直流双极式可逆PWM调速系统设计

武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书

目录

1 任务分析 ............................................................................................................................. 0 1.1 概述 ............................................................................................................................... 0 1.2 双闭环调速系统的结构图 ........................................................................................... 1 1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理 ............................................................................... 1 1.4 PWM调速系统的静特性 ........................................................................................... 3 2 电路设计 ............................................................................................................................. 4 2.1给定及偏移电源 ........................................................................................................... 5 2.2 双环调节器电路 ........................................................................................................... 5

2.2.1 电流调节器 ................................................................................................................ 6 2.2.2 转速调节器 ................................................................................................................ 6

2.3 信号产生电路 ............................................................................................................... 7 2.4 驱动电路 ....................................................................................................................... 8 2.5转速及电流检测电路 ................................................................................................. 10 3 调节器的参数整定 ........................................................................................................... 10 3.1 电流调节器参数的计算 ............................................................................................. 11 3.2 转速调节器参数的计算 ............................................................................................. 12 3.3 参数的校验 ................................................................................................................. 13

3.3.1 电流参数的校验 ....................................................................................................... 13 3.3.2 转速参数的校验 ....................................................................................................... 14 3.3.3 校验退饱和转速超调量 ............................................................................................ 14

4 心得体会 ........................................................................................................................... 15 参考文献 ............................................................................................................................... 16 附录 ..................................................................................................................................... 168

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直流双极式可逆PWM调速系统设计

1 任务分析

1.1 概述

采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式,形成脉宽调制变换器—直流电动机调速系统,简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器,脉宽调制,是利用电力电子开关器件的导通与关断,将直流电压变成连续的直流脉冲序列,并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。与V-M系统相比,PWM系统在很多方面有较大的优越性:

1)主电路线路简单,需用的功率器件少。

2)开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。 3)低速性能好,稳态精度高,调速范围宽,可达1:10000左右。

4)若是与快速响应的电机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗干扰能力强。 5)功率开关器件工作在开关状态,道通损耗小,当开关频率适中时,开关损耗也不大,因而装置效率高。

6)直流电流采用不控整流时,电网功率因素比相控整流器高。

由于有以上优点直流PWM系统应用日益广泛,特别是在中、小容量的高动态性能中,已完全取代了V-M系统。为达到更好的机械特性要求,一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。

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1.2 双闭环调速系统的结构图

直流双闭环调速系统的结构图如图1所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM装置。其中脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。

总体方案简化图如图1所示。

IdβRUn*ASR-αUi*-ACRPWMKs1/Cen 图1 双闭环调速系统的结构简化图

1.3 桥式可逆PWM变换器的工作原理

脉宽调制器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列,从而平均输出电压的大小,以调节电机转速。

桥式可逆PWM变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压UAB的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。

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