:VREF(基準(zhǔn)電壓端):基準(zhǔn)電壓端16腳的電壓由內(nèi)部控制在5.1 V 土1%?？梢苑謮汉笞鳛檎`差放大器的參考電壓。275 保護(hù)電路設(shè)計(jì)5.1 過電流保護(hù)由于過載、直流側(cè)短路、逆變失敗、環(huán)流和交流側(cè)短路等原因會(huì)引起系統(tǒng)過流而損壞可控硅。系統(tǒng)采用了三種過流保護(hù)措施：1、電流調(diào)節(jié)器限流，電流整定值為250A;2、過流保護(hù)環(huán)節(jié)，整定值為350A;3、快速熔斷器。圖5.1 過流保護(hù)環(huán)節(jié)5.2 過電壓保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(hù)。開關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源諸如蓄電池和整流器的電

22、壓如果過高,使開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此,有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路。用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路如圖5.2所示。圖5.2 輸入過電壓保護(hù)6 系統(tǒng)調(diào)試6.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果6.1.1 開環(huán)機(jī)械特性測試把電機(jī)、直流電源，接入系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)加額定勵(lì)磁。緩慢增加給定電壓Ug,使電機(jī)升速,調(diào)節(jié)給定電壓Ug和負(fù)載Rg使電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id=1.1A,轉(zhuǎn)速達(dá)到1400r/min。在測試過程中逐步增大負(fù)載電阻Rg的阻值（即減小負(fù)載）就可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（I2），將其記入下面的表格：表6.1 開環(huán)機(jī)械特性(n=1400r/min)n(r/min)1400131312771

23、269125812541248I(A)0.10.350.550.60.650.70.75表6.2 開環(huán)機(jī)械特性(n=1000r/min)n(r/min)1000923901882875857843I(A)0.150.350.40.50.550.650.75表6.3 開環(huán)機(jī)械特性(n=500r/min)n(r/min)500460450437416401379I(A)0.10.20.250.250.350.40.5 圖6.1 開環(huán)機(jī)械特性曲線 然后將電機(jī)反轉(zhuǎn)，增加給定Ug（負(fù)給定）使電機(jī)反向升速，調(diào)節(jié)給定電壓Ug和負(fù)載Rg使電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id=1.1A,轉(zhuǎn)速分別達(dá)到-1400r/min、-10

24、00r/min、-500r/min。在測試過程中逐步增大負(fù)載電阻Rg的阻值（即減小負(fù)載）就可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（I2），將其記入下面的表格：表6.4 開環(huán)機(jī)械特性(n=-1400r/min)n(r/min)-1400-1314-1277-1268-1259-1253I(A)-0.1-0.35-0.55-0.6-0.65-0.7表6.5 開環(huán)機(jī)械特性(n=-1000r/min)n(r/min)-1000-924-900-882-876-858-844I(A)-0.15-0.35-0.4-0.5-0.55-0.65-0.75表6.6 開環(huán)機(jī)械特性(n=-500r/min)n(r/min)

25、-500-460-450-437-416-401-379I(A)-0.1-0.2-0.25-0.25-0.35-0.4-0.5圖6.2 開環(huán)機(jī)械特性曲線6.1.2 閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試及閉環(huán)靜特性測定直流電壓輸入為3V的情況下，發(fā)電機(jī)輸出首先空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓Ug，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近1500r/min，然后在發(fā)電機(jī)的電樞繞組接入負(fù)載電阻Rg，逐漸增大電動(dòng)機(jī)負(fù)載（即減小負(fù)載的電阻值），直至電動(dòng)機(jī)的電樞電流Id=1.1A，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性，測定n=f（Id）并記錄于下表中：表6.7 閉環(huán)機(jī)械特性(n=1500r/min)n(r/min)1500150015001500150015001500

26、I(A)0.110.40.430.450.50.550.6表6.8 閉環(huán)機(jī)械特性(n=-1500r/min)n(r/min)-1506-1500-1500-1500-1499-1496-1500I(A)-0.1-0.4-0.43-0.55-0.6-0.65-0.63表6.9 閉環(huán)控制特性n(r/min)28338750670899212001395Ug(A)0.440.560.741.021.391.671.91圖6.3 閉環(huán)控制特性6.1.3 系統(tǒng)參數(shù)測定 主電路電阻R及電機(jī)的電樞電阻Ra，平波電抗器的直流電阻Rl和整流裝置的內(nèi)阻Rn。首先測出主電路電阻R，然后將Ra短路，測出Rl和Rn總和

27、，用R-（Rl+Rn）即可得出電阻Ra的值，接著將電阻Rl短路，測出Rn和Ra之和，用R-（Rn+Ra)即可得出Rl的值，最后用R-Rl-Ra即可得出Rn的值表6.10 測定總電阻RI A0.90.45U v6483可得R=U/I=（83-64）/（0.9-0.45）=42.23將電樞電阻Ra短路表6.11 測得其他電阻I A0.90.45U v7483可得Ra=R-U/I=42.23-(83-74)/(0.9-0.45)=22.23將直流電阻Rl短路,表6.12 測得其他電阻I A0.90.45U v6073可得Rl=R-U/I=42.23-(73-60)/(0.9-0.45)=13.33最

28、后得出整流裝置的內(nèi)阻Rn=42.23-22.23-13.33=6.671、電動(dòng)機(jī)電勢常熟Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的測定將電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，使之空載運(yùn)行，改變電樞電壓Ud，測得相應(yīng)的n,即可由下式算出CeCe=Ke&=（Ud2-Ud1)/(n2-n1)Ce的單位為V/（r/min)表 6.13n r/min14001300Ud v195182可得出Ce=（195-182）/（1400-1300）=0.13V/(r/min)轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm的單位為N.m/A,可又Ce求出Cm=9.55Ce即Cm=9.55Ce=1.24N.m/A2、整流裝置特性Ud=f(Uct)表6.14 Ud V2.033.235

29、.096.597.848.77Uct V0.670.981.471.872.22.453、測速發(fā)電機(jī)特性Utg=f(n)表6.15n r/min19741773396611501320Utg V1.452.894.966.57.688.794、主電路電磁時(shí)常數(shù)Tc通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測出，Tc=10ms6.2 實(shí)驗(yàn)測試波形圖6.2.1 PWM控制器SG3525性能測試 分別連接“3”和“5”，“4”和“6”，“7”和“27”，“31”和“22”，“32”和“23”，然后打開面板右下角的電源開關(guān)。1、用示波器觀察“25”端的電壓波形，記錄波形的周期，幅度（包括S1開關(guān)撥向“通”和“斷”兩種情況）圖6.4 脈寬控制器三角波2、S5開關(guān)打向0V，用示波器觀察“30”端電壓波形，調(diào)節(jié)RP2電位器，使方波的占空比為50%。S5開關(guān)打向“給定”分別調(diào)節(jié)RP3,RP4，記錄“30”端輸出波形的最大占空比和最小占空比（分別記錄S2打向“通”和“斷”兩種情況）實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示：圖6.5 邏輯延時(shí)矩形波占空比50%圖6.6 占空比90%圖6.7 占空比10%6.2.2 控制電路的測試1、邏輯延時(shí)時(shí)間的測試S5開關(guān)打向“OV”，用示波器觀察“33”和“34”端的輸出波形圖6.8 邏輯延時(shí)時(shí)間測試2、同一橋臂