雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、FUJIANAGRICULTUREANDFORESTRYUNIVERSITY交直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院_學(xué)號(hào)：3126108025_專(zhuān)業(yè)（方向）年級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化_學(xué)生姓名：連愛(ài)慶_福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系2015年12月20日目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).1課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31.任務(wù)分析.1.1選擇PWM控制系統(tǒng)的原由.1.2采納轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的原由.1.3直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造圖.1.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖.1.5調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形.1.6H橋雙極式逆變器的工作原理.1.7PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特色.2.主電路設(shè)計(jì).2.1給定基準(zhǔn)電源.2.2雙閉環(huán)調(diào)理器電路設(shè)

2、計(jì).電流調(diào)理器.轉(zhuǎn)速調(diào)理器.2.3控制電路的設(shè)計(jì).2.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).2.5轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)電路.轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路.電流檢測(cè)電路.3.調(diào)理器的參數(shù)整定.3.1系統(tǒng)固有部分的主要參數(shù)計(jì)算.3.2開(kāi)初選定的參數(shù).3.3電流環(huán)的設(shè)計(jì).3.4速度環(huán)的設(shè)計(jì).參照文件轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)環(huán)節(jié)電路圖整體設(shè)計(jì).心得及總結(jié).參照文件、題目：雙閉環(huán)可逆直流脈寬PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1、對(duì)先修課程（電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、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)自動(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)，經(jīng)過(guò)建模、仿真考證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。3、同時(shí)可以增強(qiáng)同學(xué)們對(duì)一些常用單元

3、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)到綜合提升學(xué)生工程設(shè)計(jì)與著手能力的目的。三、系統(tǒng)方案確實(shí)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)方案確實(shí)定）“系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真研究參數(shù)整定向抵達(dá)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，此中系統(tǒng)方案確實(shí)定至關(guān)重要。為了發(fā)揮同學(xué)們的主觀能動(dòng)作用，且防備方案及結(jié)果相同，在選定系統(tǒng)方案時(shí)，規(guī)定外的其余參數(shù)有同學(xué)自己選定。1、主電路采納二極管不可以控整流，逆變器采納帶續(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)理器和電流調(diào)理器采納PI調(diào)理器；

4、U*nm=U*im=Ucm=10V3、機(jī)械負(fù)載為抗?fàn)幮院戕D(zhuǎn)矩負(fù)載,系統(tǒng)飛輪矩（含電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）GD2=1.5Nm2；4、主電源：可以選擇單相溝通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）=1000r/min，電樞回路總電阻R=2Q,電流過(guò)載倍數(shù)入=2;6、PW裝置的放大系數(shù)Ks=11;PWM裝置的延緩時(shí)間Ts=0.4ms。四、設(shè)計(jì)任務(wù)a）整體方案確實(shí)定；1b）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)構(gòu)造圖、動(dòng)向構(gòu)造圖、主要硬件構(gòu)造圖；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)理器、PW信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)

5、；）檢測(cè)及反應(yīng)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、禁止互相剽竊或代做，一經(jīng)查出，按不及格辦理；2、報(bào)告字?jǐn)?shù)：好多于8000字（含圖、公式、計(jì)算式等）。3、形式要求：必然依據(jù)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。4、必然畫(huà)出系統(tǒng)總圖，總圖禁止徒手畫(huà)，電路圖應(yīng)潔凈、正確、規(guī)范。未進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能塊贊成用框圖表示，且功能塊之間的連線(xiàn)贊成用標(biāo)號(hào)注明。六、參照資料1、電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)李榮生主編機(jī)械工業(yè)第一版社2004.62、新式電力電子變換技術(shù)陳國(guó)呈中國(guó)電力第一版社3、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，上海工業(yè)大學(xué)陳伯機(jī)遇械工業(yè)第一版社4、電力電子技術(shù)王兆安黃俊主編機(jī)械工業(yè)第一版社20

6、00.1雙閉環(huán)可逆直流脈寬PW碉速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.任務(wù)分析1.1選擇PWM控制系統(tǒng)的原由脈寬調(diào)制器UPV采納美國(guó)硅通用企業(yè)(SiliconGeneral)的第二代產(chǎn)品SG3525這是一種性能優(yōu)秀，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PW控制器。因?yàn)樗?jiǎn)單、靠譜及使用方便靈巧，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得寬泛使用。PWMR統(tǒng)在好多方面擁有較大的優(yōu)越性：PW調(diào)速系統(tǒng)主電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。開(kāi)關(guān)頻次高，電流簡(jiǎn)單連續(xù)，諧波少，電機(jī)耗費(fèi)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。2假如可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)向響應(yīng)快，動(dòng)向抗擾能力強(qiáng)。功率開(kāi)

7、關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通耗費(fèi)小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻次適合時(shí)，開(kāi)關(guān)消耗也不大，所以裝置效率較高。直流電源采納不可以控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。變頻調(diào)速很快為廣大電動(dòng)機(jī)用戶(hù)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)向高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完滿(mǎn)代替了其余調(diào)速方式。因而可知，變頻調(diào)速是特別值得自動(dòng)化工作者去研究的。在變頻調(diào)速方式中，PW調(diào)速方式特別大家所重視，這是我們采納它作為研究對(duì)象的重要原由。1.2采納轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的原由同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)比較，閉環(huán)控制擁有一系列長(zhǎng)處。在反應(yīng)控制系統(tǒng)中，不論出于什么原由(外面擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化)，只需被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去除去偏差。

8、所以，它擁有控制攪亂的能力，對(duì)元件特色變化不敏感，并能改良系統(tǒng)的響應(yīng)特色。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的這些長(zhǎng)處所以采納閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)，采納PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度偏差為零?？墒羌偃鐚?duì)系統(tǒng)的動(dòng)向性能要求較高，假如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)向速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以知足要求。這主假如因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不可以完滿(mǎn)依據(jù)要求來(lái)控制動(dòng)向過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。其余，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)向抗攪亂性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必然待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)理作用才能產(chǎn)生，所以動(dòng)向偏差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是可以快速啟動(dòng)3制動(dòng)；二是可以快速戰(zhàn)勝敗載、電網(wǎng)等攪亂。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，假如要求

9、快速起動(dòng)，必然使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定贊成電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定贊成電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大贊成值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加快度升速至給定轉(zhuǎn)速，此后電樞電流立刻降至負(fù)載電流值。假如要求快速戰(zhàn)勝電網(wǎng)的攪亂，必然對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)理。以上兩點(diǎn)都波及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.3直流PWM傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造圖直流PWM控制系統(tǒng)是直流脈寬調(diào)制式調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的差異在于用直流PWM變換器代替了晶閘管變流裝置，作為系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖1-1所示。此中屬于脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)主要由調(diào)制波發(fā)生器GM脈寬調(diào)制器UPM

10、邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)DLD和電力晶體管基極的驅(qū)動(dòng)器GD和脈寬調(diào)制（PWM變換器構(gòu)成，最重點(diǎn)的零件為脈寬調(diào)制器UPM41.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造圖如圖1-2所示，轉(zhuǎn)速調(diào)理器與電流調(diào)理器串極聯(lián)系，轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸出作為電流調(diào)理器的輸入，再用電流調(diào)理器的輸出去控制PWM裝置。此中脈寬調(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)制成頻次一定、寬度可變的脈沖電壓序列，進(jìn)而可以改變均勻輸出電壓的大小，以調(diào)理電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如圖1-3所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線(xiàn)性增添的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。帶電流截止負(fù)反

11、應(yīng)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程1.5調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形(b)理想快速起動(dòng)過(guò)程圖1-3調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形51.6H橋雙極式逆變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)制成頻次必然寬度可變的脈沖電壓序列，進(jìn)而均勻輸出電壓的大小，以調(diào)理電機(jī)轉(zhuǎn)速。H形雙極式逆變器電路如圖1-4所示。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩頭電壓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。-2-10訃.“圖1-4H形雙極式逆變器電路雙極式逆變器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖1-5所示6Ug2iUg4tOJtonTUg3:他們的關(guān)系是：Ug!Ug4Ug2Ug3。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0t時(shí)，晶

12、體管VT、VT4飽和導(dǎo)通而VT3、VT2截止，這時(shí)UABUs。當(dāng)tontT時(shí),VT,、VT4截止，但VT3、VT2不可以立刻導(dǎo)通，電樞電流id經(jīng)VD2、VD3續(xù)流，這時(shí)UABUs。UAB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特色，其電壓、電流波形如圖2所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)表此刻驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton2，則UAB的均勻值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；假如正負(fù)脈沖相等，tonT，均勻輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。雙極式控制可逆PWMfc換器的輸出均勻電壓為7Tton2tonTUsTT假如定義占空比ton，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中211調(diào)速時(shí)，的可

13、調(diào)范圍為0?1相應(yīng)的1111。當(dāng)-時(shí)，為正，電2動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)2時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)2時(shí)，0，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓其實(shí)不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，所以電流也是交變的。這個(gè)交變電流的均勻值等于零，不產(chǎn)生均勻轉(zhuǎn)矩，驀地增大電動(dòng)機(jī)的耗費(fèi)這是雙極式控制的弊端。但它也有益處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍舊有高頻微震電流，進(jìn)而除去了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)。雙極式控制的橋式可逆pwr變換器有以下長(zhǎng)處:1）電流必然連續(xù)。2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能除去靜摩擦死區(qū)。4）低速安穩(wěn)性好，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有益于保證器件的靠譜導(dǎo)通。1.7PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜特色

14、因?yàn)椴杉{了脈寬調(diào)制，電流波形都是連續(xù)的，所以機(jī)械特色關(guān)系式比較簡(jiǎn)單,電壓均衡方程以下didUsRidLddE(tontT)即可導(dǎo)出機(jī)械特色方程式，電樞兩頭在按電壓均衡方程求一個(gè)周期內(nèi)的均勻值,UsRidFE(0tton).一個(gè)周期內(nèi)的電壓都是UdUs，均勻電流用Id表示，均勻轉(zhuǎn)速nE/Ce，而電樞電感壓降L業(yè)的均勻值在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。于是其均勻值方程可以寫(xiě)成則機(jī)械dt特色方程式8UsRIdRCenCeCe綜上所述，當(dāng)前，采納晶閘管整流供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式?？墒蔷чl管整流器也有它的弊端，主要表此刻：1）晶閘管一般是單導(dǎo)游電元件，不一樣樣意電流反向，這給電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)可

15、逆運(yùn)轉(zhuǎn)造成困難2）對(duì)過(guò)電壓。過(guò)電流等十分敏感，只需一超出贊成值都可能在很短的時(shí)間內(nèi)損壞元件3）晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，它對(duì)溝通電源是一個(gè)感性負(fù)載，吸取滯后無(wú)功功率，所以功率要素很低，假如它在電網(wǎng)中容量大，將造成“電力公害”4）晶閘管整流裝置的輸出電壓時(shí)脈動(dòng)的，并且脈動(dòng)數(shù)老是有限的。因?yàn)橐陨显?，選擇脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓直流調(diào)速系統(tǒng)，因?yàn)镻WM調(diào)速系統(tǒng)在好多方面擁有較大的優(yōu)勝性：1）PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少2）開(kāi)關(guān)頻次高，電流簡(jiǎn)單連續(xù)，諧波少，電機(jī)耗費(fèi)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)1：10000左右4）假如可以與快速響應(yīng)的電動(dòng)

16、機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)向響應(yīng)快，動(dòng)向抗擾能力強(qiáng)5）功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通耗費(fèi)小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻次適合時(shí)，開(kāi)關(guān)耗費(fèi)也不大，因?yàn)檠b置效率高。單閉環(huán)速度反應(yīng)調(diào)速系統(tǒng)，采納PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度偏差為0，可是假如對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)向性能要求較高，假如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)向速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以知足要求。還有單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)向抗攪亂性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓顛簸時(shí)，必然待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)理作用才產(chǎn)生，所以動(dòng)向偏差大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是可以快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是可以快速戰(zhàn)勝敗載、電網(wǎng)等攪亂。2.主電路設(shè)計(jì)H橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的如圖2-1所示。PWMK變

17、器的直流電源由溝通電網(wǎng)經(jīng)不控的二極管整流器產(chǎn)生，并采納大電容C0濾波，以獲得恒定的直流電壓Us。因?yàn)橹绷麟娫纯慷O管整流器供電，不可以能回饋電能，電動(dòng)體制動(dòng)時(shí)只能對(duì)濾波電容充電，這時(shí)電容器兩頭電壓高升稱(chēng)作“泵升電壓”為了限制泵升。電壓，用鎮(zhèn)流電阻Rz耗費(fèi)掉這些能量，在泵升電壓達(dá)到贊成值時(shí)接通VTz。9ru圖2-1H橋式直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路主要參數(shù)以下：UCER=1200Vlc=16ATCN*=100CPCM0.9kWUcE?t)3.05V2.1給定基準(zhǔn)電源此電路用于產(chǎn)生土15V電壓作為轉(zhuǎn)速給定電壓以及基準(zhǔn)電壓，如圖2-2所示：iug-:卍VGND-IMVd-Iq,口門(mén)圖2-2給定基準(zhǔn)電源電路

18、2.2雙閉環(huán)調(diào)理器電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，必然對(duì)被控量進(jìn)行采樣，此后與給定值比較，決定調(diào)理器的輸出，反應(yīng)的重點(diǎn)是對(duì)被控量進(jìn)行采樣與丈量。102.2.1電流調(diào)理器因?yàn)殡娏鳈z測(cè)中經(jīng)常含有溝通重量，為使其不影響調(diào)理器的輸入，需加低通濾波。此濾波環(huán)節(jié)傳達(dá)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)Toi0.001s，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。為了均衡反應(yīng)信號(hào)的延緩，在給定通道上加入相同的給定濾波環(huán)節(jié)，使二者在時(shí)間上配合適合。2.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)理器轉(zhuǎn)速反應(yīng)電路如圖2-4所示，由測(cè)速發(fā)電機(jī)獲得的轉(zhuǎn)速反應(yīng)電壓含有換向紋波，所以也需要濾波，由初始條件知濾波時(shí)間常數(shù)Ton0.005S。依據(jù)和電流環(huán)相同的原理

19、，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2-4PI型電轉(zhuǎn)速調(diào)理器2.3控制電路的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制電路的工作原理對(duì)雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可依據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)構(gòu)造框圖。剖析穩(wěn)態(tài)工11作原理的重點(diǎn)是要認(rèn)識(shí)PI調(diào)理器的穩(wěn)態(tài)特色，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)到飽和狀態(tài)。當(dāng)調(diào)理器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入值的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)理器退出飽和，換句話(huà)說(shuō)，飽和的調(diào)理器臨時(shí)間隔了輸入與輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于是該調(diào)理環(huán)開(kāi)環(huán)；不飽和的調(diào)理器，PI的作用使輸入偏差電壓都為0。在實(shí)質(zhì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流調(diào)理器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的，所以，只有轉(zhuǎn)速調(diào)理器飽和和不

20、飽和兩種狀況。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)理器不飽和時(shí)，兩個(gè)調(diào)理器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是0。而當(dāng)轉(zhuǎn)速飽和時(shí)，ASR俞出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生作用，雙閉環(huán)系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)理系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流。PI調(diào)理器的俞出量在動(dòng)向過(guò)程中決定于輸入量的積分，抵達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為0，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入沒(méi)關(guān)，而是由它后邊環(huán)節(jié)的需要決定的。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特色在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)理作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速

21、調(diào)理器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)理作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，獲得過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這樣的靜特色比帶電流截止負(fù)反應(yīng)的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特色好。對(duì)其啟動(dòng)過(guò)程的分析，因?yàn)樵趩?dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASF經(jīng)歷了不飽和、飽和、退保和三種狀況，整個(gè)動(dòng)向過(guò)程就分紅I、II、III三個(gè)階段。第一個(gè)階段是電流上漲階段。突加給定電壓U后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)理器的跟從作用，Uc、Ud0、Id都隨著上漲，可是在Id沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流Idl從前，電動(dòng)機(jī)還不可以轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)Id=Idl，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增添，所以轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值逼迫電樞電流Id快速上漲。

22、直到Id=Idm，Ui=Uim，電流調(diào)理器很快就壓制了Id的增添，標(biāo)記住這一階段的結(jié)束，在這一階段中，ASR很快就進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACF一般不飽和；第二個(gè)階段是恒流上漲階段，是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR素來(lái)是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給的那個(gè)Uim下的電流調(diào)理系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，所以系統(tǒng)的加快度恒定，轉(zhuǎn)速呈線(xiàn)性增添，與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線(xiàn)性增添，對(duì)電流調(diào)理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線(xiàn)性漸增的擾動(dòng)量。為了戰(zhàn)勝這個(gè)擾動(dòng)，Udo和Uc也必然基本上按線(xiàn)性增添，才能保持Id恒定。當(dāng)ACR采納PI調(diào)理器時(shí)，要使其輸出量按線(xiàn)性增添，其輸入偏差電壓必須保持

23、必然的恒值，也就是說(shuō)，Id應(yīng)略低于Idm，其余還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這類(lèi)調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中ACF不該飽和，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也需留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必然注意的。第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)理階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上漲到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻因?yàn)榉e分作用還保持在限幅值Uim,所以電動(dòng)機(jī)仍在12加快，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR俞入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，Ui和Id很快降落?？墒?，只需Id仍大于負(fù)載電流Idl，轉(zhuǎn)速就連續(xù)上漲。直到ld=ldl時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te=TI，貝U轉(zhuǎn)速n才能抵達(dá)峰值，今后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，假如調(diào)理器參數(shù)整

24、定的不夠好，也會(huì)有一段振蕩過(guò)程。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)理階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)理作用，而ACR貝使Id趕快跟從其給定值，或許說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特色：對(duì)其動(dòng)向抗擾性能的分析，動(dòng)向原理圖框圖關(guān)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)向性能是抗擾性能。主假如抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。從動(dòng)向性能上看，因?yàn)閿_動(dòng)作用點(diǎn)不一樣樣，存在著能否實(shí)時(shí)調(diào)理的差異。負(fù)載擾動(dòng)可以比較快的反應(yīng)到被調(diào)量n上，進(jìn)而獲得調(diào)理，而電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用被調(diào)量稍遠(yuǎn)，因?yàn)樵鲈O(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓顛簸可以經(jīng)過(guò)電流反應(yīng)獲得實(shí)時(shí)的調(diào)理，不用等它影響到轉(zhuǎn)速此后才能反應(yīng)回來(lái)，

25、抗擾性能大有改良。2.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路中V5起保護(hù)作用，防備EXB84的6腳承受過(guò)電壓，經(jīng)過(guò)VD檢測(cè)能否過(guò)電流，接VZ3的目的是為了改變EXBg塊過(guò)流保護(hù)起控點(diǎn)，以降低過(guò)高的保護(hù)閥值進(jìn)而解決過(guò)流保護(hù)閥值太高的問(wèn)題。R1和C1及VZ4接在+20V電源上保證堅(jiān)固的電壓。VZ1和VZ2防備柵極和射極出現(xiàn)過(guò)電壓，Rge是防備IGBT誤導(dǎo)通。針對(duì)EXB84存在保護(hù)盲區(qū)的問(wèn)題，可將EXB84的6腳的超快速恢復(fù)二極管VDI換為導(dǎo)通壓降大一點(diǎn)的超快速恢復(fù)二極管或反向串聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓二極管，也可采納對(duì)每個(gè)脈沖限制最小脈寬使其大于盲區(qū)時(shí)間，防備IGBTS窄脈寬下的低輸出大功耗狀態(tài)。針對(duì)EXB84軟關(guān)斷保護(hù)不可以

26、靠的問(wèn)題，可以在EXB84的5腳和4腳間接一個(gè)可變電阻，4腳和地之間接一個(gè)電容，都是用來(lái)調(diào)理關(guān)斷時(shí)間，保證軟關(guān)斷的靠譜性。針對(duì)負(fù)偏壓不足的問(wèn)題，可以考慮提高負(fù)偏壓。一般采納的負(fù)偏壓是-5V，可以采納-8V的負(fù)偏壓（自然負(fù)偏壓的選擇遇到IGBT柵射極之間反向最大耐壓的限制），輸人信號(hào)被接到15腳，EXB84正常工作驅(qū)動(dòng)IGBT.132.5轉(zhuǎn)速及電流檢測(cè)電路2.5.1轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖2-5所示。與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，進(jìn)而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反應(yīng)電壓Un,與給定電壓U；比較較后，獲得轉(zhuǎn)速偏差電壓Un輸送給轉(zhuǎn)速調(diào)理器。測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓不只表示轉(zhuǎn)速的大小，還包括轉(zhuǎn)速的方向

27、，測(cè)速電路如圖15所示，經(jīng)過(guò)調(diào)理電位器即可改變轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)。2.5.2電流檢測(cè)電路經(jīng)過(guò)霍爾傳感器丈量電流的電流檢測(cè)電路原理如圖2-6所示A-hzii*収池流流過(guò)的霍爾電流傳感器的構(gòu)造以以下圖。用一環(huán)形導(dǎo)磁資料作成磁芯，套在被測(cè)電導(dǎo)線(xiàn)上，將導(dǎo)線(xiàn)中電流感生的磁場(chǎng)齊集起來(lái)，在磁芯上開(kāi)一氣隙，內(nèi)置一個(gè)霍爾線(xiàn)性器件，器件通電后，即可由它的霍爾輸出電壓獲得導(dǎo)線(xiàn)中流通的電流。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特色：1）可以同時(shí)丈量隨意波形電流，如：直流、溝通、脈沖電流；142）副邊丈量電流與原邊被測(cè)電流之間完滿(mǎn)電氣間隔，絕緣電壓一般為2kV?12kV;3）電流丈量范圍寬，可丈量額定1mA-50kA電流；4）追蹤速

28、度di/dt50A/卩s;5）線(xiàn)性度優(yōu)于0.1%IN;6）響應(yīng)時(shí)間1卩s;7）頻次響應(yīng)0?100kHz。3.調(diào)理器的參數(shù)整定本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要元件/參數(shù)的選擇1.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：Pnom=3kwUnom=48VInom=3.7A,n=500r/min，電樞電阻Ra=6.5，電樞回路總電阻R=8。電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl=5ms,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=200ms電源電壓Us=60V,給定值和ASR、ACR的輸出限幅值均為10V,電流反應(yīng)系數(shù)=0.05V.min/r,電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比Ce=0.18V.min/r,GD2=60N*M22.技術(shù)指標(biāo)和要求電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)。要求穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。動(dòng)向過(guò)渡過(guò)程時(shí)間t