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第二章:转速闭环直流调速系统设计
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一直流电动机,额定电枢电压为 220V,额定转速 1500r/min,
额定电流 ,电枢绕组电阻 Ra= 。设计一个直流电机
转速闭环调速系统。该调速系统的调速方式为降压调速,既在
励磁不变的情况下,降低电枢电压调速。电机直流供电电源可
用三相桥式不可控整流电路整流后经稳压滤波得到,通过全控
型电力电子器件——IGBT 对直流电源进行斩波调压。转速给定
采用电位器给定,系统控制单元采用单片机,PWM 波产生采用单
片机产生方式,转速检测用测速发电机或者光电编码器。
转速闭环直流调速系统设计
为了实现转速闭环调速设计系统,需要设计一个转速反馈环
节。通过速度传感器对直流电机的转速进行检测,并且对转速
输出信号、转速设定电位器电压信号,用单片机进行采集并且
进行滤波处理,通过并且通过 PID 算法实现对速度的调节控
制。
闭环调速系统结构图
见陈伯时电力自动拖动控制系统 P21 图 1-24
闭环调速系统的设计方案
本系统使用电位器进行转速设置,采用(1)旋转编码器/
(2)直流测速发电机/进行转速检测。使用单片机对两个输入
信号进行采集和滤波,并且使用 PID 控制算法处理后输出 pwm
调制波形驱动由 IGBT 搭建 H 桥全桥电路,对三相不可控整流电
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路整流后的直流电源进行斩波降压,对直流电机进行调速。直
流电机励磁电压由不可控两相整流电路提供。
第三章闭环调速系统的硬件设计
系统电源模块设计
直流电机励磁电压电路设计
由于直流电机对励磁电压的电压质量要求不高,并且不要
求励磁可变。故励磁电源使用单相桥式不可控整流电路经滤波
后提供。电路图如下:
图 3-1
单相整流桥式电路在自耦调压器的原边加入 220v 单相交流电
源,由桥式不可控整流电路输出 110v 直流电压,位直流电机提
供励磁。
电机驱动电路供电电源设计
220V 直流电压经过桥式斩波电路降压处理后为直流电机电枢
供电,故需要较好的电压质量,要求电压波形稳定。故采用三
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相不可控桥式整流电路对 380V 三相交流电进行整流,产生一个
六脉波的直流电,并通过并联两个 1000UF 高压电解电容而对电
源进行滤波。三相桥式不可控整流电路如下图:
图 3-2
为了简化电路设计,本设计直接采用了集成的桥式整流模
块 MDS60A1600V 代替了复杂的六二极管电路。
控制电路及传感器电路电源设计(这地方嫌多可以不抄)
由于光电传感器/旋转编码器/霍尔开关和单片机都需要 5V
电源才能工作。故需要一个功率足够的直流电源。
本设计采用了 LM2940 对 12V 变压器与桥式整流模块 MDQ100A
搭建的单相桥式整流电路进行降压,得到 5V 直流电源。LM2940
的电路原理图如下:
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图 3-3
桥式斩波降压电路设计
由于设计要求对 220V 直流电压进行调压闭环控制,故选用
开关频率高,功率大,导通电阻小的 IGBT 作为电力电子开关器
件。
IGBT 选用型号为 D 的 IGBT 管,此管耐压为
1600V 耐流为 160A,并且自带汲流二极管完全满足设计要求。
由 IGBT 搭建一个 H 桥式驱动电路,即可实现对 220V 直流电压
的斩波调压。H 桥电路如下:
(自己把 JET 管改成
IGBT 管,没找到电路图见电力电子课本 P34 这是三极管的……别照
抄)
图 3-4
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转速检测电路设计
(1)旋转编码器:测速电路采用 1000 线 AB 相旋转编码器构成,旋
转编码器是集成式光电测测速器件,输出频率不一的方波表征速度变
化,通过 T 法或 M 法测速即可获得速度。旋转编码器选用欧姆龙旋转
编码器 E6B2-CWZ5B。实际使用时仅需要将一相信号连接至单片机输
入端即可。测速光电传感器原理图如下:
图 3—5(这个图可以不画)
(2)测速发电机:测速环节采用测速发电机构成,通过分压电阻对
测速发电机的电枢电压进行测量,并通过 AD 转换模块将表征速度的
电压信号转换为速度信号提供给单片机。
AD 转换模块及速度设定电路设计
3 . 速度设定电路
速度设定电路采用电位器对 5V 电压分压,并用 D/A 转换