文档介绍：目录
1 任务分析 1
概述 1
双闭环调速系统的结构图 2
桥式可逆PWM变换器的工作原理 2
PWM调速系统的静特性 4
2 电路设计 5
5
双环调节器电路 6
电流调节器 6
转速调节器 6
信号产生电路 7
驱动电路 9
10
3 调节器的参数整定 11
电流调节器参数的计算 11
转速调节器参数的计算 12
参数的校验 13
电流参数的校验 13
转速参数的校验 14
校验退饱和转速超调量 15
4 心得体会 16
参考文献 17
附录 18
直流双极式可逆PWM调速系统设计
1 任务分析
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。
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。
图1 双闭环调速系统的结构简化图
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两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。
图2 桥式可逆PWM变换器电路
双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如图3所示。
图3 PWM变换器的驱动电压波形
他们的关系是:。在一个开关周期内,当时,晶体管、饱和导通而、截止,这时。当时,、截止,但、不能立即导通,电枢电流经、续流,这时。在一个周期内正负相间,这是双极式PWM变换器的特征,其电压、电流波形如图2所示。电动机的正反转体现在驱动电压正、负脉冲的宽窄上。当正脉冲较宽时,,则的平均值为正,电动机正转,当正脉冲较窄时,则反转;如果正负脉冲相等,,平均输出电压为零,则电动机停止。
双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为
如果定义占空比,电压系数
则在双极式可逆变换器中
调速时,的可调范围为0~1相应的。当时,为正,电动机正转;当时,为负,电动机反转;当时,,电动机停止。但电动机停止时电枢电压并不等于零,
而是正负脉宽相等的交变脉冲电压,因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值等于零,不产生平均转矩,徒然增大电动机的损耗这是双极式控制的缺点。但它也有好处,在电动机停止时仍然有高频微震电流,从而消除了正、反向时静摩擦死区,起着所谓“动力润滑”的作用。
双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点:
1)电流一定连续。
2)可使电动机在四象限运行。
3)电动机停止时有微震电流,能消除静摩擦死区。
4)低速平稳性好,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于保证器件的可靠导通。
PWM调速系统的静特性
由于采用了脉宽调制,电流波形都是连续的,因而机械特性关系式比较简单,电压平衡方程如下
.
按电压平衡方程求一个周期内的平均值,即可导出机械特性方程式,电枢两端在一个周期内的电压都是,平均电流用表示,平均转速,而电枢电感压降的平均值在稳态时应为零。于是其平均值方程可以写成