雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)精

1、FUJIAN AGRICULTURE AND FORESTRY UNIVERSITY雙閉環(huán)可逆直流脈寬PW調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院學(xué)號(hào)：專業(yè)（方向）年級(jí)： 學(xué) 生 姓名：福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系2011年1 月7日目錄一. 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1二設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32.1 方案確定 32.1.1 方案選定 32.1.2橋式可逆PWM換器工作原理32.1.3 系統(tǒng)控制電路圖 62.1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)分析 62.1.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 72.2 硬件結(jié)構(gòu) 92.2.1 主電路 92.2.2 泵升壓限制 112.3 主電路參數(shù)計(jì)算及元件選擇 122.3.1 整流二極管選

2、擇 122.3.2 絕緣柵雙極晶體管選擇 122.4 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇 132.4.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 132.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 162.4.3 反饋單元 182.5 系統(tǒng)總電路圖 19三心得體會(huì) 20交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWMS速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、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

3、程設(shè)計(jì)與動(dòng) 手能力的目的。三、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）一電機(jī) 參數(shù)主電路控制方案”（系統(tǒng)方案的確定）“系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真研究參數(shù) 整定一直到理論實(shí)現(xiàn)要求一硬件設(shè)計(jì)一制版、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)自己選定。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PW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；3、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)） 4、主 電源：

4、可以選擇三相交流380V供電；5、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：見(jiàn)習(xí)題集【 4-19】 （P96） =1000r/min ，電樞回 路總電阻R=2Q ,電流過(guò)載倍數(shù)入=2。四、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、PW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；五、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

5、規(guī)范化要求 撰寫。要求文字通順、字跡工整、公式書寫規(guī)范、報(bào)告書上的圖表允許徒手畫， 但必須清晰、正確且要有圖題。4、必須畫出系統(tǒng)總圖，總圖不準(zhǔn)徒手畫，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。六、參考資料1、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)李榮生機(jī)械工業(yè)出版社 2004.62、新型電力電子變換技術(shù)陳國(guó)呈中國(guó)電力出版社3、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)陳伯時(shí)機(jī)械工業(yè)出版社4、電力電子技術(shù)王兆安 黃俊機(jī)械工業(yè)出版社 2000.1交直流調(diào)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一、方案確定2.1.1 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 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)

6、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1所示。IdUn*圖1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)

7、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。2.1.2 橋式可逆PWM換器的工作原理 脈寬調(diào)制器的作用是：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2所示。這是電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB的極性隨 開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓的極性變化而變化圖2橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖 3所示。UgiJUg4tOtonTrUg2Ug3i1Ota*圖3 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：Ug! =Ug4 - -Ug2 -

8、 Ug3。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0 _ t ： t°n時(shí),晶體管VT,、VT4飽和導(dǎo)通而VT3、VT2截止，這時(shí)U AB二Us。當(dāng)ton乞t ： T時(shí)，VT,、VT4截止，但VT3、VT2不能立即導(dǎo)通，電樞電流id經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時(shí)Uab二Us。UAB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、 負(fù)脈沖的寬窄on上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton T，則Uab的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較2窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，切二寸，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為Udton

9、 u T - tonT如果定義占空比二如，T電壓系數(shù)Us則在雙極式可逆變換器中= 2-11調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為01相應(yīng)的咐二1 1。當(dāng)r 1時(shí)， 為正，電動(dòng)機(jī)211正轉(zhuǎn)；當(dāng):時(shí)， 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)T二時(shí)，=0,電動(dòng)機(jī)停止。但22電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，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 值等于零，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)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流， 從而消除了正、反向時(shí)靜摩 擦死區(qū)，起著所謂 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)：1）電流一定連續(xù)。2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限

10、運(yùn)行。3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。4）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?？刂齐娐啡缦滤?。主要組成部分有信號(hào)設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦 參考信號(hào)幅值和頻率控制電路（絕對(duì)值運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性鑒別器）、PWM波發(fā)生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比 較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路及保護(hù)回路。2.1.3 系統(tǒng)控制電路圖 控制電路如下所示。主要組成部分有信號(hào)設(shè)定（頻率給定、給定積分器）、正弦 參考信號(hào)幅值和頻率控制電路（絕對(duì)值運(yùn)算器、壓控振蕩器、函數(shù)發(fā)生器、極性 鑒別器）、PWM波發(fā)

11、生器（三相正弦波發(fā)生器、鎖相環(huán)、三相波載波發(fā)生器、比 較器）及與主電路相隔離的電壓/電流檢測(cè)回路、驅(qū)動(dòng)回路及保護(hù)回路務(wù)路轉(zhuǎn)換幣耐環(huán)(Z池S77CJ1-相訃弦.找垃3二角強(qiáng) 耘盼生誥通用型pwr變頻器原理圖框圖2.1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析 由于采用了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(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didUZd L不 E（°ton）(ton 沁：T)按電壓平衡方程求一個(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Ud二Us,平均電流用Id表示，平均轉(zhuǎn)速n二E/Ce,而電 樞電感壓降L如的平均值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其平

12、均值方程可以寫成dt5 二 Rid E 二 Rid Cen則機(jī)械特性方程式CeCeRCI2.1.5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 4所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和一一輸出 達(dá)到限幅值；不飽和一一輸出未達(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，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。圖4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，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。為

13、了獲得近似理想的過(guò)度過(guò)程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開(kāi)加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇方案 二作為設(shè)計(jì)的最終方案。如圖5為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理.圖5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖、硬件結(jié)構(gòu)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6為雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。主電路由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流

14、電路三部分組成， 一般都是電壓源型的，采用大電容 C濾波，同時(shí)兼有無(wú)功功率交換的作用。可逆PWMS換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱 H形）電路，如 圖7為橋式可逆PWM換器。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng) 電壓極性的變化而變化，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，本 設(shè)計(jì)用的是雙極性控制的可逆 PWMS換器。雙極性控制的橋式可逆PWM換器有 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)有微振電流可消除靜摩 擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。<4皆0-3 w2圖7橋式可逆PWM換器圖8為雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。idi相當(dāng)于一般負(fù)載的情況,脈動(dòng)電

15、流的方向始終為正；id2相當(dāng)于輕載情況，電流可在正負(fù)方向之間脈動(dòng), 但平均值仍為正，等于負(fù)載電流。雙極性控制可控pwr變換器的輸出平均電壓為TT -tonu轉(zhuǎn)速反饋電路如圖9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)Ton = 0.012s。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道 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)。圖9轉(zhuǎn)速反饋電路2.2.2泵升電壓限制當(dāng)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)減速或停車時(shí)，儲(chǔ)存在電機(jī)和負(fù)載傳動(dòng)部分的動(dòng)能 將變成電能，并通過(guò)PWM變壓器回饋給直流電源。一般直流電源由不可控的整 流器供電，不可能回饋電能，只好對(duì)濾波電容器充電而使電

16、源電壓升高， 稱作“泵 升電壓”。如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需要很大的電容量，或者迫使 泵升電壓很高而損壞元器件。在不希望使用大量電容器（在容量為幾千瓦的調(diào)速 系統(tǒng)中，電容至少要幾千微法）從而大大增加調(diào)速裝置的體積和重量時(shí)，可以采 用由分流電阻R和開(kāi)關(guān)管VT組成的泵升電壓限制電路，用R來(lái)消耗掉部分動(dòng) 能。R的分流電路靠開(kāi)個(gè)器件 VT在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。三、主電路參數(shù)計(jì)算和元件選擇主電路參數(shù)計(jì)算包括整流二極管計(jì)算，濾波電容計(jì)算、功率開(kāi)關(guān)管IGBT的選擇 及各種保護(hù)裝置的計(jì)算和選擇等。2.3.1整流二極管的選擇根據(jù)二極管的最大整流平均If和最高反向工作電壓 Ur分別應(yīng)滿足：If

17、1.1 I o(AV) 21.1 6/2 =3.3(A)Ur 1.1、. 2 U2 =1.1、.2 110 =171 （V）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)額定正向平均電流If(A)額定反向峰值電壓URM(V)正向平均壓降 Uf (V)反向平均漏電流Ir(mA)散熱器型號(hào)ZP10A1020020000.50.76SZ14在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，濾波電容是根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇電容C值，使RC (35)T/2，且有Udmax =0.9 110 0.95 =94(V)2 C -1.5 0.02，即 C_15000uF故此，選用型號(hào)為CD15的鋁電解電容，其額定直流電壓為 400V,標(biāo)稱容量為

18、22000uF。2.3.2絕緣柵雙極晶體管的選擇最大工作電流lmax 2Us/R=440/0.45=978(A)集電極發(fā)射極反向擊穿電壓(BVceo)(BVceo) >(23)Us=440660v四、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇調(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。2.4.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)H型單極式PWM變換器供電的直流調(diào)速

19、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 電流定電壓 =110V。調(diào)速系統(tǒng)的最小負(fù)載電流b=1A，電源電壓Us=122V，電力晶體管集電極電阻 Rc=2.5，設(shè) 心=心=2。曙=1000r/min，電樞回路總電阻 R=2Q ,電流過(guò)載倍數(shù) 入=2。如圖10為電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖圖10電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖2.4.1.1確定時(shí)間常數(shù)CeUnn11064 0.!V.min/r1000nNTmgd2r1.5 2 :375CeCm375 0.12 30 一 °08STl-3=L 10.2 10=0.005s(1)脈寬調(diào)制器和PWM變換器的

20、滯后時(shí)間常數(shù)Tpwm與傳遞函數(shù)的計(jì)算電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為IsUs122A = 61A啟動(dòng)電流與額定電流比為Is 61:s -10.167In 6晶體管放大區(qū)的時(shí)間常數(shù)為T ce12 3.14 106s =0.159七電流上升時(shí)間tr的計(jì)算公式為k1tr =Tce|nk1-0.95式中k1 晶體管導(dǎo)通時(shí)的過(guò)飽和驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取k1 =2則k 12tr 二 Tcbn -0. 1 5 94-n-0. 1s03k1 0. 9 5-2 0. 9 5電流下降時(shí)間tf的計(jì)算公式為1 +k2tf =Tceln0.05 + k2式中k2晶體管截止時(shí)的負(fù)向過(guò)驅(qū)動(dòng)系數(shù)，取k2 =2則1+k21+2tf =Tce|n-0.

21、159 Ins=0.061s0.05 + k20.05 + 2又Ti =LR-1 0. Vs 5 1 ms-0. 0 0 5s12最佳開(kāi)關(guān)頻率為asj110 167fop = 0.33230.3323 2:T Hz = 4434.8HzVTi (tr")丫0.00512(0.103 + 0.061)匯10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)周期T PWM -:0.23ms脈寬調(diào)制器和UdKpwm-UiPWM變換器的放大系數(shù)為:巴=1110于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為Kpwm11W°wm (S)=Tpwms + 10.0002

22、3s+1(2)電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi取o.5ms(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) T' = Tp WM T o0. 2 3ms 0. 5ms 0. 7ms2.4.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，門乞5%，而且F/TM =5.1/0.73 = 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* CS+1Wacr(s)二 Ki2.4.1.3選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)i =Ti = 0. 0 0 51要求門乞5%時(shí)，應(yīng)取心丁'，0.5，因此0.5Ki匹 s' = 684.93s4TE 0.00073仏 100.833V / A In 26im于是Ki = K

23、i R-Kpwm684.93 0.00?1 孑60.8331 1.2.4.1.4檢驗(yàn)近似條件(1)©ci要求1<3TPWM現(xiàn) 3Tpwm 3 0.00023s-1 = 1449.3s'汀3要求1313TmTl，現(xiàn)1TmTl0.103 0.00511 1s 130.89s： ci(3)要求1< -3 L T PWMToi現(xiàn) 3 TpwmToi982.95s' "ci3 ' 0.00023 0.0005可見(jiàn)均滿足要求。2.4.1.5計(jì)算ACR的電阻和電容取Ro=40k門，則Ri = KR0 = 0. 7 6 40 3c0 4取 Ri = 30

24、k1 1C = 0. 005 1 0s 吁=0. 1F Ri 300004Toi 4 O.OOOpy 0.0FR。40130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5 =4.3% " 5%，故滿足設(shè)計(jì)要求。2.4.2轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)2.4.2.1確定時(shí)間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2Ti=2 0.0070.00146s取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.005s(3)TnTon =0.00146s 0.005s = 0.00646s2.4.2.2 ASR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Wasr(s)二nS + 1Kn-.

25、nS242.3 選擇ASR參數(shù)取h=5,則.n = hT= 5 0.00646s = 0.0323sKnh 16_222 22 s -2875.5s2hT2 25 0.00646(h + 1)CeTm 6 況 0.8330.090 1 60 . 1 0 3Kn35.922h RTZ2 5 0.01 2 0.006462.424校驗(yàn)近似條件n n2 87 5.50.03 2 32 . 8 8(1)-'cn要求5Tt，現(xiàn) 5Ti273.97s'5 0.00073cn要求=丄 J1s=123.4s'時(shí)cn現(xiàn) 32Tf°n3 2 0.00073 0.005可見(jiàn)均能滿足

26、要求。2.4.2.5 計(jì)算ASR電阻和電容取 Ro =4°k，則Rn 二 $ R =3 5.9 2 4kT = 1 4 3呼.取仙心Cnn0.03 2 3 3 1 06=0.022FRn1440 1 03，取 O.jFon4TonRo4°5少4013O2.4.2.6 檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量6% = (x) 2(z 孕CbnNa-TmCe 0.09016min =133.1min蘭竺 =81.2%AnN當(dāng)h=5時(shí)，Cb，而因此133.1 0.006466% =81.2% 2 10.16714.8%： 20%10000.103可見(jiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。2.427校驗(yàn)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間空載起動(dòng)到

27、額定轉(zhuǎn)速的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間R InTs 汀 T2 二沁二 0.09016 0.103 10叭 0.39： 0.5s可見(jiàn)能滿足設(shè)計(jì)要求。2.4.3反饋單元2.4.3.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置選擇選測(cè)速發(fā)電機(jī)永磁式ZYS231/110型，額定數(shù)據(jù)為P=23.1WU=110VI=0.21A，n=1900r/min。測(cè)速反饋電位器RP2的選擇考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%這樣，測(cè)速發(fā)電機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小。測(cè)速發(fā)電機(jī)工乍最高電壓Utm-詈皆 F.89V測(cè)速反饋電位器阻值RRP1U TM20%Itn57.890.2 0.21二1378門此時(shí)RP2所消耗的功率為所以選Prp1 =Utm 20%l tn =57.89 0.2 0.21 =2.4W為了使電位器溫度不要很高，實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選RP2為4W 取 2000 門。2.4.3.2 電流檢測(cè)單元本系統(tǒng)要求電流檢測(cè)不但要反映電樞電流的