PWM直流調(diào)速-主電路

學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)題目直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一主電路設(shè)計(jì)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字:成績(jī)

日期20年月曰成績(jī)?cè)u(píng)定表課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一主電路設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)目的1、 掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成、原理及各主要單元部件的工作原理。2、 熟悉直流PWM專用集成電路SG3525SG3524等的組成、功能與工作原理3、 掌握H型PWM變換器的雙極式控制方式的原理與特點(diǎn)。4、 掌握雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟、方法及參數(shù)的整定。二、 設(shè)計(jì)已知參數(shù)1、拖動(dòng)設(shè)備：直流電動(dòng)機(jī)：載倍數(shù) 1.5。PN185WUN220VIn1.1An1600r/minN，過(guò)2、負(fù)載：直流發(fā)電機(jī)：PN,100WUN220VIN0.5An1500r/minN23、機(jī)組：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD0.065Nm 直流脈寬控制電路設(shè)計(jì)。利用數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)直流脈寬控制電路。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)反饋電路，選擇反饋參數(shù)，并進(jìn)行過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)。 調(diào)試。比較脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)于晶閘管一電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能。 直流脈寬控制電路設(shè)計(jì)。利用數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)直流脈寬控制電路。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)反饋電路，選擇反饋參數(shù)，并進(jìn)行過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)。 調(diào)試。比較脈寬直流調(diào)速系統(tǒng)于晶閘管一電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能。五、設(shè)計(jì)要求三、設(shè)計(jì)指標(biāo)1、D=4,穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差。2、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min.負(fù)載電流。3、電流超調(diào)量i5%,空載起動(dòng)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n15%o四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、主電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主電路,并根據(jù)已知參數(shù)選擇電路元件容量。

1、 繪制脈寬直流調(diào)速雙閉環(huán)系統(tǒng)的電路圖。2、 提交設(shè)計(jì)報(bào)告（設(shè)計(jì)過(guò)程，參數(shù)計(jì)算，測(cè)試過(guò)程，調(diào)試結(jié)果）。六、進(jìn)度安排：1、查閱資料一天2、設(shè)計(jì) 四天3、實(shí)驗(yàn)操作四天4、撰寫報(bào)告及答辯 一天指導(dǎo)教師：2016年12月1日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2016年月日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2016年月日摘要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)整，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。自從全控型電力電子器件問(wèn)世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器--直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用門極可關(guān)斷晶閘管GTO全控電力晶體管GTRMOSFETIGBT等電力電子器件組成的直流脈沖寬度（PWM）型的調(diào)速系統(tǒng)近年來(lái)已經(jīng)發(fā)展成熟，用途越來(lái)越廣泛，與晶閘管可控整流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）相比，在很多方面具有較大的優(yōu)越性：（1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少；（2）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；（4）系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；（5）主電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；（6）直流電源采用不可控三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。報(bào)告分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了 IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)、吸收、保護(hù)控制等關(guān)鍵技術(shù).在微機(jī)控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測(cè)速、數(shù)字PWM調(diào)制器、雙極式H型PWM變換電路、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理,并給出了軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速目錄引言1簡(jiǎn)要介紹及設(shè)計(jì)方案2PWM簡(jiǎn)介2直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)內(nèi)容2現(xiàn)行方案的討論與比較3選擇IGBT的H橋型主電路的理由 3采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由4主電路設(shè)計(jì)5主電路結(jié)構(gòu)5主電路工作原理5主電路的組成6參數(shù)設(shè)計(jì)7調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)ASR,ACR9電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)9

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)9轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定9觸發(fā)電路設(shè)計(jì)11保護(hù)電路12PWM電路中的保護(hù)電路12反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)1213調(diào)試13晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定13實(shí)驗(yàn)內(nèi)容13實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理13測(cè)試內(nèi)容13雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測(cè)試16實(shí)驗(yàn)內(nèi)容16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理16測(cè)試內(nèi)容17總結(jié)24參考文獻(xiàn)25第1章引言在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線形組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分?，F(xiàn)代的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)都是由慣性很小的晶閘管、電力晶體管或其他電力電子器件以及集成電路調(diào)節(jié)器等組成的。經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以用低階近似。而以運(yùn)算放大器為核心的有源校正網(wǎng)絡(luò)（調(diào)節(jié)器），和由R、C等元件構(gòu)成的無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)相比,又可以實(shí)現(xiàn)更為精確的比例、微分、積分控制規(guī)律,于是就有可能將各種各樣的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化和近似成少數(shù)典型的低階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如果事先對(duì)這些典型系統(tǒng)作比較深入的研究,把它們的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性當(dāng)作預(yù)期的特性,弄清楚它們的參數(shù)和系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系,寫成簡(jiǎn)單的公式或制成簡(jiǎn)明的圖表,則在設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí),只要能把它校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式,就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算,這樣,就建立了工程設(shè)計(jì)方法的可能性。第2章簡(jiǎn)要介紹及設(shè)計(jì)方案PWM簡(jiǎn)介脈寬調(diào)制器UPW采用美國(guó)硅通用公司（SiliconGenera）的第二代產(chǎn)品SG3525這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡(jiǎn)單、可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)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(jiǎn)單，需用的功率器件少。2） 開(kāi)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。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，動(dòng)態(tài)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)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。6） 直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。PWM調(diào)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(duì)象的重要原因。直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)指標(biāo)如下所示：1、 D=4，穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差。2、 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=1500r/min,負(fù)載電流。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 。設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、 直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一一主電路設(shè)計(jì)。2、直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一一調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)【ASRAC】3、 直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一一觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。4、 直流脈寬（PWM）調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究一一保護(hù)電路設(shè)計(jì)。其中，本次以主電路設(shè)計(jì)為主?，F(xiàn)行方案的討論與比較直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U、改變電動(dòng)機(jī)主磁通改變電樞回路電阻R。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大,往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有三種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點(diǎn)太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來(lái)代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動(dòng)系統(tǒng)。離子拖動(dòng)系統(tǒng)克服旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)，而且縮短了響應(yīng)時(shí)間。目前，采用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。由于以上種種原因，所以選擇了脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。選擇IGBT的H橋型主電路的理由IGBT的優(yōu)點(diǎn)：IGBT的開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小。在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比GTR大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。IGBT的通態(tài)壓降比VDMOSFET氐，特別是在電流較大的區(qū)域。IGBT的輸入阻抗高，其輸入特性與電力MOSFET類似。與電力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)可保持開(kāi)關(guān)頻率高的特點(diǎn)。在眾多PWM變換器實(shí)現(xiàn)方法中，又以H型PWM變換器更為多見(jiàn)。這種電路具備電流連續(xù)、電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行、無(wú)摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以H型PWM直流控制器為主要研究對(duì)象。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的理由同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。第3章主電路設(shè)計(jì)主電路結(jié)構(gòu)直流脈寬調(diào)速電路原理圖如圖所示，其中直流斬波電路可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合，采用IGBT作為自關(guān)斷器件,利用集成脈寬調(diào)制控制SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào),由兩個(gè)IGBT及其反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成。主電路工作原理三相127V交流電經(jīng)橋式整流電路，所選用二極管型號(hào)為2CP12濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點(diǎn)間，直流斬波電路上端接P點(diǎn)，下端接N點(diǎn)，中點(diǎn)公共端（COM）（如圖所示）。若使COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接,B端接N,可使電機(jī)正轉(zhuǎn)。若T2截止，T1周期性地通斷，在T1導(dǎo)通的Ton時(shí)間內(nèi)，形成電流回路P-T1-A-B-N此時(shí)VAB>0,IAB>0;在T1截止時(shí)由于電感電流不能突變，電流IAB經(jīng)D2續(xù)流形成回路為A-B-D2-A仍有VAB>0,IAB>0,電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)狀態(tài)（第一象限），T1,D2構(gòu)成一個(gè)Buck變換器。若T1截止,T2周期性地通斷，在T2導(dǎo)通的Ton時(shí)間內(nèi)，形成流回路A-T2-B-A在T2截止時(shí)，由于電感電流不能突變，電流IAB經(jīng)D1續(xù)流形成回路為A-D1-P-N-B-A此時(shí)VAB>0,IABv0,電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)制動(dòng)狀態(tài)（第二象限），T2,D1構(gòu)成一個(gè)Boost變換器。只要改變T1,T2導(dǎo)通時(shí)間Ton的大小即改變給T1,T2所加門極驅(qū)動(dòng)動(dòng)信號(hào)脈沖的寬度即可改變 VAB和IAB的大小調(diào)控直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。若使 COM端與電機(jī)電樞繞組A端相接，B端接N,可使電機(jī)工作在正轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)（I,U象限），若使COM端與B相接而A端接N,可使電機(jī)工作在反轉(zhuǎn)電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)（IH，W象限）。（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)電機(jī)電樞繞組的連接通過(guò)狀態(tài)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換）。這樣僅用兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行。電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)測(cè)速發(fā)電機(jī)以及FBS轉(zhuǎn)速變換器）輸出到ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器），作為ASR的輸入并和給定電壓比較，組成系統(tǒng)的外環(huán),ASR的輸出作為ACR電流調(diào)節(jié)器）的輸入并和主電路電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。由于電流調(diào)節(jié)器的輸出接到SG3525的第2腳,R2為限流電阻，所以要求電流調(diào)節(jié)器再通過(guò)一個(gè)反號(hào)器的輸出電壓的極性必須為正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定則又要求其輸出電壓信號(hào)為正,最后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定選擇了負(fù)極性的可調(diào)電壓，如圖所示。ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，利用電流負(fù)反饋與速度調(diào)節(jié)器輸出限幅環(huán)節(jié)的作用，使系統(tǒng)能夠快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小，具有較好的加速特性。主電路的組成本實(shí)驗(yàn)電路中主電路部分由直流電源、兩個(gè)IGBT管組成，可看成降壓型變換器和升壓型變換器的串聯(lián)組合，下面結(jié)合H型橋式可逆直流PWM調(diào)速電路圖來(lái)對(duì)降壓、升壓斬波電路進(jìn)行介紹。降壓斬波電路與電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)圖中如果始終保持T4導(dǎo)通、T3關(guān)斷(則如圖所示)，并使T2截止、T1周期性地通斷，在T1導(dǎo)通的Ton時(shí)間內(nèi)，vae=vpn>0,iAB>0;在T1截止的Toff時(shí)間內(nèi)，由于電感電流不能突變，iAB經(jīng)D2續(xù)流，vab=0，A、B兩端電壓的平均值VAB=TonVpn/(Ton+Toff)=aVPN,a為占空比?？梢?jiàn)在圖中當(dāng)T2截止時(shí)由T1、D2構(gòu)成了一個(gè)降壓斬波電路，iAB>0，VAB>0,電機(jī)工作在正向電動(dòng)狀態(tài)。升壓斬波電路與電機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)圖中若T1截止、T2周期性地通斷，在T2導(dǎo)通的Ton時(shí)間內(nèi)，vAB=0,iAB<0;在T2截止的Toff時(shí)間內(nèi)，由于電感電流不能突變，電流iAB經(jīng)D1續(xù)流，vAB=vPNA、B兩端電壓的平均值VAB=ToffVPN/(Ton+Toff)(1-a)VPN可見(jiàn)當(dāng)T1截止時(shí)由T2、D1構(gòu)成了一個(gè)升壓斬波電路，vAB>0,iABv0，電機(jī)工作在正向制動(dòng)狀態(tài)，將電能回送給直流電源。圖半橋變換電路半橋電路與電機(jī)的電動(dòng)和制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)由上述分析可知，在圖所示的半橋電路中，若T2截止、T1通斷轉(zhuǎn)換時(shí)由T1、D2構(gòu)成了降壓斬波電路，電機(jī)工作在正向電動(dòng)狀態(tài)；若 T1截止、T2通斷轉(zhuǎn)換時(shí)由T2、D1構(gòu)成了升壓斬波電路，電機(jī)工作在正向制動(dòng)狀態(tài)。在圖中如果始終讓T2導(dǎo)通、T1斷開(kāi)則類似地，當(dāng)T4截止時(shí)，由T3、D4構(gòu)成了降壓斬波電路，電機(jī)工作在反向電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)T3截止時(shí)，由T4、D3構(gòu)成了升壓斬波電路，電機(jī)工作在反向制動(dòng)狀態(tài)。4．電機(jī)可逆運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)由以上對(duì)可逆H橋電路的分析可知，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是通過(guò)兩個(gè)半橋電路即兩套升/降壓斬波電路交替工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，（正轉(zhuǎn)時(shí)由T1、T2組成的半橋電路工作，反轉(zhuǎn)時(shí)由T3、T4組成的半橋電路工作）。因此設(shè)計(jì)出一種半橋型可逆PWM調(diào)速電路，即用一套升/降壓斬波電路通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的切換既可用于電機(jī)的正轉(zhuǎn)也可用于電機(jī)的反轉(zhuǎn),它與H橋電路相比節(jié)省了兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件，而且大大簡(jiǎn)化了電路，狀態(tài)開(kāi)關(guān)的連接如圖所示，當(dāng)A接COM,B接N時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)（工作在I、U象限），當(dāng)A接N，B接COM時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)（工作在象限）。參數(shù)設(shè)計(jì)IGBT參數(shù)IGBT(InsulatedGateBipolorTransisto)絕緣柵極雙極晶體管。這種器件具有MOS門極的高速開(kāi)關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、大電流容量的兩種特點(diǎn)。其開(kāi)關(guān)速度可達(dá)1mS,額定電流密度100A/cm2，電壓驅(qū)動(dòng)，自身?yè)p耗小。其符號(hào)和波形圖如圖2-6所示。設(shè)計(jì)中選的IGBT管的型號(hào)是IRGPC50U它的參數(shù)如下：管子類型：NMOS場(chǎng)效應(yīng)管、極限電壓Vm：600V、極限電流Im:27A、耗散功率P:200W、額定電壓U：220V、額定電流I：圖IGBT信號(hào)及波形圖緩沖電路參數(shù)H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。IGBT的緩沖電路功能側(cè)重于開(kāi)關(guān)過(guò)程中過(guò)電壓的吸收與抑制，這是由于 IGBT的工作頻率可以高達(dá)30-50kHz因此很小的電路電感就可能引起頗大的 di/dt>Lc，從而產(chǎn)生過(guò)電壓，危及IGBT的安全。逆變器中IGBT開(kāi)通時(shí)出現(xiàn)尖峰電流，其原因是由于在剛導(dǎo)通的IGBT負(fù)載電流上疊加了橋臂中互補(bǔ)管上反并聯(lián)的續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流，所以在此二極管恢復(fù)阻斷前，剛導(dǎo)通的 IGBT上形成逆變橋臂的瞬時(shí)貫穿短路，使ic出現(xiàn)尖峰，為此需要串入抑流電感，即串聯(lián)緩沖電路，或放大 IGBT的容量。緩沖電路參數(shù)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出緩沖電路電阻R=10KQ;電容C=yF。泵升電路參數(shù)泵升電路由一個(gè)電容量大的電解電容、一個(gè)電阻和一個(gè) VT組成。泵升電路中電解電容選取C=2000卩F;電壓U=450V;VT選取IRGPC50L型號(hào)的IGBT管;電阻選取R=20QO第4章調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)ASR,ACR電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)因?yàn)镾i%>5%且TL/TEI=<10。所以按典I系統(tǒng)設(shè)計(jì),選PI調(diào)節(jié)器,

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)：近似條件:轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器、電流反饋調(diào)節(jié)器的整定其傳遞函數(shù)為把電機(jī)、220V直流電源接入系統(tǒng)，系統(tǒng)接成開(kāi)環(huán)。把正給定接入脈寬發(fā)生單元，調(diào)節(jié)給定，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1600rpm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)節(jié)器中的RP1,使3端輸出的電壓為-4V。加大負(fù)載，使電機(jī)的電樞電流穩(wěn)定在，調(diào)節(jié)電流反饋調(diào)節(jié)器，使電流反饋調(diào)節(jié)器3端輸出的電壓為+4V。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖第5章觸發(fā)電路設(shè)計(jì)集成脈寬調(diào)制控制器SG3525是控制電路的核心，它采用恒頻脈寬調(diào)制控

制方案，適合于各種開(kāi)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)。-22OV其中：G:給定器；DZS零速封鎖器；ASR速度調(diào)節(jié)器；ACR電流調(diào)節(jié)器:GT:觸發(fā)裝置；FBS速度變換器；FA過(guò)流保護(hù)器；FBC電流變換；API：I組脈沖放大器；SG3525介紹:SG3525脈寬調(diào)制型控制器是美國(guó)通用電氣公司的產(chǎn)品， 作為SG3524的改進(jìn)型，更適合于運(yùn)用MOS管作為開(kāi)關(guān)器件的DC/DC變換器，它是采用雙級(jí)型工藝制作的新型模擬數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少。它的主要特點(diǎn)是:輸出級(jí)采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比0-50%可調(diào).每一通道的驅(qū)動(dòng)電流最大值可達(dá)200mA,灌拉電流峰值可達(dá)500mA?？芍苯域?qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz具有欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0-700C?；鶞?zhǔn)電壓為V士1%,工作電壓范圍很寬，為8V到35V.第6章保護(hù)電路PWM電路中的保護(hù)電路主電路中的熔斷器負(fù)責(zé)過(guò)流保護(hù)，整流電路中采用晶閘管交流過(guò)壓保護(hù)電路作為整流電路中的保護(hù)電路，H橋電路中采用了緩沖電路，由電阻和電容組成。緩沖電路參數(shù):緩沖電路電阻R=10K；電容C0.75F。反饋及保護(hù)電路設(shè)計(jì)選測(cè)速發(fā)電機(jī)永磁式ZYS23/H10型，額定數(shù)據(jù)為P=，U=110V,匸，n=1900r/min。測(cè)速反饋電位器RP2的選RP2為4W,取2000。本系統(tǒng)要求電流檢測(cè)不但要反映電樞電流的大小而且還要反映電流極性，所以選用霍爾電流傳感器。第7章調(diào)試晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測(cè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電阻R;2、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時(shí)間常數(shù) Td;3、 測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM;4、測(cè)定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) TM；5、 測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Uct);6測(cè)定測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n>實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路， 控制回路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓，改變Ug的大小即可改變控制角，從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速，以滿足實(shí)驗(yàn)要求。測(cè)試內(nèi)容1、電樞回路電阻R的測(cè)定電樞回路總電阻R=(U2-U1)/(I1-I2)如把電機(jī)電樞兩端短接，可得RL+Rn=(U2-U'1)/(1'1-1'2)則電機(jī)的電樞電阻為Ra=R(RL+Rn同樣，短接電抗器兩端，也可測(cè)得電抗器直流電阻 RL測(cè)試結(jié)果如下表：表U(V)5575I(A)表U(V)7485I(A)表U(V)6681I(A)代入以上公式計(jì)算得:R=Q;Ra=Q;RL=Q;2、主電路電磁時(shí)間常數(shù)的測(cè)定采用電流波形法測(cè)定電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) Td,電樞回路突加給定電壓時(shí),電流id按指數(shù)規(guī)律上升m?)其電流變化曲線如圖所示。當(dāng)t=Td時(shí)，有f)|^|Q|32|MCL-31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=O。

合上主電路電源開(kāi)關(guān)電機(jī)不加勵(lì)磁調(diào)節(jié)Uct,監(jiān)視電流表的讀數(shù)，使電機(jī)電樞電流為(50~90)Inom。然后保持Uct不變，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，用示波器拍攝id=f(t)的波形，由波形圖上測(cè)量出當(dāng)電流上升至穩(wěn)定值時(shí)的時(shí)間，即為電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Td。3、電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM的測(cè)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(cè)得相應(yīng)的n，即可由下式算出Ce=Ke=(Ud2-Ud1)/(n2-n1)轉(zhuǎn)矩常數(shù)(額定磁通時(shí))CM的單位為A,可由Ce求出CM=實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下表:Ud（V）133146N(r/min)10001100將實(shí)驗(yàn)結(jié)果代入公式計(jì)算得：Ce=;Cm==；4、系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TM的測(cè)定系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)可由下式計(jì)算—jhch由于Tm>>Td也可以近似地把系統(tǒng)看成是一階慣性環(huán)節(jié)， 即f^lLIBLUI當(dāng)電樞突加給定電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n將按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)n到達(dá)穩(wěn)態(tài)值時(shí)，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間即為拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。測(cè)試時(shí)電樞回路中附加電阻應(yīng)全部切除。MCL—31的給定電位器RP1逆時(shí)針調(diào)到底，使Uct=O。合上主電路電源開(kāi)關(guān)。電動(dòng)機(jī)M加額定勵(lì)磁。調(diào)節(jié)Uct,將電機(jī)空載起動(dòng)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)速1000r/min。然后保持Uct不變，斷開(kāi)主電路開(kāi)關(guān)，待電機(jī)完全停止后，突然合上主電路開(kāi)關(guān)，給電樞加電壓，用示波器拍攝過(guò)渡過(guò)程曲線，如下圖：圖過(guò)渡過(guò)程曲線5、測(cè)定晶閘管觸發(fā)及整流裝置特性Ud=f(Ug);電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓Ug,分別讀取對(duì)應(yīng)的Ug的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線Ud=f(Ug。表Ud(V)198Ug(V)測(cè)速發(fā)電機(jī)特性UTG=f(n)的測(cè)定電動(dòng)機(jī)加額定勵(lì)磁，逐漸增加觸發(fā)電路的控制電壓 Uct，分別讀取對(duì)應(yīng)的UTG,n的數(shù)值若干組，即可描繪出特性曲線 UTG=f(n)。表n(r/min)20040080010001400U(V)雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 PWM控制器SG3525性能測(cè)試；2、 控制單元調(diào)試；3、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)試;

4、系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成和工作原理在中小容量的直流傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用自關(guān)斷器件的脈寬調(diào)速系統(tǒng)比相控系統(tǒng)具有更多的優(yōu)越性，因而日益得到廣泛應(yīng)用。雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖所示。圖中可逆PWM變換器主電路系采用MOSFET所構(gòu)成的H型結(jié)構(gòu)形式，UPW為脈寬調(diào)制器，DLD為邏輯延時(shí)環(huán)節(jié)，GD為MOS管的柵極驅(qū)動(dòng)電路，F(xiàn)A為瞬時(shí)動(dòng)作的過(guò)流保護(hù)。脈寬調(diào)制器UPW采用美國(guó)硅通用公司(SiliconGenera)的第二代產(chǎn)品SG3525這是一種性能優(yōu)良，功能全、通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制器。由于它簡(jiǎn)單、可靠及使用方便靈活，大大簡(jiǎn)化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計(jì)及調(diào)試，故獲得廣泛使用。測(cè)試內(nèi)容1.SG3525性能測(cè)試用示波器觀察“T端(即SG3525的5腳)的電壓波形，波形(1V,20卩s)如圖為：

圖5腳的波形（2）用示波器觀察“2”端（即SG3525的13腳）的電壓波形（5V,20卩s）.波形如圖為:波形如圖為:圖13腳的波形（3）用導(dǎo)線將“G”的“1”和“UPW的“3”相連，分別調(diào)節(jié)正負(fù)給定，記錄“2”端輸出的最大占空比（占空比=50%,5V，20卩S的波形如圖為：圖最大占空比時(shí)的波形最小占空比（占空比=13%,5V,20卩s）的波形如圖圖為:圖最小占空比時(shí)的波形2．控制電路的調(diào)試（1）邏輯延時(shí)時(shí)間的測(cè)試在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別將正、負(fù)給定均調(diào)到零，用示波器觀察“ DLD”的“1”和“2”端的輸出波形（20mv,10卩s）并記錄延時(shí)時(shí)間：td=ys（2）同一橋臂上下管子驅(qū)動(dòng)信號(hào)列區(qū)時(shí)間測(cè)試分別將“隔離驅(qū)動(dòng)”的G和主回路的G相連,用雙蹤示波器（50mv,20ys,）分別測(cè)量和以及和的死區(qū)時(shí)間：=ys=ys（注意：由于在學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中，只有MEL-03的三相可調(diào)電阻掛箱，而沒(méi)有MEL-13的測(cè)功機(jī)掛箱，所以在下列幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中提到的額定負(fù)載都是由MEL-03掛箱的可調(diào)電阻串聯(lián)直流發(fā)電機(jī)M03來(lái)得到的）3．開(kāi)環(huán)系統(tǒng)調(diào)試（1）電流反饋系數(shù)的調(diào)試a?將正、負(fù)給定均調(diào)到零，合上主控制屏電源開(kāi)關(guān)，接通直流電機(jī)勵(lì)磁電源。調(diào)節(jié)正給定，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)直至達(dá)1400r/min。給電動(dòng)機(jī)拖加負(fù)載，即逐漸減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻，直至電動(dòng)機(jī)的電樞電流為1A。調(diào)節(jié)“FBA'的電流反饋電位器，用萬(wàn)用表測(cè)量“9”端電壓達(dá)2V左右。速度反饋系數(shù)的調(diào)試在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 1400r/min，調(diào)節(jié)MCL-31(或MCL-III型主控制屏)的“FBS電位器，使速度反饋電壓為5V左右。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性測(cè)定參照速度反饋系數(shù)調(diào)試的方法，使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá) 1400r/min，S4開(kāi)關(guān)撥向“正給定”，改變可調(diào)電阻加載旋鈕(或直流發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻 Rd)在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)測(cè)取6個(gè)點(diǎn)，記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n和直流發(fā)電機(jī)電流id，特性曲線見(jiàn)圖表開(kāi)環(huán)正給定高速的數(shù)據(jù)記錄n=1400r/minn(r/min)1400138013601362135513401320id(A)

圖開(kāi)環(huán)正給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3使n=1000r/min和n=500r/min,作同樣的記錄，可得到電機(jī)在中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖和圖。表開(kāi)環(huán)正給定中速的數(shù)據(jù)記錄n=1000r/minn(r/min)1000990980970960940920id(A)圖開(kāi)環(huán)正給定中速的特性曲線表開(kāi)環(huán)正給定低速的數(shù)據(jù)記錄n=500r/minn(r/min)500490480470460450440id(A)斷開(kāi)主電源，S4開(kāi)關(guān)撥向“負(fù)給定”，然后按照以上方法，測(cè)出系統(tǒng)的反向機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖。表開(kāi)環(huán)負(fù)給定高速的數(shù)據(jù)記錄n=1400r/minn(r/min)1400136513481338132613141291id(A)1CKX>500°Ob1~2 *亍圖開(kāi)環(huán)負(fù)給定高速的特性曲線調(diào)節(jié)RP3使n=1000/min和n=500r/min，作同樣的記錄，可得到電機(jī)在負(fù)給定后中速和低速時(shí)的機(jī)械特性，特性曲線見(jiàn)圖和圖。表開(kāi)環(huán)負(fù)給定中速的數(shù)據(jù)記錄n=1000r/minn(r/min)1000980960940920900880

id(A)表開(kāi)環(huán)負(fù)給定低速的數(shù)據(jù)記錄n=500r/minn(r/min)500490480470460450440id(A)4.閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試將ASR,AC均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)按圖接線1）速度調(diào)節(jié)器的調(diào)試a?反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最?。弧?”、“6”端接入MEL—11電容器，預(yù)置5?7小調(diào)節(jié)正負(fù)限幅電位器RP1RP2使輸出限幅為土2V（2）電流調(diào)節(jié)器的調(diào)試反饋電位器RP3逆時(shí)針旋到底，使放大倍數(shù)最小；“5”、“6”端接入MEL—11電容器，預(yù)置5?7小S5開(kāi)關(guān)打向“給定”，S4開(kāi)關(guān)扳向上，調(diào)節(jié)MCL-10的RP3電位器，使ACR輸出正飽和，調(diào)整ACR的正限幅電位器